血瀑布，南極洲，微生物生活在冰下。 冰下基岩中的鐵和其他元素在與空氣相互作用時被氧化，導致生鏽的紅色。 **jill mikucki
尋找地球以外的生命讓許多人著迷，並激發了一些重大問題：我們在宇宙中真的是孤獨的嗎？ 我們的星球是獨一無二的嗎？ 地球以外的生命有沒有可能真的遠離綠色的小外星人，而更接近與我們共享地球的微生物生命？
單細胞生物是數十億年前在地球上進化的第一批生命形式，其存在時間比人類和其他多細胞生物要長得多。 它們還具有多種新陳代謝，可以在我們人類認為極端的環境中茁壯成長，例如在海底的熱熱液噴口、極鹹的湖泊中，甚至在岩石中。
在地球之外發現生命的第乙個地方是在我們的太陽系內，我們與潛在宜居世界之間的距離對於太空飛行器飛越甚至取樣任務來說仍然是可控的。 天體生物學家對金星、火星以及木星和土星的許多衛星感興趣，儘管木星的95顆衛星之一歐羅巴對世界來說是乙個特別有前途的候選者。 歐羅巴是乙個冰冷的海洋世界，在厚厚的冰殼下，水流從海洋中湧出。
儘管木衛二的表面溫度永遠低於-220°F，但許多天體生物學家對木衛二因其冰下海洋而成為太陽系中可能的生命場所感到興奮。 眾所周知，水對地球的宜居性很重要; 像水這樣的極性溶劑對於驅動地球上所有生命的生化反應至關重要，也可以為生物體的生存和進化提供熱穩定的棲息地。
眾所周知，碳是生命的另乙個重要組成部分。 生命所需的所有大分子都是碳基的——糖、蛋白質、DNA 和脂質都由排列成各種形狀的碳原子組成，包括環、片和鏈。
2023 年 9 月，兩個獨立的科學家團隊發現，固體二氧化碳 （CO2） 最有可能起源於冰下海洋，因為它在地表的位置與地質特徵相吻合，這表明該物質是從冰下運輸的。
乙個研究小組還假設海洋被氧化了，這是一種支援地球當前生物圈的化學條件，因此有利於我們所知道的生命的宜居性。 儘管科學家無法確定一氧化碳的**2在木衛二上，但木衛二上碳存在的確認點燃了天體生物學家的熱情，他們認為它可能承載著微生物生命。
有機碳和水等生命跡象被廣泛稱為生物特徵，是特別需要生物起源的化學或物理標記。 雖然沒有乙個單一的生物特徵足以在遙遠的世界中聲稱存在生命，但在像木衛二這樣的天體上發現許多互補的生物特徵可以加強生命可能以某種形式存在於地球之外的論點。
美國宇航局的歐羅巴快船插圖，計畫於 2024 年 10 月發射。 **nasa/wikimedia commons
從歐羅巴到南極洲——研究冰下微生物。
作為微生物實地考察地點，歐羅巴幾乎是遙不可及的——它超過 39億英里，寒冷得深不可測。 那麼，我們怎麼能確定生命能夠在歐洲的條件下生存呢？ 乙個想法是研究基於地球的模擬站點 - 地球上的極端環境，其條件模仿遙遠世界的條件。
通過描述這些生態系統中的微生物生命，我們可以深入了解生命如何在大多數其他生命形式完全不適宜居住的地方持續存在。 研究擬態位點還可以為我們提供線索，了解哪些型別的生物特徵在不同情況下可能很重要，並有助於了解研究人員在未來歐羅巴任務的資料中尋找什麼。
田納西大學諾克斯維爾分校（University of Tennessee， Knoxville）的副教授吉爾·公尺庫基（Jill Mikucki）博士研究了乙個模擬地點：血瀑布（Blood Falls），這是南極洲麥克默多乾穀（McMurdo Dry Valleys）泰勒冰川（Taylor Glacier）終點的著色特徵。 在那裡，乙個含鹽的冰下地下水生態系統將含鐵鹽水洩漏到地表。 鐵在與空氣接觸時會氧化，將流出的鹽水染成生鏽的紅色，並使血瀑布具有令人毛骨悚然的外觀和名稱。
在乾燥的山谷中工作和露營感覺超凡脫俗，“Mikucki說。 “它可能非常安靜。 太徹底了。 但如果風起，它就會咆哮。
作為一款模擬遊戲，《血瀑布》的部分吸引力來自其獨特的地理和水文特徵。 “我認為血瀑布是研究海洋世界的乙個很好的類比，因為它是液體從冰下穿過地表的少數幾個地方之一，”Mikucki解釋說。 “另外，它是鹹的，所以它就像乙個迷你的海洋世界，偶爾會在冰下溢位等分的液體 - 以及它的微生物含量。
這些特徵讓人想起從冰下噴發的木衛二羽流。 “在Blood Falls，我們可以研究冰下的生活是什麼樣的，涉及到地表的運輸，以及地表的生存是什麼樣子的，”Mikucki說。
2009年，Mikucki及其同事發表了一篇論文，詳細介紹了泰勒冰川下的微生物如何迴圈硫，並使用鐵作為末端電子受體，這是氧氣對地球表面許多生物的作用。
這種代謝發生在厭氧條件下（當氧氣有限時），這可能發生在光合生物的某些環境中，這些光合生物在沒有 O2 的情況下產生。這個生態系統深埋在冰層之下，可能已經與外界隔絕了100多萬年。
Mikucki研究冰下環境已有二十多年了，但她和她的團隊仍然對她的一些發現感到震驚。 例如，微生物細胞在冰下生長非常緩慢，可能需要一年或更長時間**。
一切都讓我難以置信，“她笑著說。 “我想知道這些鹽水被困在泰勒冰川下多久了，以及它是在什麼情況下產生的。 這些微生物群落如何在整個物理和化學旅程中持續存在？ 生命能以類似的方式在木衛二上持續存在嗎？ 陪審團尚未確定，但正在努力收集更多資料。
在接下來的幾十年裡，我們將通過兩項任務更好地了解歐羅巴：歐洲航天局的JUICE（木星的冰月探測器）和美國宇航局的歐羅巴快船。 JUICE任務於2023年4月發射，旨在描述木衛二和另外兩顆木星衛星的特徵，而美國宇航局的Clipper任務（計畫於2024年10月發射）將專注於木衛二。
Clipper的目標是測量冰殼的厚度以及表面與海洋之間的交換，以及研究木衛二的成分和地質。 這兩艘太空飛行器應該在2030年代達到目標，之後它們可以開始收集和發回資料。
地球以外生命的可能性——它很可能與這裡的生命截然不同——既令人興奮又令人謙卑。 如果我們從未在地球之外發現過生命，那就意味著這裡發生的事情非常特別。 如果我們這樣做，它可能會顛覆我們對生命的了解，並向我們表明，在浩瀚的宇宙中，我們並不孤單。