南極的一處湖泊能揭秘地球生命的起源嗎？它如何幫助我們尋找火星上的生命跡象？研究人員希望能通過潛入南極溫特塞湖下，借助賽萊默的YSI技術(shù)尋找相關(guān)的答案。與他們一起踏上回到30億年前的奇妙之旅吧。
溫特塞湖表面的冰層足足有三米厚，Dale Andersen潛入刺骨的湖水中，進入了一個與南極其他地區(qū)隔絕的世界。當他沿著安全繩不斷下降時，他看到湖底到處都是被稱為疊層石的小型錐形物。這些高一到兩英尺的錐形物是由一種名為席藻的藍細菌屬一層層地堆疊而成，一層的厚度最少只有亞毫米級。
這些疊層石在被Andersen和同事們發(fā)現(xiàn)之前，還從未接觸過現(xiàn)代環(huán)境，而它們最早可以追溯到地球上還只存在微生物的時代。
Andersen說：“這就像一張來自30億年前的明信片。如果你想知道當時的生態(tài)系統(tǒng)是什么樣子的，南極的這些湖泊就是早期微生物景觀的奇妙模型。”
一扇通向過去和其他行星的窗戶
Andersen是地外文明搜索研究所(SETI Institute)卡爾薩根中心(Carl Sagan Center)的高級研究員，該研究所致力于尋找和研究地球之外的生命和智慧。
十多年來，盡管Andersen已經(jīng)多次探訪過溫特塞湖水下，但他仍然對湖底獨特的錐形景觀心懷敬畏。他指出，“事實上在月球表面行走過的人比親眼看到湖底的人還要多。”
Andersen表示：“了解地球上的早期古環(huán)境或早期生物圈能對在其他星球上尋找生命跡象起到重要幫助。”
“比方說，當我們對南極這些與火星環(huán)境類似的湖泊進行研究時，我們認為這可能有助于我們對早期的火星有更多的認識。也許那里也曾經(jīng)存在過微生物生態(tài)系統(tǒng)——與南極湖泊中的生態(tài)系統(tǒng)不完全相同，但也類似。”
“研究湖中的疊層石群落有助于為尋找火星古湖泊沉積物中的生命跡象提供信息。溫特塞湖南部盆地的厭氧區(qū)讓我們能夠?qū)Ｗ⒂谠谕列堑男l(wèi)星土衛(wèi)二和木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二的海洋中尋找生命。”
用YSI水質(zhì)分析儀測量水質(zhì)
溫特塞湖位于南極洲東部毛德皇后地的山區(qū)，終年冰雪覆蓋。為了抵達溫特塞湖，一支多學(xué)科研究小組從南非開普敦飛往南極洲，降落在俄羅斯新拉扎列夫斯卡亞(Novolazarevskaya)南極考察站的冰跑道上。從那里出發(fā)，研究小組要花費一天的時間，騎著雪地摩托穿越冰面。
到達目的地后，他們開始扎營，在冰上鑿一個洞。為了鑿洞，研究小組讓溫水通過一個圓柱形加熱盤管循環(huán)起來，待冰層穩(wěn)定融化，形成進入湖水中的通道，整個過程可能耗時24小時以上。從直徑較小的10英寸洞口把儀器放下去采集水樣。
Andersen對收集整個水柱的水質(zhì)測量結(jié)果設(shè)定了比較高的要求。他使用的是YSI EXO2多參數(shù)水質(zhì)分析儀，帶有測量濁度、藻類總量、pH值、氧化還原電位(ORP)、熒光溶解有機物(fDOM)、溶解氧(DO)和電導(dǎo)率的智能傳感器。
緩慢降下水質(zhì)分析儀，每次降下一米甚至半米，并密切關(guān)注軟件上顯示的數(shù)據(jù)，讓團隊注意溫度、氧氣水平和化學(xué)成分的細微變化。
洞察全球變暖的影響
在厚厚的冰層下，溫特塞湖非常寧靜，湖水循環(huán)極為緩慢。Andersen說，一個微粒大約需要一個月的時間才能穿過6.5公里長的湖面。然而，偶爾也會發(fā)生戲劇性的事情。
Andersen和同事們在查看衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)時注意到，2019年初，溫特塞湖的水位突然升高了兩米。大約六公里外的上湖(Lake Obersee)似乎有一座冰壩決堤，三周內(nèi)向溫特塞湖排入了大約1750萬立方米的水。
根據(jù)隨后的觀察和測量結(jié)果，Andersen認為這可能是一個300到500年一遇的事件之一。2019年11月，Andersen再次回到溫特塞湖，立即部署了一個多參數(shù)探測器來測量該湖的水質(zhì)。
Andersen指出：“由于這次洪水事件，我們目睹了水化學(xué)上的重大變化之一。這些測量數(shù)據(jù)很重要，有助于我們了解未來幾年全球變暖對溫特塞湖微生物生態(tài)系統(tǒng)的影響。”
當Andersen在描述他在南極冰層下探索的世界時，美國宇航局的“毅力”號火星車正在從火星表面?zhèn)鬏斍д鬃止?jié)的圖像。盡管“毅力”號距離溫特塞湖有1.416億英里，科學(xué)家們仔細研究這兩個地方的照片時，這兩個世界相遇了，他們渴望了解地球生命的起源，也想要找到其他星球上的生命跡象。
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