微生物学家罗科·曼奇内利（Rocco Mancinelli）和林恩·罗斯柴尔德（Lynn Rothschild）对盐情有独钟。在他们位于加利福尼亚州山景城美国宇航局艾姆斯研究中心的办公室货架上，堆满了不规则的盐块。他们最喜欢的盐块镶嵌着半透明的红色和绿色，看起来就像废弃池塘里的藻类。这些晶体中隐藏着耐寒的嗜盐微生物群落，它们是一类能在恶劣环境中茁壮成长的细菌。这些单细胞生物的生存能力令人印象深刻，以至于曼奇内利和罗斯柴尔德怀疑这些微生物可能能够在真空和辐射的太空中进行长途旅行。而这种可能性反过来又可以帮助解释地球生命是如何起源的。
曼奇内利打开一个抽屉，指着数十个排列整齐的小石英盘。它们被用来测试嗜盐菌是否能在卫星上进行为期两周的飞行中存活下来。“我们将大约1000万个细胞干燥到每个石英盘的表面。飞行后我们对其进行分析时，发现有10%到75%的细胞存活了下来。”
如何做到的？罗斯柴尔德说，在盐生境中茁壮成长的细胞会进化出忍受长期干旱的能力。这种压力，加上太阳无情的辐射，迫使它们发展出修复DNA损伤的方法。它们丰富的色素也可能提供保护。
“我们还没有关于生命是否能承受太空旅行的答案，”曼奇内利沉思道。“但如果可以，如果嗜盐生物是我们发现的第一个外星生物，我也不会感到惊讶。”
图片：从左到右，鸣谢美国宇航局/月球与行星研究所；鸣谢亚利桑那大学韦恩·尼科尔森
曼奇内利和罗斯柴尔德是众多研究人员中的一员，他们正在复兴一个听起来像科幻小说一样的古老想法：生物体可能已经从一个星球跳到另一个星球，将生命传播到它们诞生地以外的遥远地方。这个场景很简单。当我们的太阳系还很年轻的时候，彗星和小行星撞击行星和卫星，将地表岩石炸回太空（今天仍然发生一些这样的撞击）。如果这些进入太空的岩石携带着生命形式，它们可能会迁移到其他行星。最近的实验室测试表明，细菌可以承受这种爆炸的冲击。而大小适中的岩石可以保护被喷射的细胞免受太空辐射。更重要的是，一些研究表明，受保护的微生物可以休眠数千万甚至数亿年，有足够的时间漂流到一个新家。把所有这些加起来，你就有了一个论证，即生命可能从像火星这样的地方漂流到地球。
生命在宇宙中流浪的观点已经存在了数千年，但科学家直到19世纪中叶才开始认真考虑它。1871年，英国物理学家威廉·汤姆森·开尔文在爱丁堡告诉他的同事们：“我们必须认为，太空中存在着无数携带种子的陨石，这种可能性极高。如果此刻地球上没有生命存在，那么这样一块陨石落到地球上，可能会……导致它被植被覆盖。”
三十年后，瑞典化学家、诺贝尔奖获得者斯万特·阿累尼乌斯表示同意，但他对开尔文场景的一部分提出了异议。他认为，陨石从行星或太阳系外喷出时产生的炽热创伤会烧毁其中携带的任何细胞。阿累尼乌斯说，生命可以不借助岩石传播，而是独立旅行。1903年，他提出植物孢子和细菌可能在星光的温和压力下漂浮在太空中。他将这个想法称为胚种论（来自希腊语，意为“无处不在的种子”）。
当天文学家后来掌握了恒星之间真实的距离和银河系的巨大规模时，胚种论便失宠了。化学家和生物学家设计了其他可信的理论来解释地球上生命是如何产生的，例如查尔斯·达尔文所设想的“温暖的小池塘”中的温和化学反应。
现在，胚种论再次获得信任，但伴随着更多的限制。美国宇航局艾姆斯研究中心的行星地质学家杰弗里·摩尔表示，如果胚种论仅仅意味着我们太阳系内部天体之间的生命交换，那么开尔文的“携带种子的陨石”可能非常准确。“重新定义的胚种论几乎被所有人认为是合理的，”摩尔解释道。“假设你在太阳系中有几个地方可以繁殖生物。一旦一个地方有了，所有拥有合适环境的行星和卫星都会出现生命。这就是日托效应。它们互相感染。”他补充说，内太阳系，由于其宜人的温度和坚硬的表面，最有可能发生这种交换。
尽管如此，迁徙的微生物仍面临着重大障碍。直到最近，还没有研究人员评估过这个场景的每个阶段。然后，一位瑞典科学家召集了一个团队来做这件事。
图片：从左到右，NASA/SPL/Photo Researchers；鸣谢NASA/月球与行星研究所。
78岁的库尔特·米莱科夫斯基在斯德哥尔摩皇家理工学院工作。他是一名核物理学家，曾担任瑞典核电反应堆开发的首席工程师。他曾担任萨博斯堪尼亚（以高性能飞机、导弹和火箭闻名）的首席执行官12年。他的公司还帮助欧洲航天局开发了阿丽亚娜火箭。“所有这些都让我对太空非常感兴趣，”他说。
米莱科夫斯基的学术生涯还包括医疗设备方面的工作，例如用于癌症治疗的中子束枪。他在辐射研究方面的专业知识，加上他对弹道学的了解，为他研究在太空中飞行的生命做好了充分准备。
“这个项目不是为了钱，也不是为了行星保护，也不是为了美国宇航局的某个项目，”他解释说。“我们只是觉得需要一个答案。”于是米莱科夫斯基召集了一个由10位科学家组成的团队，每个人都对胚种论的关键问题有专业知识。他们很快发现，胚种论似乎只在我们自己的太阳系内可行。他解释说，旧理论的一个障碍是，星际流浪者将面临来自宇宙射线的致命辐射，这种辐射在太阳磁盾之外的频率要高得多。更重要的是，米莱科夫斯基的团队计算了从银河系其他地方或另一个星系喷出的行星物质到达地球的可能性。“亿万分之一，”米莱科夫斯基说。考虑到这些几率，在地球最初的5亿年里，即使只有一个携带着仍然存活的微生物的喷射物从银河系到达地球的可能性也几乎为零。因此米莱科夫斯基得出结论：“我们的祖先细胞一定是在我们自己的行星系统内或在附近同时诞生的姐妹系统内产生的。”那么问题就变成了：在哪里？
在年轻的太阳系中，星际尘埃聚集成团块状颗粒、岩石、小天体，最终形成行星。小行星和彗星撞击这些天体长达数亿年。在这种混沌中，生命不仅可能漂流到地球，也可能从地球漂流到邻近的行星和卫星。几十年来，人们认为地外生命转移的问题在于，当小行星撞击另一颗行星时，一切都会在冲击引起的“嘭”声中瓦解。
上世纪80年代，新的证据浮出水面。对地球上发现的陨石中微量气体进行的分析表明，其中一些来自火星或月球。“这改变了一切，”亚利桑那大学的天文学家杰伊·梅洛什说。“突然之间，行星际转移变得可行了。”事实证明，高速撞击行星表面并不会将地下的所有岩石都粉碎。相反，撞击边缘的一些岩石会以极快的速度被抛入太空并保持完整。
但是，是否有足够的岩石被发射，使得年轻地球上的到来成为可能呢？米莱科夫斯基请法国蔚蓝海岸天文台的天文学家布雷特·格拉德曼来解决这个问题。格拉德曼的专长是研究在轨道上运行的小天体轨迹如何被附近行星的引力所改变。月球陨石坑的计数粗略估计了在早期轰击时期火星和地球被撞击的强度和频率。然后，通过模拟发射的速度和速率，格拉德曼创建了计算机模拟，追踪岩石从行星喷射后所采取的环状轨道。
“从火星到地球的物质转移出奇地容易，”格拉德曼说。“如果你把东西从火星上发射出去，就没有多少其他地方可去了。”他发现，高达5%从火星发射的岩石会在1000万年内降落在地球上。许多岩石会更快到达——有些在几年内。
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米莱科夫斯基的团队随后推断，在太阳系最初的5亿年里，有500亿块火星岩石降落在地球上。其中，大约有2万块岩石在十年内撞击了地球。而在随后的40亿年里，多达50亿块火星陨石也来到了地球。如果火星上曾经存在生命，那么它很可能多次污染了地球。
从地球到火星的反向旅程交通量较小。首先，从质量更大、大气环绕的地球上发射岩石更困难。其次，火星比地球小。研究小组估计，从地球到火星的岩石流量大约是从火星到地球的五十分之一。尽管如此，考虑到来自火星的交通量，这仍然是大量的巨石。不过，来自火星或地球的岩石撞击外太阳系行星或卫星的几率很小。“木星是一个非常高效的垃圾清理员，”格拉德曼说。“它会抓住岩石，改变它们的轨道，并在大约10万年内将它们抛出太阳系。”
研究团队的工作证实，内太阳系行星之间很容易发生岩石转移，而且经常发生。下一个问题是：微生物在喷射和撞击中能否存活下来？为了逃脱行星的引力，岩石必须在千分之一秒的猛烈冲击中，从零加速到至少每小时11500英里，这种冲击强度足以将人类液化。但是，当杰伊·梅洛什和他的同事雷切尔·马斯特拉帕将细菌装入子弹壳，并将其射入冷的塑料模型黏土中时，他们发现大多数细菌都存活了下来。米莱科夫斯基也通过发射装满数百亿普通细菌的炮弹来验证这个想法。同样，大多数细胞都存活了下来。
另一个预期的障碍是发射时来自一个行星的剧烈高温和撞击到另一个行星时的热量。然而，去年由加州理工学院研究生本杰明·韦斯领导的一个团队发现，一块火星陨石（ALH84001，因研究人员认为它包含古代生命的线索而闻名）内部的温度从未超过棕榈泉一个夏日。该团队通过分析陨石中保存的微弱磁场痕迹来确定这一点。当研究人员将它的一小片加热到104华氏度时，岩石在火星早期形成的磁信号就消失了。这意味着陨石内部的温度从未超过那个温度，即使在它前往地球的漫长旅程中也没有。“这真是令人惊叹，”韦斯的加州理工学院导师，地质生物学家约瑟夫·基希文克说。
因此，微生物避难所可以在行星之间的旅行中存活下来。“唯一的问题是细菌的寿命，”米莱科夫斯基说。“这是比其他任何方面都更需要测试的方面。”
一些实验表明，细菌可以在太空中存活至少几年。德国宇航局DLR的微生物学家格尔达·霍内克在20世纪80年代将微生物送入NASA卫星上的六年轨道，发现了这一点。表现出色的是枯草芽孢杆菌。当缺乏营养时，这些细菌会形成孢子，一种坚硬的小块，可以保护每个细胞的重要组成部分。霍内克发现，尽管紫外线辐射杀死了顶层的所有孢子，但死去的孢子为下面的孢子形成了保护屏障。许多孢子在真空、寒冷和缺水的情况下存活了下来，其中包括约30%嵌入盐中的孢子。
两年前，罗科·曼奇内利继续进行研究，将他的嗜盐微生物送入太空两周，搭载在欧洲卫星BioPan上。曼奇内利发现嗜盐微生物也能存活，但它们不形成孢子。他的结果可能意味着许多普通的、非孢子形成的微生物可以在陨石内部旅行。霍内克和曼奇内利承认，短期的卫星飞行无法与大多数行星际穿越所需的数百万年相比，甚至无法与地球和火星之间快速转移所需的数十年到数千年相比。
照片由 Russell Vreeland/Nature 提供
然而，理论上生存是可能的，因为休眠数百万年的地球微生物已经被唤醒了。1995年，微生物学家拉乌尔·卡诺和加州理工大学的其他人从保存于琥珀中的蜜蜂肠道中分离出一种活孢子。该孢子已经处于悬浮状态长达2500万至4000万年。去年，宾夕法尼亚州西切斯特大学的地球微生物学家拉塞尔·弗里兰和他的团队进行了一项更引人注目的实验，他们从一个2.5亿年前的盐晶体内的液囊中提取并复活了细菌。
一些人将弗里兰的研究誉为细菌在某些条件下可能几乎不朽的证据。另一些人则怀疑液囊——或其中的细菌——在2.5亿年前远比现在更晚的时候以某种方式迁移到了晶体中。弗里兰反驳说，他的团队只选择了未经改动的晶体和液囊。“没有已知的方法可以让一点液体在晶体形成后进入晶体，”他说。“但我们永远不会得到百分之百的接受。如果你带回一只雷龙，你可能也得不到。”
对于美国宇航局艾姆斯中心的微生物生态学家大卫·德斯·马雷斯来说，盐作为包装材料的保护特性是显而易见的：“这仅仅是一种将生物体从一个星球带到另一个星球的好方法。”德斯·马雷斯对生物膜特别感兴趣，它们是薄薄的细菌垫，能够承受新生行星世界特有的缺氧大气和环境压力。地球上最古老的生命化石证据存在于被称为叠层石的生物膜中，它们是沿着咸水海岸线生长的蓝绿藻层。
德斯·马雷斯从实验室底部的抽屉里拿出一块石头，用手指沿着微生物形成的锥形层抚摸。“它们在34.58亿年前还活着，”他笑着说。根据潮汐或天气，这些黏液会干燥几天到几周，直到下一次水来。“一个生物膜群落可以变得像木板一样干，”德斯·马雷斯说。“它看起来像树皮。但当你加水时，一小时后它就会愉快地进行光合作用。”德斯·马雷斯推测，如果其中任何一个在地球早期撞击中被发射到太空，它们很可能就是完美的星际殖民者。
知道一些微生物可以轻松地从一个星球跳到另一个星球，并不一定能让我们更接近确定生命的源头。但是，如果未来的火星任务在那里发现微生物，无论是过去还是现在，科学家们可能能够分离出它们的生物分子。如果这些物质包含完全不同的东西，例如具有右旋分子扭曲的氨基酸，与地球上所有蛋白质中左旋氨基酸的镜像相反，这将提供第一个证据，表明生命也起源于其他地方。但是，如果火星微生物与地球细胞共享完全相同的DNA和蛋白质语言，那么这个问题仍然悬而未决。这一发现虽然令人震惊，但只会表明火星和地球共享生命形式。起源可能发生在任何一个星球上。
与此同时，米莱科夫斯基对他的团队研究的一个深远意义感到满意。“如果生命能同时存在于两个星球上，那么如果一颗彗星或小行星摧毁了其中一个星球上的生命，生命就能在另一个星球上存活下来，”他说。然后，被抛出的岩石的返回转移可能会在条件恢复后重新殖民被灭菌的星球。“有一个避难所，”米莱科夫斯基推测。“我们的太阳系有一个备用星球供生命存活。”对于一位前工程师来说，备用零件很有道理。
细菌传教士
著名的英国天文学家弗雷德·霍伊尔和他的前学生、威尔士卡迪夫天体生物学中心的理论天体物理学家钱德拉·维克拉马辛格推广了一种影响深远——在大多数科学家看来，也有些牵强附会——的胚种论观点。他们认为微生物在彗星及其尘埃残余物中迁移。他们还声称，星际尘埃颗粒的光谱（右图）揭示了“细菌生命的降解产物”。去年秋天，维克拉马辛格声称一场狮子座流星雨中含有加热细菌的迹象。他说，最可能的解释是流星烧毁了一层彗星散布的细菌。
图片由美国宇航局/月球与行星研究所提供
主流天体生物学家嘲笑这些想法。没有证据支持彗星中存在水生微生物避难所的说法。天上也没有细菌生命的独特迹象。“那是疯狂的猜测，”美国宇航局艾姆斯研究中心的流星专家彼得·詹尼斯肯斯说。例如，许多有机物质——无论生物或非生物——含有碳氢键，都会产生几乎相同的光谱，詹尼斯肯斯指出。“那个光谱特征辨识度不高，”他补充道，“它也与优质西西里葡萄酒的光谱相似。”— R.I.
