作者：黄湘红 段跃初
在广袤无垠的宇宙中，人类对其他生命形式的探索从未停止，这一探索不仅承载着对未知的好奇，更蕴含着对生命本质和起源的深刻追寻。外星生命是否存在？它们以何种形式存在？又会生活在怎样的环境里？这些问题始终萦绕在科学家们的心头，成为推动天体生物学研究不断前行的强大动力。近期，一项关于微生物“游动”的研究成果，为我们揭开外星生命的神秘面纱带来了新的希望和可能。
2月6日，德国天体生物学家团队在《天文学与空间科学前沿》期刊上发表了一项极具创新性的研究成果。他们提出了一种全新且更简单、更具成本效益的方法，用于检测微生物的活动性，这一方法或将为未来的外星生命探测任务提供关键技术支持。从历史上看，微生物动力学测试一直是一项困难重重的任务，不仅成本高昂，而且耗时费力，难以应用于机器人空间任务中。此次德国天体生物学家团队的研究成果，无疑是对这一难题的重大突破。
在这项研究中，研究人员将目光聚焦于三种特殊的微生物——枯草杆菌、假浮游变形单胞菌和沃尔卡尼海藻。这些微生物均是“极端主义者”，具备在极端温度、压力或化学条件下生存的非凡能力。它们能够在地球的各种恶劣环境中繁衍生息，这一特性让天体生物学家们坚信，它们或许能够为寻找外星生命提供重要线索。毕竟，如果这些微生物能在地球的极端环境中存活，那么在宇宙中那些看似相似的外星环境里，也极有可能存在类似的生命形式。
研究人员设计了一个简单而巧妙的实验。他们将填充有微生物的水滴放置在两室显微镜滑片的一个分区上，在另一侧则放置富含L-丝氨酸的水溶液。L-丝氨酸是一种对蛋白质合成和细胞增殖至关重要的氨基酸。在接下来的三小时单独实验中，研究人员观察到一个令人兴奋的现象：所有三种微生物都变得活跃起来，并开始迁移，它们从最初的室中游向含有L-丝氨酸的一侧，形成了带有L-丝氨酸的“斑块”。这种生物向特定化学物质漂移或远离的趋势，被称为“趋化”。
该研究的主要作者、柏林工业大学博士生马克斯·里克莱斯解释道，在实验中使用的生物体中，趋化的概念是微生物能够感知并移动到可能对它们有用的分子上，特别是在新陈代谢方面。通过他们的具体设置，旨在使研究趋化的视觉和计算方面变得更加简单。这一创新的实验设计，大大减少了以往基于趋化性方法在提示和监测微生物运动时所面临的困难。
NASA喷气推进实验室的天体生物学家克里斯蒂安·林登史密斯指出，过去基于趋化性的方法存在诸多问题，例如很难建立可靠、稳定和可预测的化学梯度，而且观察微生物运动也十分困难，因为显微镜的视野很小，微生物的移动还可能受到热混合和惯性漂移等外部因素的影响，就如同在管理一个微观的动物园。而此次新实验中，将两个腔室分隔开的凝胶膜发挥了关键作用。这种半透性的凝胶实际上充当了一个单向屏障，它允许一侧的生物相对快速通过，同时减缓了L-丝氨酸向另一侧的渗透，从而保持了微生物的移动动机。波特兰州立大学的天体生物学家和物理教授杰伊·纳多也表示，这种设置是一个“好的选择”，因为它使识别微生物的活动更加容易，尤其是因为屏障在微生物进入L-丝氨酸一侧时能够将它们保留下来。
纳多和林登史密斯均认为，这些技术进步可能对未来的太空探险任务非常有益。在探索像欧罗巴这样非常寒冷的星球时，一个真正的问题是：如果外星生物游得非常非常慢，该怎么办？在这种情况下，使用传统的方法可能需要不断监控系统中是否有明显繁殖的微生物，这既困难又耗时。而采用这种新方法，科学家只需检查营养箱中是否有微生物，就可以判断是否存在生命活动的迹象。
然而，这一方法要真正应用于行星际天体生物学任务中，还面临着诸多挑战。首先，虽然地球上的本土生物可能喜欢L-丝氨酸和其他类似的基本食物，但无法保证这些物质会吸引具有不同生物化学特性的外星生物。因此，弄清楚在另一侧放什么作为诱饵，成为了一个亟待解决的难题。其次，即使假设宇宙中生命的营养菜单是相同的，在将这种方法应用到实际测量设备之前，还需要通过新的、更广泛的实验进一步完善技术，并且需要用不同种类的微生物和氨基酸进行工程和测试。
尽管面临挑战，但这项研究无疑为外星生命的探索开辟了一条新的道路。它让我们看到了微生物在天体生物学研究中的巨大潜力，也让我们对未来的太空探索充满了更多的期待。正如纳多所说：“（天体生物学）的目标之一是去（其他世界）寻找微生物，但与此同时，我们在地球上可以做很多事情，这将给我们带来大量见解。”这种新的微生物检测方法，正是简单但关键的工作的一个很好的例子，为未来的外星生命探索努力提供了重要的借鉴。
林登史密斯也强调：“你不知道外面（太空中）会发生什么。因此，多样化你的工具和技术来观察我们自己星球上的生命是重要的第一步。我们必须能够在地球上完成所有这些事情，然后才能在其他星球上进行有意义的工作。”随着科学技术的不断进步，我们有理由相信，在不久的将来，人类一定能够揭开外星生命的神秘面纱，实现这一伟大而又充满挑战的科学目标。
在这场探索宇宙生命奥秘的征程中，微生物的“游动”或许只是一个小小的线索，但它却有可能引领我们走向一个全新的世界，一个充满无限可能的宇宙生命新领域。让我们期待着科学家们在未来的研究中取得更多的突破，为人类对宇宙的认知和理解带来更多的惊喜。
参考文献：Could tiny swimming microbes help us unlock the mysteries of extraterrestrial life?｜Frontiers in Astronomy and Space Science
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