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1 # 魅力科學君
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2 # 星辰大海路上的種花家
假如把“水熊蟲”在太陽系等有水的星球上都人為的放置一些(比如木衛二),會怎麼樣?
水熊蟲就是緩步動物們的一個俗稱,身長最小的只有50微米,最大也只有1.4毫米,主要生活在水中的沉澱物,潮溼的土壤以及苔蘚植物的水膜中!全世界約有750餘種,而分佈幾乎就是全球性,無論是高山還是深海,都有它們的蹤影。
看上去像不像一隻充了氣布口袋?它的身體表面覆蓋有一層水膜,除了避免身體乾燥以外,它還可以攝取其中的溶解氧!
一、不死的水熊蟲
1、生命力最頑強的生物
水熊蟲人類已知生物中生命力最強的生物,它們能生活在極端惡劣的環境,甚至在接近絕對零度還是超過沸水的溫度(151℃)的環境中都能存活2分鐘以上,在極低溫-200℃能活上幾天, -20℃能存活30年以上!相關研究顯示,水熊蟲在絕對乾燥的環境下能生存1-10年!
2007年,歐洲宇航局曾經將水熊蟲送入太空,將它們直接暴露在宇宙輻射和低溫環境中,結果令人震驚,68%水熊蟲在如此嚴酷的環境中生存了下來,回到地面後仍然可以繁殖後代。它是唯一一種經歷了宇宙空間環境仍然可以生存下來的生物。
2、水熊蟲優秀的基因
研究人員發現水熊蟲的基因有一個特點,它們並不從祖先那裡繼承所有基因,而是有將近17.5%的基因是外源性的,簡單的說,它似乎混合了多個物種的基因片段,但卻能使他正常生長髮育,這看起來似乎有些不可思議!
在很久以前科學家就發現,某些細菌和微生物會發生基因水平轉移,簡單的說就是攜帶了遺傳資訊的物質可以在不相關的物種之間交換,也發現這種遺傳物質水平轉移方式也可以發生在動物身上,比如人類會透過轉座子和病毒獲得外源基因,但水熊蟲的外源基因居然高達17.5%,實在有些超出想象,之前這個外源性基因的記錄保持是輪蟲,它是8%-9%。
研究人員推測這種“替換”自身基因的能力應該是在其特殊的“脫水期間”發生的,當水熊蟲所處的環境極其惡劣時,它會脫水變得非常乾燥,基因會發生斷裂,當然環境條件改善,水熊蟲的細胞會重新吸收水分,但會保持一段時間的“半開放”狀態,此時外界的基因可能會進入其內部,待細胞修復自身時會將這些基因一併嵌入到自身的基因組中,成為科學家摸不著頭腦的基因來源!
而水熊蟲這種抗輻射,耐低溫,抗沸水甚至在真空下生存的能力,可能就是這些外來基因所賦予,因為看起來,只有水熊蟲才是這些所有能力的集大成者!
二、木衛二的環境
太陽系中已知的宜居星球除了地球以外再無分店,但科學家一直懷疑火星以及木衛二與土衛六都有可能存在區域性宜居環境,或者說是另一種生命形態!因為從太陽系中含水星球來對比,木衛二無疑是其中的佼佼者(當然第一也並非木衛二,而是木衛三),但即使如此木衛二也比地球含水量要高得多!
左:木衛二,右:地球
1、木衛二表面條件
木衛二是伽利略1610年發現的木星衛星,位於內側第六軌道,它的直徑比月球稍小,是一顆矽酸鹽岩石質天體,它可能有一個鐵鎳質核心,表面溫度−171.15℃,覆蓋有大量的冰殼,期間裂縫和條紋縱橫!木衛二有一個稀薄的含氧大氣層。
從木衛二的簡介中有一個我們發現有一個含氧大氣層的條件,似乎有些許希望存在生命?但各位想多了,木衛二的含氧大氣並非生命所創造,而是Sunny中的紫外線對木衛二水汽的光解所致,氫原子很輕直接就逃逸了,而比較重的氧則留存了下來!但請不要以為這些氧可供呼吸,因為大氣壓僅僅只有1微帕!
2、木衛二的內部條件
從表面上看木衛二並沒有合適條件來支撐生命,但在它厚厚的冰殼下似乎有另一片天地!
數十千米的冰殼下是一個上百千米後的液態水層,科學家最感興趣的就是在這個區域,曾經科學家一直都搞不清楚這液態水層是哪裡來的加熱機制所致,但後來發現了木衛一、木衛二、木衛三之間的拉普拉斯共振現象,結合近木點的引力牽扯,其中木衛一最近受影響最大,地表起伏高達100米,甚至木衛一因此有個液態核心!儘管隨距離增加而加熱作用下降,但仍然足以讓木衛二冰下液態海洋的熱量來源!
木衛一四個公轉週期為1.8地球日,木衛二兩個公轉週期為3.6地球日,木衛三公轉週期為7.2地球日,相互之間引力互相牽制,形成了偏心率稍大的橢圓軌道,在近木點和遠木點時會形成麵糰的揉搓效應!
三顆著名的木星衛星的拉普拉斯軌道共振效應示意圖
從加熱機制可以推測,高溫岩石與水接觸,可以促成熱化學反應,能提供氫和還原性化學物質,紫外輻射則能分解水汽成氧氣,而且木衛二表面存在巨大的裂隙等地質運動機制,會將表面的這些物質都帶入冰層以下,形成原始地球的部分條件,因此從這個角度來看,木衛二冰層下有生命的機會還是比較大的!
三、水熊蟲能在木衛二生存嗎?
從上文描述來看,木衛二表面平均溫度為−171.15℃,但氣壓極低,水熊蟲可能會一直封凍狀態,它存活幾天明顯是沒問題的,但很明顯這不是長久之計,進入木衛二的冰層以內可能會好一些,因為按水熊蟲在地球上的分佈條件,在木衛二冰下的海洋中似乎並不是特別大的問題,但有兩個要求也許存在一些疑問:
1、木衛二冰下液態水層的巨大壓力
2、液態水層的溶解氧
因為水熊蟲在高壓下生存並不好,只能維持數小時至數天,而水熊蟲也是一種需氧生物,理論上來看木衛二冰下海洋中的氧含量應該極低,難以支撐水熊蟲的生態所需!
本文到此,也可以給出結論了,從目前推測來看,木衛二確實可能存某些迴圈可能會出現區域性適合生命生存的環境,但事實上這些僅僅依靠推測,而水熊蟲到達木衛二,存在一段時間可能並不意外,但如果要在木衛二上繁衍生息,可能還要未來進一步確定!那麼啥時候能確定呢?
四、木衛二的探測計劃
歐洲宇航局和NASA曾經制定了一系列雄心勃勃的木星探測計劃,但到現在為止我們引用的大部分資料依舊來源於旅行者的飛越木星以及兩次伽利略任務的對木衛二的觀測資料,曾經“木星冰月軌道器”已經取消!2006年制定的木衛二探測計劃也沒有在NASA2007年的計劃中編列預算!
在2005年7月4日05時44分,“深度撞擊號”成功撞擊坦普爾1號彗星的彗核。本來木衛二打算參考深度撞擊的模式來一次木衛二的“深度探測”,因為這個計劃沒有從木衛二起飛的過程,從控制和成本上來看是一個非常大的優勢,但很可惜這個計劃也不了了之!
根據美國宇航局在前幾天的釋出的公告,NASA已經批准了一項在2020年開始實施的木衛二探測計劃,預計在2023年準備完畢,2025年發射升空!這項計劃和早先的激進的潛水探測器以及鑽頭冰層的計劃不一樣,此次任務搭載的是“穿冰雷達”,將在厚厚的木衛二冰層下尋找湖泊和海洋!
另外探測器還搭載了高解析度的相機和光譜儀,對木衛二表面噴發的水汽物質進行光譜分析,看是否能找到NASA極其感興趣的氨基酸等生命誕生所需的物質。但種花家更關心的是在"歐羅巴快艇"計劃後的無人探測器木衛二登陸計劃,此任務將在木衛二表面展開激動人心的外星鑽探!深入內部尋找木衛二的生命跡象!
儘管後者的探測更為令人激動,但至少從現在看來並沒有實質性的展開,只是一箇中遠期的規劃與展望,但如果2025年發射的“歐羅巴快艇”計劃中發現木衛二噴出物中氨基酸存在的話,那麼這個計劃是可以預期的!吃瓜群眾們期待嗎?
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3 # 科學認識論
水熊蟲是一種小型水生無脊椎動物,可以說生物界的一大傳奇,因為它的生命力是在是太強了,是一種暴露在外太空環境中還有命讓下一代述說自己傳奇(產下有活力的卵)的生物。那麼他的生命力到底有多強呢?
八條腿一蜷,即使脫水成幹(三體人瑟瑟發抖),新陳代謝幾乎完全停止,形成一種接近死亡卻又無敵的隱生狀態,變成一隻“隱生盞”,風乾數年澆點水立刻復活。那麼那些嚴苛的環境下水熊蟲還能活著呢?低至零下200°C,高至150°C,6億帕斯卡高壓,5700格雷強度放射,pH從1到13,這些環境下都能活!真是任爾風吹雨淋,我自巋然不動。
雖然水熊蟲能夠在太空中產卵,但是產卵後就會很快奄奄一息了,基於這個習性,所以水熊蟲是不能長期暴露在太空環境中的。
雖然不能在外太空生存很久,但是並不代表木衛二不可以。木衛二是一個獨立的星球,它上面可以有提供生物生存的環境嗎?這要從兩個方面來說,一個是木衛二的表面,另一個是木衛二的海洋底部。
木衛二星球,美國“旅行者“號和”伽利略“號分別在1980年和1995年探測過這顆星體。旅行者號曾經在1979年發現其表面佈滿了一些環形山,隱約見到數萬條溝壑狀的條紋存在。1995年,伽利略號在對其進行更加細緻的抵近探測後,科學家認為,木衛二厚厚的冰層上面的這些裂隙與地球的南北極冰蓋運動頗為類似。所以我們可以把它想象成地球的南北極。
科學家們推斷,木衛二的表面覆蓋著厚厚的冰層,在冰蓋上層溫度很低,大概是零下為零下163至零下223℃攝氏度。這種溫度下水熊蟲是隻能一直處於隱身狀態,而且太空輻射較大,因為木衛二的溫度變化不明顯,水熊蟲就只能以這種狀態滯留在木衛二寒冷的冰蓋上,數百年後,水熊蟲可能連屍首都找不到了。
另外一點就是木衛二的厚厚的冰蓋下面,是深不見底的海洋,再加上木衛二由於距離木星太近,其內部核心受到木星引力影響之下不斷摩擦而產生熱能別小看這種潮汐摩擦力,積累到一定程度也能加熱海水噢!因此在海洋底部水溫合適的區域是能夠讓水熊蟲生存的,而且可能存在更高等級的生物生存的。
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假如把“水熊蟲”在太陽系等有水的星球上都人為的放置一些(比如木衛二號),會怎麼樣?
水熊蟲可以說是現在生物界的“網紅”了,人們之所以對它們如此的仰慕,是因為其強悍的生命力。在各種極端的環境中,例如高溫、高壓、低溫、低壓、缺氧、缺水、高鹽分、高輻射……,水熊蟲都能夠活下來,人們甚至將它們直接暴露在外太空的環境中,在幾個星期以後,研究者發現它們依然存活。
再來看木衛二,它的體積雖然不大,但是卻擁有大量的水,科學家們估計木衛二的總水量比地球的多了足足一倍。更重要的是,透過對觀測到的各種資料的分析,科學家們認為,在木衛二表面的冰層之下,很有可能存在著一個由液態水組成的海洋。
大家都知道,液態水是維持碳基生命生存的重要條件,正因為如此,在科學家們的眼中,木衛二就成了太陽系中除地球以外,最有可能擁有生命的星球。
那麼問題就來了,既然木衛二有液態水組成的海洋,那麼將地球上生命力最強的水熊蟲送到木衛二去,會怎麼樣?它們能愉快地生活嗎?在嚴酷的環境中,水熊蟲會進入一種叫“隱生”的休眠狀態,在這種狀態下的水熊蟲,其自身的新陳代謝水平會降至正常水平的萬分之一左右。它們會一直保持這種狀態,當週圍的環境變得合適時,它們才會“復活”。
木衛二的表面溫度為零下163至零下223℃攝氏度,很顯然,在這種溫度下,水熊蟲只能以“隱生”狀態苟延殘喘。與地球不同的是,在木衛二的表面,水熊蟲永遠等不到“環境變得合適”的那一天。需要指出的是,水熊蟲的“隱生”狀態,充其量也就只能保持幾百年。
(上圖為水熊蟲的“隱生”狀態與正常狀態的對比)
所以,如果將水熊蟲送到木衛二表面,那麼它們的結局有很大的可能是,在極度的嚴寒中耗盡生命的能量,最後絕望地死去。為什麼要說“有很大的可能”呢?這是因為,它們也有很小的可能進入木衛二冰層下的海洋。
科學家們發現,木星引力的潮汐作用,不光可以給木衛二的內部提供熱源,還會使木衛二內部的地質運動變得比較活躍。因此,在合適的情況下(比如說間歇泉或者冰火山),木衛二表面與地下海洋之間的物質是可以互相交換的。
如果某些水熊蟲幸運地遇到了這種情況,它們就可以來到溫度適宜的液態水世界,在這裡它們就可以“復活”了。
但是這並不代表這些水熊蟲能夠“愉快地生活”,這時的水熊蟲會面臨著另一個問題,那就是食物。水熊蟲是動物,它們不能像植物那樣自行生長,所以說就算環境合適,如果在這裡找不到食物,等待它們的也是死亡。
好訊息是,研究表明,木衛二的海底環境與地球非常相似,特別是木衛二的海洋底部存在的“熱液出口”,極有可能演化出低階的生命,甚至還可能進化出類似地球上魚類的生物。如果真是這樣,水熊蟲也許就可以在這裡找到食物了。
簡單總結一下,水熊蟲能不能在木衛二愉快地生活,這取決於兩個條件,第一個是它們必須進入木衛二的地下海洋,另二個則是它們必須能夠找到食物。其中每二個的重要性明顯要更大一點,因為第一步我們完全可以透過技術手段來實現。
所以這個問題的答案就是,如果木衛二上有生命的話,水熊蟲就可以在木衛二的地下海洋裡生存,反之則不能。