酵母和大肠杆菌可以在外星球的环境中生长

本周发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文指出，在我们太阳系之外很远的地方，大气层以氢气为主的岩石行星可能支持生命存在。麻省理工学院的科学家在一项涉及密封瓶和一些非常顽强的微生物的实验中发现，酵母和大肠杆菌都可以在纯氢大气环境中生长——这与人类和许多其他生命形式赖以生存的地球富含氮和氧的空气相去甚远。这意味着生命可能存在于比我们之前认识到的更广泛的外星栖息地中。

当科学家设想宜居外星世界时，他们会想象这些地方的大气层与地球类似，主要由氮气或二氧化碳组成，就像火星和金星上的大气层一样。不过，最近，研究人员开始怀疑其他环境类型的行星也可能适合生命生存。特别是，一些科学家将目光锁定在富含氢的大气层上。

“地球上富含氢的环境极其罕见，而且鲜为人知，”天体物理学家、新研究的合著者萨拉·西格尔在一封电子邮件中告诉《大众科学》 。迄今为止，天文学家尚未在宇宙中发现任何具有富含氢大气层的类地行星，这可能是因为岩石行星周围的大气层通常比气态巨行星的大气层更难探测。但这些具有富含氢大气层的岩石非气态行星很可能就在那里，而且正在开发的更先进的望远镜可能会在未来几年开始发现它们。

“今天我们使用哈勃望远镜和地面望远镜，”西格尔说。但她表示，未来科学家将依靠更强大的工具，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜，该望远镜计划于 2021 年发射入轨。

凭借这项新技术，表面漂浮着氢气的行星实际上会比类似地球的行星更容易被发现——因为氢气非常轻，它们的大气层应该可以扩展到更远的太空中。

西格尔和她的团队怀疑，外面还有富含氢的大气层等待被发现，因此他们想证明生命可以在这些地区繁衍生息。“我们决定做一个简单的实验，向天文学家清楚地表明，生命可以在氢环境中生存和繁衍生息，”她说。

虽然氢本身对生命无害，但此前从未有人在 100% 氢的环境中培养微生物。为了进行实验，Seager 和她的团队决定测试酵母和大肠杆菌——这两种生物可以在没有氧气的情况下生存，但乍一看似乎不太适应富含氢的栖息地。

研究人员在与周围空气隔绝的瓶子内培养酵母菌和大肠杆菌菌落。除了供微生物享用的营养丰富的培养基外，瓶子里还装有各种不同的大气，包括纯氢气、普通空气和其他可能存在于其他系外行星上的混合气体。

酵母和大肠杆菌都能在 100% 氢气大气层中生存和繁殖，尽管速度比在空气中慢。Seager 和她的同事在实验室中创造的条件并不能完全模拟科学家在实际行星上发现的条件——它的大气层除了氢气外还会包含一定数量的其他气体，并且它的重力可能比地球强得多，或者在其他方面有所不同。然而，简单的细菌以及酵母等相对复杂的微生物都能在这些条件下勉强生存，这一事实提高了氢气覆盖的行星上可能存在某种生命的可能性。

既然研究人员怀疑外星上存在富含氢元素的岩石世界，微生物可以在其中繁衍生息，那么下一步就是找出一种方法来识别来自遥远地球的外星生命。一种方法是寻找所谓的生物特征气体的证据。在地球上，植物和光合细菌等生命形式可以产生这些特定的气体。从理论上讲，在另一个星球上发现它们将是一个很好的迹象，表明那里存在生命。

在西格尔和她的同事的实验中，不断生长的大肠杆菌释放出几十种不同的气体，包括氨气等气体，如果科学家们的仪器在遥远的星球上发现这些气体，他们就会认为这些气体可能是生命的迹象。这意味着未来的望远镜也许可以探测到在充满氢气的大气层中生活的生命。现在我们只需要找到这些奇怪的世界。