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2019年9月，一項關于大氣中的輻射、生存和生物研究實驗（MARSBOx）中，一些試驗用的微生物正在飛行。試驗過程中，帶有美國宇航局標志（NASA）的艙門旋轉(zhuǎn)打開，將四種不同類型的微生物樣本暴露在平流層的極端環(huán)境條件下。 編輯說明：本專題于2月23日更新，實驗艙在達到約24英里（約127，000 英尺）的高度之前打開實驗盒。任何地球上的微生物如果想通過飛往火星的宇宙飛船進行“偷渡”，那么它們在火星之旅和火星表面條件下存活的可能性將微乎其微。但是由于地球上大概有一萬億種微生物，而這其中一些是能夠忍受極端條件的，因此科學家們想測試是否能有普通的微生物可以在火星任務中持續(xù)生存，如果有的話是什么讓它們?nèi)绱藞皂g呢？這個問題不僅僅是學術研究問題。如果我們想要探索火星生命是否存在，美國宇航局還希望確保航天器不會意外污染這顆紅色星球。幸運的是，科學家并不需要冒險到火星去獲取這些答案。距地球表面約20英里高處是一層特殊的大氣層，在某些特殊方面非常類似于火星表面。該地區(qū)輻射程度高，氣壓低，寒冷干燥，可以用作在空中模仿火星的實驗室。美國宇航局位于加州硅谷的艾姆斯（Ames）研究中心的研究員大衛(wèi)·史密斯（David J. Smith）是研究空氣環(huán)境的，他說：“如果微生物能夠突破進入到臭氧層的保護層之上，那么它也許能夠在去往火星表面的旅途中存活下來，盡管存活的時間很短暫?！?/span>史密斯和一些國際科學家合作，通過在平流層中發(fā)射各種盒裝微生物，測試了這些極端條件下生命的持久性。用于輻射、生存和生物研究實驗（MARSBOx）中的微生物，包括四個不同的物種，這也是迄今為止最多樣化的平流層測試組，包括干燥與休眠的細菌和真菌孢子。最近發(fā)表在《微生物前沿》雜志（Frontiers in Microbiology）上的這項研究結果發(fā)現(xiàn)，四種微生物中有兩種可以暫時承受這些惡劣的條件。德國科隆航空航天中心（DLR）航空航天微生物研究組組長、MARSBOx聯(lián)合首席研究員拉爾夫·莫勒（Ralf Moeller）表示："這項研究讓我們更好地了解哪些微生物可能滯留在曾經(jīng)被認為是致命的環(huán)境中，例如火星表面。研究也為我們提供了一些線索，告訴我們?nèi)绾伪苊鉄o意中把微小的“偷渡者”帶到地球以外的星球?！?/span>2019年9月23日上午，美國宇航局（NASA）的一個大型科學氣球從新墨西哥州薩姆納堡飛向天空。該氣球完全不同于噴氣式飛機和轟鳴的火箭，而是安安靜靜地起飛。球上有數(shù)百萬個被安全保護的微生物乘客。飛行前，樣品被粘附在鋁箱內(nèi)的特制石英盤上，它是由DLR的共同開發(fā)者設計的。另外，這些盒子里裝滿了一種特殊的氣體混合物，這些氣體模仿了火星稀薄大氣層的組成成分，而火星大氣幾乎完全由二氧化碳組成。在氣球上升和下降過程中，專門設計的 MARSBOx 有效載荷承載裝置確保了微生物在黑暗中受到保護，從而保護樣品在往返平流層的旅途中免受有害的太陽紫外線輻射。在前往海拔約24英里高（約12.7萬英尺）的路途中，載裝置的表殼打開，讓他們暴露在太空邊緣更強烈的輻射環(huán)境中。在五個多小時的時間里，微生物不僅暴露在輻射下，而且平均溫度為-20華氏度，空氣極其干燥，壓力比海平面低一千倍。返回地球后，DLR的科學家在實驗室里研究了標本，發(fā)現(xiàn)四個物種中有兩種存活下來了。為什么這些微生物能夠忍受其他微生物無法忍受的MARSBOx 飛行的多重壓力源？幸存者包括黑曲霉孢子，這是一種常見的環(huán)境真菌，可用于生產(chǎn)包括抗生素在內(nèi)的多種有用化合物。在大約70，000英尺的高度，經(jīng)過特殊設計的MARSBOx有效載荷承載裝置打開外殼并讓微生物暴露在強烈的輻射下。“黑曲霉的孢子具有令人難以置信的抗高溫、惡劣化學物質(zhì)和其他壓力源的能力，但從來沒有人研究過它們能否像我們在火星上看到的那樣在太空中或在強烈的輻射下生存，”DLR的微生物學家、第一次MARSBOx研究的共同牽頭者科爾特西奧（Marta Cortesío）說到，“事實上，在MARSBOx飛行之后，我們可以復活他們，這表明他們足夠堅韌，無論人類把他們送到哪里，甚至是離開地球。”科學家們提出的理論認為，這些真菌孢子能夠承受干燥和高輻射，有色素沉著可作為一種“防曬霜”，或者也可能是細胞膜結構中的一個結構特征，保護他們脆弱的內(nèi)部，就像衣服可以保護人們免受嚴寒。另一種微生物幸存者是稀有但無害的細菌沙班鹽藻，它被選擇進行飛行試驗是因為它能夠在地球極其咸的深海鹽水池中茁壯成長。一些科學家認為，火星上出現(xiàn)的咸水點可能是最有希望找到古代微生物生命證據(jù)的地點。科爾特西奧說：“這個實驗提出了許多問題，即哪些遺傳機制是使微生物能夠生存的關鍵？它們是否具有古老的進化特征，是這些特征使他們能夠承受惡劣的環(huán)境？還是說適應當前環(huán)境為許多其他環(huán)境適應性挑戰(zhàn)提供了保護？”科學家希望通過進一步的分析和未來的實驗，能夠確定哪些基因或基因突變對生物生存起到?jīng)Q定作用，并開始將這些微生物置于一個生存能力范圍內(nèi)——從最容易到最艱難。與此同時，MARSBOx團隊正準備完成對首次球載放射量測量器數(shù)據(jù)的分析，該測量器也由參與的DLR科學家領導研制的，該設備可以測量微生物在飛行中暴露的電離輻射量。這些信息可以幫助他們未來將來自其他球載測量器的讀數(shù)與高能輻射對微生物的破壞性影響聯(lián)系起來。他們預計將在今年晚些時候公布他們的研究結果文檔。在未來幾年內(nèi)，MARSBOx團隊計劃在南極洲進行后續(xù)飛行測試。由于地球保護磁層的窗口，來自太空的高能銀河宇宙射線和來自太陽的紫外線輻射量更接近類火星的水平。史密斯說：“搭載這些氣球飛行的航空生物學實驗使我們能夠以在實驗室中不可能實現(xiàn)的方式研究微生物的堅韌性?！盡ARSBOx提供了一個機會來預測火星上的生存結果，并幫助我們重建我們所知道的生命極限。MARSBOx是由美國宇航局空間生物學和美國宇航局總部科學任務局的行星保護研究計劃資助的。MARSBOx團隊由德國航空航天中心航空航天醫(yī)學研究所艾姆斯和輻射生物學系的科學家組成，后者還設計了樣品容器并進行了微生物分析。美國宇航局位于佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心同樣也提供了工程支持。位于弗吉尼亞州瓦洛普斯島的NASA氣球項目辦公室和位于德克薩斯州巴勒斯坦的哥倫比亞科學氣球設施提供了額外的支持。
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