血瀑布，南极洲，微生物生活在冰下。 冰下基岩中的铁和其他元素在与空气相互作用时被氧化，导致生锈的红色。 **jill mikucki
寻找地球以外的生命让许多人着迷，并激发了一些重大问题：我们在宇宙中真的是孤独的吗？ 我们的星球是独一无二的吗？ 地球以外的生命有没有可能真的远离绿色的小外星人，而更接近与我们共享地球的微生物生命？
单细胞生物是数十亿年前在地球上进化的第一批生命形式，其存在时间比人类和其他多细胞生物要长得多。 它们还具有多种新陈代谢，可以在我们人类认为极端的环境中茁壮成长，例如在海底的热热液喷口、极咸的湖泊中，甚至在岩石中。
在地球之外发现生命的第一个地方是在我们的太阳系内，我们与潜在宜居世界之间的距离对于航天器飞越甚至采样任务来说仍然是可控的。 天体生物学家对金星、火星以及木星和土星的许多卫星感兴趣，尽管木星的95颗卫星之一欧罗巴对世界来说是一个特别有前途的候选者。 欧罗巴是一个冰冷的海洋世界，在厚厚的冰壳下，水流从海洋中涌出。
尽管木卫二的表面温度永远低于-220°F，但许多天体生物学家对木卫二因其冰下海洋而成为太阳系中可能的生命场所感到兴奋。 众所周知，水对地球的宜居性很重要; 像水这样的极性溶剂对于驱动地球上所有生命的生化反应至关重要，也可以为生物体的生存和进化提供热稳定的栖息地。
众所周知，碳是生命的另一个重要组成部分。 生命所需的所有大分子都是碳基的——糖、蛋白质、DNA 和脂质都由排列成各种形状的碳原子组成，包括环、片和链。
2023 年 9 月，两个独立的科学家团队发现，固体二氧化碳 （CO2） 最有可能起源于冰下海洋，因为它在地表的位置与地质特征相吻合，这表明该物质是从冰下运输的。
一个研究小组还假设海洋被氧化了，这是一种支持地球当前生物圈的化学条件，因此有利于我们所知道的生命的宜居性。 尽管科学家无法确定一氧化碳的**2在木卫二上，但木卫二上碳存在的确认点燃了天体生物学家的热情，他们认为它可能承载着微生物生命。
有机碳和水等生命迹象被广泛称为生物特征，是特别需要生物起源的化学或物理标记。 虽然没有一个单一的生物特征足以在遥远的世界中声称存在生命，但在像木卫二这样的天体上发现许多互补的生物特征可以加强生命可能以某种形式存在于地球之外的论点。
美国宇航局的欧罗巴快船插图，计划于 2024 年 10 月发射。 **nasa/wikimedia commons
从欧罗巴到南极洲——研究冰下微生物。
作为微生物实地考察地点，欧罗巴几乎是遥不可及的——它超过 39亿英里，寒冷得深不可测。 那么，我们怎么能确定生命能够在欧洲的条件下生存呢？ 一个想法是研究基于地球的模拟站点 - 地球上的极端环境，其条件模仿遥远世界的条件。
通过描述这些生态系统中的微生物生命，我们可以深入了解生命如何在大多数其他生命形式完全不适宜居住的地方持续存在。 研究拟态位点还可以为我们提供线索，了解哪些类型的生物特征在不同情况下可能很重要，并有助于了解研究人员在未来欧罗巴任务的数据中寻找什么。
田纳西大学诺克斯维尔分校（University of Tennessee， Knoxville）的副教授吉尔·米库基（Jill Mikucki）博士研究了一个模拟地点：血瀑布（Blood Falls），这是南极洲麦克默多干谷（McMurdo Dry Valleys）泰勒冰川（Taylor Glacier）终点的着色特征。 在那里，一个含盐的冰下地下水生态系统将含铁盐水泄漏到地表。 铁在与空气接触时会氧化，将流出的盐水染成生锈的红色，并使血瀑布具有令人毛骨悚然的外观和名称。
在干燥的山谷中工作和露营感觉超凡脱俗，“Mikucki说。 “它可能非常安静。 太彻底了。 但如果风起，它就会咆哮。
作为一款模拟游戏，《血瀑布》的部分吸引力来自其独特的地理和水文特征。 “我认为血瀑布是研究海洋世界的一个很好的类比，因为它是液体从冰下穿过地表的少数几个地方之一，”Mikucki解释说。 “另外，它是咸的，所以它就像一个迷你的海洋世界，偶尔会在冰下溢出等分的液体 - 以及它的微生物含量。
这些特征让人想起从冰下喷发的木卫二羽流。 “在Blood Falls，我们可以研究冰下的生活是什么样的，涉及到地表的运输，以及地表的生存是什么样子的，”Mikucki说。
2009年，Mikucki及其同事发表了一篇论文，详细介绍了泰勒冰川下的微生物如何循环硫，并使用铁作为末端电子受体，这是氧气对地球表面许多生物的作用。
这种代谢发生在厌氧条件下（当氧气有限时），这可能发生在光合生物的某些环境中，这些光合生物在没有 O2 的情况下产生。这个生态系统深埋在冰层之下，可能已经与外界隔绝了100多万年。
Mikucki研究冰下环境已有二十多年了，但她和她的团队仍然对她的一些发现感到震惊。 例如，微生物细胞在冰下生长非常缓慢，可能需要一年或更长时间**。
一切都让我难以置信，“她笑着说。 “我想知道这些盐水被困在泰勒冰川下多久了，以及它是在什么情况下产生的。 这些微生物群落如何在整个物理和化学旅程中持续存在？ 生命能以类似的方式在木卫二上持续存在吗？ 陪审团尚未确定，但正在努力收集更多数据。
在接下来的几十年里，我们将通过两项任务更好地了解欧罗巴：欧洲航天局的JUICE（木星的冰月探测器）和美国宇航局的欧罗巴快船。 JUICE任务于2023年4月发射，旨在描述木卫二和另外两颗木星卫星的特征，而美国宇航局的Clipper任务（计划于2024年10月发射）将专注于木卫二。
Clipper的目标是测量冰壳的厚度以及表面与海洋之间的交换，以及研究木卫二的成分和地质。 这两艘航天器应该在2030年代达到目标，之后它们可以开始收集和发回数据。
地球以外生命的可能性——它很可能与这里的生命截然不同——既令人兴奋又令人谦卑。 如果我们从未在地球之外发现过生命，那就意味着这里发生的事情非常特别。 如果我们这样做，它可能会颠覆我们对生命的了解，并向我们表明，在浩瀚的宇宙中，我们并不孤单。