作者：黃湘紅 段躍初

在廣袤無垠的宇宙中，人類對其他生命形式的探索從未停止，這一探索不僅承載著對未知的好奇，更蘊含著對生命本質和起源的深刻追尋。外星生命是否存在？它們以何種形式存在？又會生活在怎樣的環境里？這些問題始終縈繞在科學家們的心頭，成為推動天體生物學研究不斷前行的強大動力。近期，一項關于微生物“游動”的研究成果，為我們揭開外星生命的神秘面紗帶來了新的希望和可能。

2月6日，德國天體生物學家團隊在《天文學與空間科學前沿》期刊上發表了一項極具創新性的研究成果。他們提出了一種全新且更簡單、更具成本效益的方法，用于檢測微生物的活動性，這一方法或將為未來的外星生命探測任務提供關鍵技術支持。從歷史上看，微生物動力學測試一直是一項困難重重的任務，不僅成本高昂，而且耗時費力，難以應用于機器人空間任務中。此次德國天體生物學家團隊的研究成果，無疑是對這一難題的重大突破。

在這項研究中，研究人員將目光聚焦于三種特殊的微生物——枯草桿菌、假浮游變形單胞菌和沃爾卡尼海藻。這些微生物均是“極端主義者”，具備在極端溫度、壓力或化學條件下生存的非凡能力。它們能夠在地球的各種惡劣環境中繁衍生息，這一特性讓天體生物學家們堅信，它們或許能夠為尋找外星生命提供重要線索。畢竟，如果這些微生物能在地球的極端環境中存活，那么在宇宙中那些看似相似的外星環境里，也極有可能存在類似的生命形式。

研究人員設計了一個簡單而巧妙的實驗。他們將填充有微生物的水滴放置在兩室顯微鏡滑片的一個分區上，在另一側則放置富含L-絲氨酸的水溶液。L-絲氨酸是一種對蛋白質合成和細胞增殖至關重要的氨基酸。在接下來的三小時單獨實驗中，研究人員觀察到一個令人興奮的現象：所有三種微生物都變得活躍起來，并開始遷移，它們從最初的室中游向含有L-絲氨酸的一側，形成了帶有L-絲氨酸的“斑塊”。這種生物向特定化學物質漂移或遠離的趨勢，被稱為“趨化”。

該研究的主要作者、柏林工業大學博士生馬克斯·里克萊斯解釋道，在實驗中使用的生物體中，趨化的概念是微生物能夠感知并移動到可能對它們有用的分子上，特別是在新陳代謝方面。通過他們的具體設置，旨在使研究趨化的視覺和計算方面變得更加簡單。這一創新的實驗設計，大大減少了以往基于趨化性方法在提示和監測微生物運動時所面臨的困難。

NASA噴氣推進實驗室的天體生物學家克里斯蒂安·林登史密斯指出，過去基于趨化性的方法存在諸多問題，例如很難建立可靠、穩定和可預測的化學梯度，而且觀察微生物運動也十分困難，因為顯微鏡的視野很小，微生物的移動還可能受到熱混合和慣性漂移等外部因素的影響，就如同在管理一個微觀的動物園。而此次新實驗中，將兩個腔室分隔開的凝膠膜發揮了關鍵作用。這種半透性的凝膠實際上充當了一個單向屏障，它允許一側的生物相對快速通過，同時減緩了L-絲氨酸向另一側的滲透，從而保持了微生物的移動動機。波特蘭州立大學的天體生物學家和物理教授杰伊·納多也表示，這種設置是一個“好的選擇”，因為它使識別微生物的活動更加容易，尤其是因為屏障在微生物進入L-絲氨酸一側時能夠將它們保留下來。

納多和林登史密斯均認為，這些技術進步可能對未來的太空探險任務非常有益。在探索像歐羅巴這樣非常寒冷的星球時，一個真正的問題是：如果外星生物游得非常非常慢，該怎么辦？在這種情況下，使用傳統的方法可能需要不斷監控系統中是否有明顯繁殖的微生物，這既困難又耗時。而采用這種新方法，科學家只需檢查營養箱中是否有微生物，就可以判斷是否存在生命活動的跡象。

然而，這一方法要真正應用于行星際天體生物學任務中，還面臨著諸多挑戰。首先，雖然地球上的本土生物可能喜歡L-絲氨酸和其他類似的基本食物，但無法保證這些物質會吸引具有不同生物化學特性的外星生物。因此，弄清楚在另一側放什么作為誘餌，成為了一個亟待解決的難題。其次，即使假設宇宙中生命的營養菜單是相同的，在將這種方法應用到實際測量設備之前，還需要通過新的、更廣泛的實驗進一步完善技術，并且需要用不同種類的微生物和氨基酸進行工程和測試。

盡管面臨挑戰，但這項研究無疑為外星生命的探索開辟了一條新的道路。它讓我們看到了微生物在天體生物學研究中的巨大潛力，也讓我們對未來的太空探索充滿了更多的期待。正如納多所說：“（天體生物學）的目標之一是去（其他世界）尋找微生物，但與此同時，我們在地球上可以做很多事情，這將給我們帶來大量見解。”這種新的微生物檢測方法，正是簡單但關鍵的工作的一個很好的例子，為未來的外星生命探索努力提供了重要的借鑒。

林登史密斯也強調：“你不知道外面（太空中）會發生什么。因此，多樣化你的工具和技術來觀察我們自己星球上的生命是重要的第一步。我們必須能夠在地球上完成所有這些事情，然后才能在其他星球上進行有意義的工作。”隨著科學技術的不斷進步，我們有理由相信，在不久的將來，人類一定能夠揭開外星生命的神秘面紗，實現這一偉大而又充滿挑戰的科學目標。

在這場探索宇宙生命奧秘的征程中，微生物的“游動”或許只是一個小小的線索，但它卻有可能引領我們走向一個全新的世界，一個充滿無限可能的宇宙生命新領域。讓我們期待著科學家們在未來的研究中取得更多的突破，為人類對宇宙的認知和理解帶來更多的驚喜。

參考文獻：Could tiny swimming microbes help us unlock the mysteries of extraterrestrial life?｜Frontiers in Astronomy and Space Science

來源: 科普文訊