土卫二碱得像小苏打，地球微生物还能活吗？实验给了答案

如果要在太阳系里找一个"可能住着生命"的地方，土星的卫星土卫二（Enceladus）一定排在前列。它南极的冰喷泉不断向太空喷出水汽，像是在朝外面招手。2015年，卡西尼号探测器穿过这些喷泉并取样，发现冰壳之下是一片液态水海洋，里面溶解着高浓度的无机碳（DIC）、分子氢（H2）和甲烷（CH4）。这些成分让土卫二成了天体生物学任务的重点候选目标。

但问题也在这里：土卫二的海底海洋碱性远比地球海洋强，pH值更接近小苏打或含氨清洁剂，而不是地球海水。同时，它的海洋里溶解的二氧化碳（CO2）很少，而二氧化碳是产甲烷菌这类微小生物的"口粮"。于是，一个很自然的疑问冒了出来——在又碱又缺"食物"的水里，地球上的微生物还能活吗？

一支研究团队决定用实验来问这个问题。他们从地球海底最极端的环境之一取样，得到一种产甲烷古菌，然后把它放进模拟土卫二海洋的液体里，看它能不能存活、繁殖并产出甲烷。结果是可以：这种古菌能在土卫二海洋那样的严苛环境中活下来，这也拓宽了科学家眼中"宜居"的边界。

极端环境里的生命

土卫二喷泉里存在甲烷，这一点长期让人猜测：会不会有产甲烷的生物在制造它？在地球上，海底热液喷口附近的微生物正是用H2和DIC作为养分生长，并把甲烷当作"废气"排出来。土卫二喷泉中已经检测到H2和DIC，过去的研究还显示，一种叫蛇纹石化的岩石—水反应可能在土卫二海底生成H2。

可土卫二的强碱性是一道难关。它的pH值在8到11.6之间，任何生物在这样的环境里都很难存活，更别说维持稳定或增长的种群。在这样的pH水平下，DIC大多被锁在生物无法利用的形态里。缺了可用的二氧化碳，产甲烷菌会不会被"饿死"？

研究团队把目光转向古菌——一类生活在地球上最极端角落的微生物，火山热泉、酸性矿井废水、热液喷口都有它们的身影。所有产甲烷菌都是古菌，但并非所有古菌都是产甲烷菌。

"古菌已知是地球上最古老的细胞生物之一，它们非常古老，"论文第一作者、德国慕尼黑大学（LMU）古生物学与地球生物学博士生瓦妮莎·赫尔姆布雷希特（Vanessa Helmbrecht）说。

研究团队选中了一种来自日本冲绳海槽热液系统的产甲烷古菌，名为Methanothermococcus okinawensis，它能在pH 8.5的环境中生长。团队决定把它推向更极端的条件。

"我们想，如果必须挑一种能在土卫二超碱条件下生长的产甲烷古菌，那可能就是它了，"共同作者、LMU地球微生物学家威廉·奥尔西（William Orsi）说。

在实验室里，研究人员配制了模拟土卫二海洋化学、蛇纹石化反应以及各种可能pH值的混合液，加入M. okinawensis，并在48小时的周期里观察它的表现。

实验显示，这种古菌在土卫二模拟液中存活、繁殖并产生甲烷，表现比相同pH下的对照组更好。在模拟液中，M. okinawensis能在pH高达11的水平下产甲烷，而对照组在更低的pH下就已经消亡。这暗示，尽管可用的二氧化碳很少，蛇纹石化生成的H2仍足以供养这些古菌。

赫尔姆布雷希特说，这些实验不仅拓宽了已知M. okinawensis的生存边界，也说明我们所知的生命或许能在土卫二上存活。团队于9月在《科学进展》（Science Advances）上发表了这些结果。

寻找共同点

"即便如此，"伯恩（Berne）补充说，"这项研究把宜居性重新定义为海洋中pH、DIC和H2含量的综合结果，而不是只看pH，这直接关系到我们为未来土卫二任务所考虑的化学测量。"

团队也指出，古菌虽然在高pH的土卫二模拟液中活了下来，却表现出应激迹象，种群增长速度不如在较低pH下那么快。

"它们未必过得舒服，"奥尔西说。在高pH下，"它们不喜欢，但还是长了。"

既然已经证明有一类古菌能在类似土卫二的环境中生活，研究人员希望进一步探索：M. okinawensis最终会不会适应高pH，以及更复杂的生态系统能否也存活下来。

赫尔姆布雷希特强调，无法保证可能存在于土卫二上的生物与地球生命相似，或者用同样的化学途径获取能量来生长繁殖。在这类实验中，"我们必须假设一个共同的基础"。

不过，"我们现在已经具备了支持类地生命所需的全部要素，"赫尔姆布雷希特说，"我们有液态溶剂，也就是水，我们也有构成生命的全部原料。所以，假设生命看起来和我们的一样，它是有可能发生的。"

换句话说，这项实验并没有说土卫二上一定有生命，它说的是：如果那里的生命和地球生命走的是同一条化学路径，那么至少有一种地球微生物，能在那种又碱又缺二氧化碳的水里撑下来——哪怕活得并不舒服。