[비즈한국] 大約6600萬年前，一顆巨大的小行星飛向了現在墨西哥附近的尤卡坦半島。那顆直徑達200公里的巨大行星碰撞，對地球氣候造成了巨大的改變，長期統治地球的巨大爬行動物也隨之慢慢消失。這被記錄為地球史上發生的第五次大滅絕事件。
但隕石並不總是破壞與死亡的代名詞。有時，它反而是宣告新生命誕生與開端的訊號彈。
以發現DNA雙螺旋結構而聞名的英國生物學家弗朗西斯·克里克（Francis Crick），在第二次世界大戰結束後，正值全世界被UFO熱潮席捲的1973年，與化學家萊斯利·奧格爾（Leslie Orgel）一同丟擲了一個有趣的假說。該假說認為，很久以前飛向地球的小行星和彗星表面攜帶的物質被傳送到地球，成為了地球生命的種子。
在那之前，幾乎所有的生物學家都認為生命的原料只是在地球某處組合而成的。然而，克里克瞬間將這種可能性擴充套件到了地球之外的宇宙。這是一個顛覆性的主張，認為地球生命或許也起源於外星生命。事實上，克里克當時說這番話時到底有多認真，後來引發了許多爭議，但這一假說在隨後的50年裡得到了進一步的具體化和發展。
異形系列中的名作——2012年的電影《普羅米修斯》，正是基於這一假說。電影中描述，數十億年前，被稱為“工程師”的外星種族造訪了地球海洋，他們體內的成分溶解其中，成為了地球海洋中最初生命的材料。因此，電影中出現的外星人屍體被表現為與現代人類的DNA幾乎相同。
如果地球生命的起源來自小行星和彗星，那麼在整個宇宙中也完全可能發生類似的事情。附著在小宇宙碎片上的生命原料在太空中漂浮許久後傳送到另一顆行星，其碎片再次飛向太空並傳送到下一顆行星。這就像蒲公英的種子乘著風飛到遠處的山上，在那裡開闢出一片新的蒲公英花海一樣。這種認為生命的種子正在全宇宙範圍內擴散的假說，被稱為有生源說（Panspermia）。
這個假說雖然誘人，但很難證明。證明的方法只有一個，那就是親自飛向未被地球物質汙染的純淨小行星和彗星，確認那裡是否真的封存著成為生命原料的物質。
關注到這一驚人可能性的天文學家們，最近向小行星傳送了多種探測器。前往龍宮（Ryugu）小行星的隼鳥2號探測器成功嘗試了對龍宮進行觸地取樣。隼鳥2號在艙內收集了小行星樣本，該艙於2020年12月穿過地球大氣層，回到了故鄉。這相當於直接向地球“火箭配送”了小行星樣本。
更近一些的時候，美國航空航天局（NASA）執行了OSIRIS-REx任務。探測器接近小行星貝努（Bennu），用同樣的長嘴觸碰了小行星表面。它收集了在碰撞瞬間飛散出來的小行星塵埃，裝載樣本的艙體於2023年9月成功再入地球大氣層。這實際上變成了一顆裝載著小行星樣本墜入地球天空的人造隕石。
隼鳥2號帶回的龍宮樣本經過多次分析，發現了令人驚奇的東西。在龍宮樣本中發現了活著的細菌。而且還確認了其數量正隨時間推移而不斷增殖。難道像電影《普羅米修斯》那樣發現了“工程師”的真面目嗎？事實並非如此。這背後隱藏著一個非常悲傷卻更令人驚訝的故事。
將龍宮樣本切成薄片後用電子顯微鏡觀察，發現了一些細長且微小的結構。其尺度非常小，約為50微米。人類頭髮的厚度大約在20到200微米之間。頭髮比論文照片中那些細長的結構還要粗得多，足以完全覆蓋它們。
在樣本的各個地方都發現了看起來像長而細的絲狀結構。起初，天文學家推測這些絲狀結構可能僅僅是偶然粘上的頭髮、毛髮或衣物纖維。因為在實驗室裡，實驗服的纖維或擦拭工具時使用的布料、墊子確實會沾染各種纖維。然而，與我們所知的任何纖維組織相比，結構都不吻合。
觀察其中一個絲狀結構的放大照片，可以看到更有趣的結構，中間還發現了凹陷的部位。這在細胞分裂的過程中，兩個細胞尚未完全分離、以相互連線的狀態存在時經常被發現。
更令人驚訝的事實是，隨著時間的推移，絲狀物的數量正在增加。這意味著它們確實是正在增殖的生命體。也就是說，這絕非單純從擦鏡布上沾染的纖維。
裝載龍宮樣本的艙體於2020年12月穿過地球大氣層抵達地球。雖然天文學家們很想立刻檢視這熱乎乎的“火箭快遞”禮物，但他們還是長期忍耐著等待。為了最大限度地避免被地球物質汙染，樣本在真空室中儲存了數月。經過漫長的等待，2022年11月4日，樣本容器終於被開啟。
開始用電子顯微鏡觀察本次分析所用樣本的日期是一週後的2022年11月11日。最初透過電子顯微鏡觀察時，樣本中發現了約11個絲狀物。然而僅僅3周後的11月30日，絲狀物增加到了147個。再過了兩週，即2023年1月14日，數量大幅減少至36個。這明確意味著存在著隨著時間推移數量增減的活著的群體。它們確實是生命。
研究團隊曾一度感到激動，心想難道真的發現了以微生物形式存在的外星生命嗎？但經過更嚴密的分析，失望的真相被揭開了。這些並不是外星生命，而是我們地球上的細菌。
地球細菌都以相似的方式增殖。細菌在最初接觸新環境時，會在適應環境期間緩慢增殖，為正式生長做準備。此時觀察不到明顯的細胞分裂和增殖，它們正在為後續生長準備蛋白質複製。此後進入正式的對數生長期（Log Growth phase），細菌數量每隔固定時間翻倍。這是個體數量呈指數級激增的時期。但細菌並不會無限增殖，當維持群體所需的資源不足時，最終會停止增殖並進入穩定期（stationary phase）。隨後進入數量緩慢減少的死亡期（death phase）。
本次在龍宮樣本中確認的、推測為細菌的絲狀物數量，其變化規律正是如此。最初僅有11個，僅僅3周就增加到了147個，隨後又減少到36個。透過這種生長模式，研究團隊推測其每5.1天數量增加一倍。以這一資料為基準，追溯絲狀物增殖的開始時間，結果顯示應該是在最初為了電子顯微鏡分析而切割小行星樣本的時刻，即2022年11月初。換句話說，它們極大機率不是原本居住在小行星上的外星生命，而是在抵達地球實驗室後立即沾染的地球細菌。
本次觀察到的細菌推測為芽孢桿菌（Bacillus）。它們呈長棍狀，芽孢桿菌這個名字本身在拉丁語中就是“棍子”的意思。它們是生活在地球各地的土地、河流，甚至我們體內的非常普通的細菌。由於擁有比較堅硬的細胞壁，即使在接近真空的低壓下也不會死亡，能夠存活下來。
事實上，在一般情況下，芽孢桿菌每120分鐘增殖一倍。但本次在小行星樣本中確認的絲狀物大約每5天增殖一倍，這似乎是因為小行星樣本在抵達地球后儲存期間，接觸到了極具壓力的環境。芽孢桿菌在低壓條件下的翻倍時間會延長至6天左右，與本次樣本中確認的絲狀物生長週期相似。
或許有人會抱有遺憾，心想這會不會是凍結在小行星上的外星細菌在接觸到地球溫暖環境後打破冬眠出現的呢？但那種可能性極低。小行星樣本在來到地球后並沒有立即開啟，而是在實驗室溫暖的環境中暴露並儲存了接近300天。因此，如果小行星上從一開始就有外星生命，那麼在近一年的儲存時間內，它們理應已經增殖到非常大的數量。但最初分析樣本時觀察到的絲狀物數量僅有11個。
2023年1月進行的追加分析中沒有確認到特殊的絲狀結構，這一點也很重要。如果外星細菌附著在小行星的各個地方，那麼在追加切開樣本進行確認時，應該會再次發現細菌。但之後並沒有看到新的外星生命。
遺憾的是，它們雖然不是我們期待的外星細菌或“工程師”，但這次發現向我們揭示了重要的事實。首先，它證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體表面生存。儘管無法繁衍，但它們不會立即死亡，而是能在相當長的一段時間內持續增殖並增加數量。天文學家將本次樣本中發生的一系列事件稱為“快速殖民化（Rapid colonization）”。抵達地球的小行星樣本在短短几周內就被地球原生的細菌“殖民”了。
這對未來包括火星在內的各種天體地球化（Terraforming）計劃而言是一個非常重要的發現。最終，在人類前往火星之前，有必要先傳送能在貧瘠環境中生存的細菌。本次發現證明，細菌完全可以在像火星這樣的外星物質上生存，甚至還能增殖。或許如果地球化得以實現，人類之後真正進駐火星的先遣隊將是細菌。
本次發現也給那些正計劃進行更多樣化小行星及彗星探測的科學家們留下了重要資訊。科學家們遵守嚴格的防汙染協議，以確保從宇宙帶回的珍貴樣本不被地球物質汙染。儘管如此，本次樣本還是被地球物質汙染了。這意味著目前的協議還不夠完善。
小行星防疫網出現漏洞是一個非常重要的問題。細菌在進行生化反應時，可能會破壞小行星表面的礦物質，或者留下新的物質。這意味著小行星的化學特性被改變了。小行星被認為是活化石，承載著50億年前太陽系剛誕生時的物質。然而，一旦將那份珍寶帶回地球的瞬間就被汙染，研究結果就會出現嚴重的偏差。
天文學家為避免汙染宇宙環境所做的努力由來已久。關於結束了14年長征、於2003年9月完成任務的伽利略號探測器的終局，曾引起過爭論。有人主張將其墜毀在木星周圍軌道上的歐羅巴（木衛二）等冰衛星表面。
但歐羅巴是有水和冰存在、極有可能存在外星生命的地方。因此，計劃了許多探測任務來尋找生命痕跡。如果地球發射的探測器墜毀在歐羅巴，附著在其上面的地球物質可能會改變歐羅巴純淨的環境。這樣一來，如果將來真的去了歐羅巴並發現了活著的細菌，我們也無法判斷那到底是歐羅巴原生的外星生命，還是很久以前前輩探測器上帶去的地球細菌存活了下來。我們人類將無意中成為在歐羅巴播撒新生命的“工程師”。
最終，天文學家決定讓伽利略號探測器墜入木星雲層，從而安全地守護了歐羅巴的環境。得益於此，最近發射的歐羅巴快船（Europa Clipper）探測器可以毫無汙染擔憂地分析至今被純淨儲存的歐羅巴。
雖然最近因預算問題略有波折，但NASA正準備在2030年前實施從火星帶回樣本的歷史性火星樣本返回（Mars Sample Return）計劃。已經抵達火星的毅力號火星車正在努力鑽探火星各地以收集樣本。之後，這些樣本將轉移到第二個抵達火星的探測器上，透過發射像小型導彈一樣的火箭，載著珍貴的寶藏回到地球。
在此期間，所有關於火星的研究都在火星上進行。如果按照大家的願望，這項任務能夠順利進行，人類終於可以在地球上直接確認和分析火星物質。但如果像這次小行星樣本分析一樣被地球物質汙染，珍貴的火星樣本分析結果就會包含許多誤差。在火星樣本返回任務即將來臨的當下，龍宮樣本留下了重要的教訓：天文學家必須更謹慎地重新制定防汙染協議。
美國作家約瑟夫·海勒根據二戰服役經歷創作的小說《第二十二條軍規》（Catch-22）中，標題提到的“第二十二條軍規”是作品中出現的虛構默示條款。即“瘋子可以免除轟炸任務，因此必須向軍醫告知自己瘋了。但如果這樣做，就意味著他做出了正確的理智判斷，從而證明他並未瘋，因此無法免除轟炸任務。”所以，第二十二條軍規指代陷入迴圈邏輯的尷尬境地。
在分析小行星樣本時也會出現類似的情況。為了分析小行星的成分，必須在地球的實驗室進行。但一旦帶到地球實驗室，就會因為被地球物質汙染而無法進行正確的分析。由於結果可能被歪曲，將小行星帶到地球實驗室是危險的。然而，如果不帶回來，又無法在地球進行分析。
當然這並非準確的比喻，但僅從表面現象來看，“為了分析小行星而進行觀察的瞬間，小行星會失去原本的性質，變成變形且受汙染的狀態”，從這個側面來看，讓人想起了曾說“觀察這一行為本身會影響宇宙面貌”的量子力學中的尷尬處境。我們似乎無論是在原子的微觀世界，還是在宇宙的宏觀世界，都無法看到在我們觸碰之前那純淨、本真狀態下的世界。
參考
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？熱愛貓咪與宇宙。兒時在看過《銀河鐵道999》後，心中萌生了想要傳播宇宙之美的夢想。目前在延世大學銀河演化研究中心及近宇宙論研究室，研究透過銀河相互作用進行的演化，同時開展演講和寫作等多樣化的科學傳播活動。著有《曖昧中的天文臺》、《整天想宇宙》、《星，光的科學》等書籍。