[비즈한국] 大约6600万年前，一颗巨大的小行星飞向了现在墨西哥附近的尤卡坦半岛。那颗直径达200公里的巨大行星碰撞，对地球气候造成了巨大的改变，长期统治地球的巨大爬行动物也随之慢慢消失。这被记录为地球史上发生的第五次大灭绝事件。
但陨石并不总是破坏与死亡的代名词。有时，它反而是宣告新生命诞生与开端的信号弹。
以发现DNA双螺旋结构而闻名的英国生物学家弗朗西斯·克里克（Francis Crick），在第二次世界大战结束后，正值全世界被UFO热潮席卷的1973年，与化学家莱斯利·奥格尔（Leslie Orgel）一同抛出了一个有趣的假说。该假说认为，很久以前飞向地球的小行星和彗星表面携带的物质被传送到地球，成为了地球生命的种子。
在那之前，几乎所有的生物学家都认为生命的原料只是在地球某处组合而成的。然而，克里克瞬间将这种可能性扩展到了地球之外的宇宙。这是一个颠覆性的主张，认为地球生命或许也起源于外星生命。事实上，克里克当时说这番话时到底有多认真，后来引发了许多争议，但这一假说在随后的50年里得到了进一步的具体化和发展。
异形系列中的名作——2012年的电影《普罗米修斯》，正是基于这一假说。电影中描述，数十亿年前，被称为“工程师”的外星种族造访了地球海洋，他们体内的成分溶解其中，成为了地球海洋中最初生命的材料。因此，电影中出现的外星人尸体被表现为与现代人类的DNA几乎相同。
如果地球生命的起源来自小行星和彗星，那么在整个宇宙中也完全可能发生类似的事情。附着在小宇宙碎片上的生命原料在太空中漂浮许久后传送到另一颗行星，其碎片再次飞向太空并传送到下一颗行星。这就像蒲公英的种子乘着风飞到远处的山上，在那里开辟出一片新的蒲公英花海一样。这种认为生命的种子正在全宇宙范围内扩散的假说，被称为有生源说（Panspermia）。
这个假说虽然诱人，但很难证明。证明的方法只有一个，那就是亲自飞向未被地球物质污染的纯净小行星和彗星，确认那里是否真的封存着成为生命原料的物质。
关注到这一惊人可能性的天文学家们，最近向小行星发送了多种探测器。前往龙宫（Ryugu）小行星的隼鸟2号探测器成功尝试了对龙宫进行触地采样。隼鸟2号在舱内收集了小行星样本，该舱于2020年12月穿过地球大气层，回到了故乡。这相当于直接向地球“火箭配送”了小行星样本。
更近一些的时候，美国航空航天局（NASA）执行了OSIRIS-REx任务。探测器接近小行星贝努（Bennu），用同样的长嘴触碰了小行星表面。它收集了在碰撞瞬间飞散出来的小行星尘埃，装载样本的舱体于2023年9月成功再入地球大气层。这实际上变成了一颗装载着小行星样本坠入地球天空的人造陨石。
隼鸟2号带回的龙宫样本经过多次分析，发现了令人惊奇的东西。在龙宫样本中发现了活着的细菌。而且还确认了其数量正随时间推移而不断增殖。难道像电影《普罗米修斯》那样发现了“工程师”的真面目吗？事实并非如此。这背后隐藏着一个非常悲伤却更令人惊讶的故事。
将龙宫样本切成薄片后用电子显微镜观察，发现了一些细长且微小的结构。其尺度非常小，约为50微米。人类头发的厚度大约在20到200微米之间。头发比论文照片中那些细长的结构还要粗得多，足以完全覆盖它们。
在样本的各个地方都发现了看起来像长而细的丝状结构。起初，天文学家推测这些丝状结构可能仅仅是偶然粘上的头发、毛发或衣物纤维。因为在实验室里，实验服的纤维或擦拭工具时使用的布料、垫子确实会沾染各种纤维。然而，与我们所知的任何纤维组织相比，结构都不吻合。
观察其中一个丝状结构的放大照片，可以看到更有趣的结构，中间还发现了凹陷的部位。这在细胞分裂的过程中，两个细胞尚未完全分离、以相互连接的状态存在时经常被发现。
更令人惊讶的事实是，随着时间的推移，丝状物的数量正在增加。这意味着它们确实是正在增殖的生命体。也就是说，这绝非单纯从擦镜布上沾染的纤维。
装载龙宫样本的舱体于2020年12月穿过地球大气层抵达地球。虽然天文学家们很想立刻查看这热乎乎的“火箭快递”礼物，但他们还是长期忍耐着等待。为了最大限度地避免被地球物质污染，样本在真空室中保存了数月。经过漫长的等待，2022年11月4日，样本容器终于被打开。
开始用电子显微镜观察本次分析所用样本的日期是一周后的2022年11月11日。最初通过电子显微镜观察时，样本中发现了约11个丝状物。然而仅仅3周后的11月30日，丝状物增加到了147个。再过了两周，即2023年1月14日，数量大幅减少至36个。这明确意味着存在着随着时间推移数量增减的活着的群体。它们确实是生命。
研究团队曾一度感到激动，心想难道真的发现了以微生物形式存在的外星生命吗？但经过更严密的分析，失望的真相被揭开了。这些并不是外星生命，而是我们地球上的细菌。
地球细菌都以相似的方式增殖。细菌在最初接触新环境时，会在适应环境期间缓慢增殖，为正式生长做准备。此时观察不到明显的细胞分裂和增殖，它们正在为后续生长准备蛋白质复制。此后进入正式的对数生长期（Log Growth phase），细菌数量每隔固定时间翻倍。这是个体数量呈指数级激增的时期。但细菌并不会无限增殖，当维持群体所需的资源不足时，最终会停止增殖并进入稳定期（stationary phase）。随后进入数量缓慢减少的死亡期（death phase）。
本次在龙宫样本中确认的、推测为细菌的丝状物数量，其变化规律正是如此。最初仅有11个，仅仅3周就增加到了147个，随后又减少到36个。通过这种生长模式，研究团队推测其每5.1天数量增加一倍。以这一数据为基准，追溯丝状物增殖的开始时间，结果显示应该是在最初为了电子显微镜分析而切割小行星样本的时刻，即2022年11月初。换句话说，它们极大概率不是原本居住在小行星上的外星生命，而是在抵达地球实验室后立即沾染的地球细菌。
本次观察到的细菌推测为芽孢杆菌（Bacillus）。它们呈长棍状，芽孢杆菌这个名字本身在拉丁语中就是“棍子”的意思。它们是生活在地球各地的土地、河流，甚至我们体内的非常普通的细菌。由于拥有比较坚硬的细胞壁，即使在接近真空的低压下也不会死亡，能够存活下来。
事实上，在一般情况下，芽孢杆菌每120分钟增殖一倍。但本次在小行星样本中确认的丝状物大约每5天增殖一倍，这似乎是因为小行星样本在抵达地球后保存期间，接触到了极具压力的环境。芽孢杆菌在低压条件下的翻倍时间会延长至6天左右，与本次样本中确认的丝状物生长周期相似。
或许有人会抱有遗憾，心想这会不会是冻结在小行星上的外星细菌在接触到地球温暖环境后打破冬眠出现的呢？但那种可能性极低。小行星样本在来到地球后并没有立即打开，而是在实验室温暖的环境中暴露并保存了接近300天。因此，如果小行星上从一开始就有外星生命，那么在近一年的保存时间内，它们理应已经增殖到非常大的数量。但最初分析样本时观察到的丝状物数量仅有11个。
2023年1月进行的追加分析中没有确认到特殊的丝状结构，这一点也很重要。如果外星细菌附着在小行星的各个地方，那么在追加切开样本进行确认时，应该会再次发现细菌。但之后并没有看到新的外星生命。
遗憾的是，它们虽然不是我们期待的外星细菌或“工程师”，但这次发现向我们揭示了重要的事实。首先，它证明了地球生命即使不在地球，也能在小行星等完全不同的天体表面生存。尽管无法繁衍，但它们不会立即死亡，而是能在相当长的一段时间内持续增殖并增加数量。天文学家将本次样本中发生的一系列事件称为“快速殖民化（Rapid colonization）”。抵达地球的小行星样本在短短几周内就被地球原生的细菌“殖民”了。
这对未来包括火星在内的各种天体地球化（Terraforming）计划而言是一个非常重要的发现。最终，在人类前往火星之前，有必要先发送能在贫瘠环境中生存的细菌。本次发现证明，细菌完全可以在像火星这样的外星物质上生存，甚至还能增殖。或许如果地球化得以实现，人类之后真正进驻火星的先遣队将是细菌。
本次发现也给那些正计划进行更多样化小行星及彗星探测的科学家们留下了重要信息。科学家们遵守严格的防污染协议，以确保从宇宙带回的珍贵样本不被地球物质污染。尽管如此，本次样本还是被地球物质污染了。这意味着目前的协议还不够完善。
小行星防疫网出现漏洞是一个非常重要的问题。细菌在进行生化反应时，可能会破坏小行星表面的矿物质，或者留下新的物质。这意味着小行星的化学特性被改变了。小行星被认为是活化石，承载着50亿年前太阳系刚诞生时的物质。然而，一旦将那份珍宝带回地球的瞬间就被污染，研究结果就会出现严重的偏差。
天文学家为避免污染宇宙环境所做的努力由来已久。关于结束了14年长征、于2003年9月完成任务的伽利略号探测器的终局，曾引起过争论。有人主张将其坠毁在木星周围轨道上的欧罗巴（木卫二）等冰卫星表面。
但欧罗巴是有水和冰存在、极有可能存在外星生命的地方。因此，计划了许多探测任务来寻找生命痕迹。如果地球发射的探测器坠毁在欧罗巴，附着在其上面的地球物质可能会改变欧罗巴纯净的环境。这样一来，如果将来真的去了欧罗巴并发现了活着的细菌，我们也无法判断那到底是欧罗巴原生的外星生命，还是很久以前前辈探测器上带去的地球细菌存活了下来。我们人类将无意中成为在欧罗巴播撒新生命的“工程师”。
最终，天文学家决定让伽利略号探测器坠入木星云层，从而安全地守护了欧罗巴的环境。得益于此，最近发射的欧罗巴快船（Europa Clipper）探测器可以毫无污染担忧地分析至今被纯净保存的欧罗巴。
虽然最近因预算问题略有波折，但NASA正准备在2030年前实施从火星带回样本的历史性火星样本返回（Mars Sample Return）计划。已经抵达火星的毅力号火星车正在努力钻探火星各地以收集样本。之后，这些样本将转移到第二个抵达火星的探测器上，通过发射像小型导弹一样的火箭，载着珍贵的宝藏回到地球。
在此期间，所有关于火星的研究都在火星上进行。如果按照大家的愿望，这项任务能够顺利进行，人类终于可以在地球上直接确认和分析火星物质。但如果像这次小行星样本分析一样被地球物质污染，珍贵的火星样本分析结果就会包含许多误差。在火星样本返回任务即将来临的当下，龙宫样本留下了重要的教训：天文学家必须更谨慎地重新制定防污染协议。
美国作家约瑟夫·海勒根据二战服役经历创作的小说《第二十二条军规》（Catch-22）中，标题提到的“第二十二条军规”是作品中出现的虚构默示条款。即“疯子可以免除轰炸任务，因此必须向军医告知自己疯了。但如果这样做，就意味着他做出了正确的理智判断，从而证明他并未疯，因此无法免除轰炸任务。”所以，第二十二条军规指代陷入循环逻辑的尴尬境地。
在分析小行星样本时也会出现类似的情况。为了分析小行星的成分，必须在地球的实验室进行。但一旦带到地球实验室，就会因为被地球物质污染而无法进行正确的分析。由于结果可能被歪曲，将小行星带到地球实验室是危险的。然而，如果不带回来，又无法在地球进行分析。
当然这并非准确的比喻，但仅从表面现象来看，“为了分析小行星而进行观察的瞬间，小行星会失去原本的性质，变成变形且受污染的状态”，从这个侧面来看，让人想起了曾说“观察这一行为本身会影响宇宙面貌”的量子力学中的尴尬处境。我们似乎无论是在原子的微观世界，还是在宇宙的宏观世界，都无法看到在我们触碰之前那纯净、本真状态下的世界。
参考
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.14288
https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2/
作者池雄培（Ji Ung-bae）是？热爱猫咪与宇宙。儿时在看过《银河铁道999》后，心中萌生了想要传播宇宙之美的梦想。目前在延世大学银河演化研究中心及近宇宙论研究室，研究通过银河相互作用进行的演化，同时开展演讲和写作等多样化的科学传播活动。著有《暧昧中的天文台》、《整天想宇宙》、《星，光的科学》等书籍。