从地球极端生命看火星地外生命中国科学院
星河璀璨，总让人浮想联翩，夜空静谧，常令让人无限遐想。火星，在西方称为战神玛尔斯星，中国则称为荧惑，是人们推测最可能有生命存在的地外行星之一。
火星成像图
美国勇气号火星车
年4月，我国首辆火星车命名为“祝融”，寓意点燃我国星际探测的火种，指引人类对浩瀚星空、宇宙未知的接续探索和自我超越。
年9月，美国航天局（NASA）宣布在火星发现了液态水存在的证据，那么大家都会关心几个问题，火星上真的有生命吗？生命形式又是什么样的呢？
根据之前的报道，火星环境是高辐射、低温（地表约14℃），水应该含无机盐（高盐环境）较丰富、低氧或无氧等极端环境。
在这种极端环境下，人类是不可能生存的，那么，什么样的生命形式才能存在呢？
让我们首先通过了解地球上在上述极端环境中的生命形式，从而初步揭开地外生命的神秘面纱。
一、极端环境和极端微生物
极端环境是指普通生命形式不能生存的环境，如高温、低温、高盐、高碱、高酸、高压、高辐射等环境，而在这种恶劣贫瘠的环境中还能够很好的生活的微生物称为极端微生物，这些极端微生物正代表着生命活动的极限。
二、类火星环境下地球上的生命
高辐射环境下的地球生命
通常所说的辐射是指包括高能粒子流等在内的电离辐射以及非电离辐射中能量较高的UV辐射。辐射的危害在于损伤DNA双链和蛋白质等大分子结构，而这种损伤可以遗传给后代，比如常见的畸形胎儿等。
一般来说，人类在5戈瑞（辐射强度的计量单位）的辐射下只能存活1个小时，广岛和长崎原子弹爆炸的辐射当量在10戈瑞。
我国科学家在新疆发现了一株能够耐辐射的真菌，能在戈瑞－戈瑞的高强度辐射下存活，这种发现对于航空领域来说无疑也是提供了重大的理论研究价值。
我国科学家发现的耐辐射真菌电子显微镜图
低温高温环境下的地球生命
嗜冷微生物适应在0℃或更低温度下能生长，其最适生长温度低于15℃，最高生长温度小于20℃。
它们主要分布在地球的南北极地区、冰窖、终年积雪的高山、深海和冻土地区，异养产气泡的细菌只在冰海和靠近冰海的环境存在。
而另外一种菌PolaromonasVacuolata最适生长温度为4℃，高于10℃则不能生长。
嗜热微生物是指最适生长温度高于45℃～50℃的微生物，最适生长温度在80℃以上。
德国科学家在海底火山喷发口发现一种古菌,能生活在℃以上高温中，最适温度为98℃，降至84℃即停止生长。
最为人们熟知的热环境是美国黄石国家公园，在该公园接近沸点或者酸度极强的泉水中仍有微生物的存在，它们产生的色素使得泉水呈现出了不同的色彩，形成了独特的一道靓丽风景线。
美国黄石公园风景图
高盐环境下的地球生命
高盐环境是指盐度大于海水浓度的水、土壤等环境，而人类的正常生理盐水(NaCl)的浓度只有0.9%。
有一类微生物即极端嗜盐古菌甚至可以生长在30%的盐浓度里，接近NaCl饱和浓度，极端嗜盐古菌为了维持细胞内的含水量，它们在细胞内大量积累盐离子(主要是钾离子)来对抗胞外的高渗环境，使得这一类群生命形式能够在高盐环境中生长。
一些极端嗜盐古菌能在营养不均衡的情况下，可以在体内积累能源和碳源物质，在营养贫瘠的时候拿来供给自身生长繁殖。
另外一些极端嗜盐古菌能利用细胞膜中的紫膜在有太阳光存在的基础上进行最简单的生物光合作用，从而可以维持自己的生命活动这也是在日积月累的与环境相互作用中出现的一种适应机制。
极端嗜盐古菌和嗜盐的藻类大都可以产生色素，这也是一些海水和内陆湖呈现红色的原因。
澳大利亚希勒湖
无氧环境下的地球生命
厌氧菌通常认为这是一类只能在低氧的条件下生长，而不能在空气（18%氧气）和（或）10%二氧化碳浓度下培养基中生长的细菌。
根据对氧气耐受程度简单分为：极端厌氧菌，如月形单胞菌，对厌氧条件要求很高，在空气中暴露10min即死亡，临床上很难分离出；
中度厌氧菌如脆弱拟杆菌等临床分离常见的厌氧菌，在空气中暴露60～90min或在脓汁抽出72h后仍然能分离出来；
耐氧菌如溶组织梭菌，在无氧条件下生长好，而在有氧条件下生长不良。
人们最为熟悉的可能是酸奶中的乳酸菌。另外，一些厌氧微生物也是口臭或者其他肠道疾病的元凶。
厌氧微生物可利用的基质极为广泛，包括了自然界各种各样含氮和不含氮的有机物及CO2等。它们在氮和碳等元素地球生物化学大循环中起着很重要的作用，可能先于智慧生命存在于恶劣环境下。
乳酸菌电子显微镜图
三、畅想地外生命
极端环境下的微生物具有对抗多种极端环境的能力，如我国科学家发现的耐辐射微生物特别是耐辐射真菌还有很强的耐重金属（如铅、铬、钴、镍、铜）、耐紫外、耐有毒有机物、耐旱和耐盐等特性，对重金属具有富采、转化、释放等功。
前几年发现有生存于高温环境最适生长温度为10~℃甚至有高达℃的超嗜热专性厌氧细菌，亦发现有能生长在南极的嗜冷厌氧菌，以及能在2~25%盐浓度中生长的专性厌氧发酵的嗜盐菌。
这些极端环境下微生物为了我们打开了思索的大门。
通过对地球上类似火星环境微生物的了解，我们思索着，火星相似环境下，是不是也生活着和地球一样丰富多彩的微生物资源，是不是也在经历着地球生命演化的过程呢？
这些微生物是否也正像地球早期的藻类、蓝细菌等先驱生命一样在改变着火星的环境，使火星更加适合多种生命形式的存在呢？
科学无穷，宇宙充满奥秘，让我们张开科学的翅膀，探秘浩瀚宇宙的地外生命，也期待着我国航天科技能带给我们新的发现。
（本文作者：中国科学院微生物研究所研究生刘晓彬）
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