【Wired 硬塞】國際太空站上的神秘新種細菌,會是人類上火星的希望嗎?

美國太空總署在清查國際太空站上的微生物時,有時甚至還會發現新物種!這些生命力頑強的細菌,很可能會幫上人類進行宇宙長途旅行的忙。
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原文來自 Wired《Sneaky New Bacteria on the ISS Could Build a Future on Mars》,作者 Adam Rogers。台灣康泰納仕集團授權提供,由 Linden Chen 翻譯並經 INSIDE 編審。

在今年 3 月中旬,美國太空總署研究團隊宣布他們很酷地在國際太空站發現了一種未知的生物形式。

的確,對 NASA 這種對大眾傳播熟門熟路的組織而言(我指得是火星探測器漫遊者並不會自己寫推文,把發現公諸於世),大家對這新生物的發現反應實在太小了。

甚至可說是安靜過了頭。

這種生物並不是什麼體內有酸性血液的外星人,而是一種新型桿菌。這種桿菌過去在地球上不為人知,但它的基因似乎可歸類成我們並不陌生的甲基桿菌(Methylobacterium)類。通常甲基桿菌類喜歡在植物根部閒晃,而並非在太空站牆上逗留。你可能會覺得,這種也許會也許不會在太空演化的微生物沒什麼值得人們大驚小怪的。但似乎還沒有什麼人意識到,這種微生物很可能重新定義人類未來的太空探險。

為了想知道國際太空站到底可能存在哪些微生物,太空人在 2015、2016 年間,用棉花棒擦拭太空站的各個角落,並把這些棉花棒寄回地球。隨後幾年內,一群研究學者聚集在 NASA 生物技術與行星保護小組的噴射推進實驗室裡試著把上面的微生物分離出來,並對其基因定序。其中在太空站維生系統過濾器中最常見的微生物是羅得西亞甲基桿菌(Methylobacterium rhodesianum)。但是從太空站材料研究室架子附近表面、靠近窗戶的圓頂、以及太空人餐桌上的三個樣本中卻發現了新東西。目前科學家們把這新型桿菌命名為 M. ajmalii。

但別急,這甚至不是第一次科學家在太空中發現新細菌。他們早在 2017 年為另一種新未知細菌發表過論文。某種程度上來講,它們還真有可能是在太空站進行演化而變了太空原生物種。但更奇怪的是,那它們是怎麼跑上太空船跟太空人身上,這時候才被人類找到蹤跡的呢?負責該計劃的噴射推進實驗室微生物學家凱蘇里・凡卡特斯瓦蘭(Kasthuri Venkateswaran)說,「毫無疑問,太空有促進生物演化的跡象,但太空站一切新發現最多只存在 20 年而已,細菌不太可能在這 20 年間就演化完成。」

或許更有趣的假設是,找出哪些細菌在地球上不見蹤跡,卻能在太空船稀有封閉的環境中存活下來成為英雄。這就是為什麼研究太空站上的微生物群—包括細菌、真菌和病毒能存活,對執行火星任務,或是在建造其他宇宙基地至關重要了。和在地球上一樣,人類要在太空保持健康,部分取決於人體體內有好的微生物群,以及是否能在太空船艙內培養這些微生物。「我們可以說,這些太空人帶回的新物種,可能具有一定特徵能承受那裡的環境條件,」凡卡斯特瓦蘭說,「很可能所有生物只有他們能存活於太空。」

畢竟太空環境對生物真的很不友善。如果人類沒有太空船或太空服保護,可以看看是先因為窒息而死,還是被凍死。(太空輻射更像長期致死因素。)

因此無論是太空船、太空裝都必須是完全密閉的系統。能在太空中來來去去的只有貨物和太空人而已,但無論太空人去什麼地方,微生物都存在於他們的內臟、皮膚、鼻子、嘴巴,而且會把身上微生物帶到各地。這會發生在地球上的房間,當然也會發生在國際太空站中。但國際太空站畢竟不像你的房子,不僅國際太空站會自行回收空氣和水,而且你也不能打開太空站的窗戶。太空站內的空氣更乾燥,二氧化碳和輻射含量也更高,更遑論沒有地心引力。(「我們對某些種類的微生物會存留在地上習以為常,但如果沒有地面,他們就不會停留在地表,」專負不讓外星人侵略地球,也確保地球生物不會其他地方存留的前任 NASA 行星保護官約翰・羅麥爾(John Rummel)說。)

國際太空站裡面的空氣其實聞起來不太新鮮,而且充滿很多角落、縫隙,水滴也因為沒有地心引力會到處漂浮並沾黏,所以太空站其實還蠻適合微生物到處閒晃生存的。

某種角度來說,國際太空站微生物群就等於太空人身上的微生物群。根據 2019 年所做的一項研究,當有一批太空人進入太空站時,那麼站內微生物群的種類跟比例也會跟著改變。研究團隊檢視 9 位太空人皮膚、鼻子、腸道的微生物,他們曾經在國際太空站待了幾個月,其中一人還長達 1 年。

研究團隊也比較任務前後樣本的差異,並自太空站體本身取樣。「從牆上取到的樣本確實看起來像是太空人的皮膚。空氣過濾器看起來則像是太空人鼻腔內的微生物群,」博思艾倫漢密爾頓控股(Booz Allen Hamilton)顧問亞歷山大・沃里西斯(Alexander Voorhies),過去在克萊格・凡特基因研究所擔任科學家時就是該論文的主要作者,「空氣裡的微生物其實跟日常用品上的東西不一樣,」他說。

儘管如此,太空站體內的環境(不管是假設去火星執行任務,還是要在火星常駐)對某些細菌、真菌來說還是蠻友善的。沒人知道哪個比較好,但還是有一點點跡象—像太空站內的微引力和其他特殊情況,就有可能改變細菌的基因表現。例如生長在國際太空站實驗室刻苦環境的大腸桿菌,就會比地球上相似條件的大腸桿菌對抗生素有更高的抵抗力。

可以肯定的是,這不是所謂的「進化」,大腸桿菌這種改變必須永久持續存在才有辦法傳到下一代。但這很有可能剛開始而已。「給他們任何形式的壓力,他們就會改變,」科羅拉多大學化學與生物工程師,同時也是大腸桿菌研究的作者之一,阿努什理・查特吉(Anushree Chatterjee)說。「你會發現,這些韌性很強的細菌可以在國際太空站體表面生存。資源有限。食物也有限,所以他們試圖找到新的成長方式。」(這些能在不友善環境中生存下來的生物,都有一個特徵:也許所需要的食物也不是太多。)

然而跟微生物相比,國際太空站顯然對人類很不友善,住在那裡會壓制人類某些免疫反應,例如太空人在太空時很容易喚醒體內休眠的人類庖疹病毒第四型、水痘帶狀庖疹病毒。根據 2016 年所做的調查,太空人不太喜歡表達自己有醫療需求,但國際太空站機組人員常常有皮膚起紅疹、上呼吸道感染等臨床問題。

這其實很危險:罕見的細菌獲得進化,但太空人抵禦傳染病的能力卻變低了。NASA 一直以來想採集樣本研究此問題。基因定序技術也讓研究更精準、錯誤更少。最後攜帶基因定序設備變成太空人的常態任務之一,2016 年太空人凱特・羅賓斯(Kate Rubins)就進行了人類第一次在太空進行 DNA 定序,現在她也還在國際太空站裡。

基因定序就是想找出那些正在或已經變成病原體的微生物。「微生物群監測可能是檢測暴露在火星環境、或可能原本就存在火星表面生物的好方法,」美國太空總署行星保護顧問、搜尋地球外文明計劃研究所科學家安迪・史普里(Andy Spry)說,「換句話說,我們已經一套可以有監測太空船以及太空人上微生物群的方法。」

凡卡特斯瓦蘭的團隊發現新細菌的地點大多原為「無塵室」,聽起來有點不太妙。但其他新物種不一樣的地方是,這些新種甲基桿菌對人類來說可能非常有用!我們知道,地球上類似的桿菌可以把土壤中的氮轉化成植物養分來源,所以理論上新菌搞不好能幫助農作物生長在其他星球。另外這種 M. ajmalii 新菌還能也可以抵抗高強度輻射,並在完全乾燥後還可以以一種懸浮的姿態存活。簡言之,這個小傢伙比人類還適合太空旅行!

「我們想利用這種優勢,看看是否可以在模擬的月球土壤或火星表面的風化層培育它,」凡卡斯特瓦蘭說,「它可能提供營養,畢竟人類不能把地球的土壤一起帶到月球、火星上,我們必須依靠當地的土。」

不過,就算這種細菌真能把貧瘠的火星塵埃轉化為可耕作土好了,接下來的挑戰可還多得很。太空人無論到哪裡都會散播微生物,這是細菌世界的日常。像太空站或未來打算為火星送貨的 SpaceX Unlimited 都為細菌設下一道道的演化關卡。這些細菌只有部分能在太空旅行中存活下來,但一旦倖存下來的細菌都會有極強的環境適應力。太空船降落在火星時也一樣,會為微生物設下關卡並找到存活的路。

這些細菌絕大部分會死亡,但很可能剩下一些逐漸演化,太空反而變成他們充滿機會的世外桃源。因此,人類某種程度上必須阻止可能最適合火星的細菌進入火星環境、接管火星……但同時也要找出哪種細菌能為人類建立永續基地派上用場。「一旦你要幫太空服要排氣,一定會從中洩漏一些微生物。那你該怎麼控制它們?」凡卡斯特瓦蘭說,「倖存下來的細菌可能只剩百萬分之一,但只要可以存活,數量就會快速繁殖增加。」

的確,這種微生物風險或是變成致病細菌的機率很低,也讓世人似乎不太重視國際太空站的最新發現。不過凡卡斯特瓦蘭的最新發現,或許會吸引更多世人的注意。能在火星表面存活的細菌必須能適應高輻射、缺氧、風化層中的高氯酸鹽和氧化物,而且沒有水(或許在某些季節、地點火星上有水)。希望這些國際太空站的小生物,哪天也能幫助人類,讓人類在火星安全生存下去。

責任編輯:Chris
核稿編輯:Anny

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