太空辐射都杀不死的生物，被人类终结了

2019年2月22日，数十万以色列人的目光都望向了遥远的太空。

他们的月球探测器“创世纪”号（Beresheet）即将登上月球，一旦成功，以色列将成为继美国、苏联和中国后第四个在月球上软着陆的国家。这是世界上第一个私人资助的月球着陆器，由以色列非营利机构 SpaceIL 和以色列航空工业公司（IAI）运营。不仅如此，它还是有史以来执行登月任务最小也最便宜的航天器。

起初，一切都非常顺利。然而，就在距离预定着陆时间十分钟左右，一系列技术故障出现了。首先是创世纪号上的恒星追踪器出了问题，导致工程师无法确定其在太空中的方向。其次，这个“经济适用型”着陆器上唯一的一台电脑，在执行任务时莫名其妙地不断重启。最终，在边重启边降落的情况下，创世纪号以超过 3000 千米/小时的速度撞向了月球。

所有人都曾对创世纪号寄予厚望。他们甚至还在着陆器上放了一个“月球图书馆”（Lunar Library），它由25层40微米厚的镍箔组成，满载着人类文明。前4层由纳米光刻技术刻蚀了三千万页文档和照片的微缩图像；后21层是光盘母版，存储了超过100GB的压缩文件。“月球图书馆”隶属于一个非营利组织——方舟使命基金会（Arch Mission Foundation），他们一直致力于在太阳系内和周围建立多个人类知识的存储仓库。

月球图书馆。图片来源：Arch Mission Foundation

此时，心灰意冷的 SpaceIL 成员们并不知道，就在方舟使命基金会将“月球图书馆”交付给他们的几周前，基金会的创始人诺瓦·斯皮瓦克（Nova Spivack）突然决定，无论如何，一定要在“月球图书馆”里加入一些DNA样本。

大自然用树脂形成的琥珀保存数亿年前的地球生物，受此启发，方舟使命基金会的科学家和工程师决定用环氧树脂做成“人造琥珀”。他们把斯皮瓦克和其他 24 个人的毛囊、血液样本，以及一些圣地的生物样本（如印度的菩提树）和脱水的水熊虫混合进树脂，薄薄地添加到每层镍箔之间，又在包裹“月球图书馆”的高温绝缘胶带上洒了几千只脱水的水熊虫。

于是，这些水熊虫随着坠毁的创世纪号落到了月球上。众所周知，水熊虫是一种生存能力极强的生物，不仅能耐受接近绝对零度（-273°C）的低温和高达 151°C 的高温，还能在真空和辐射等极端环境条件下生存。斯皮瓦克毫不在意地说，这些水熊虫“什么也算不上，不过是来自地球的诗意‘签名’”。可人们还是开始担忧，本没有生命的月球就要被这种“地表最强生物”污染了。

从美国月球勘测轨道器（LRO）拍摄的照片来看，坠毁的创世纪号直接把月球表面砸出了一个坑。虽然科学家早已知道，水熊虫在高达7.5GPa的液体静压强（hydrostatic pressure）下也能存活，但毕竟这次是和着陆器一起从空中坠落。在撞击月球表面的瞬间，水熊虫承受的是极高的击波压强（shock pressure）。它真的能活下来吗？

创世纪号坠毁前后，相应位置月球地表的照片。图片来源：NASA

让水熊虫飞一会儿

带着这样的疑问，英国肯特大学（University of Kent）的团队开始做实验，研究水熊虫能否耐受这样高强度的冲击。他们打算用气枪将子弹射向沙子，模拟水熊虫乘坐创世纪号撞击月球的场景。

不过，研究人员用的可不是我们在体育比赛中见到的气手枪或气步枪，而是一种特殊的二级轻气枪。普通的气枪子弹速度通常不会超过500米/秒，但肯特大学的这台二级轻气枪，射速可以在 0.3 千米/秒到 7.5 千米/秒间任意调节。

为了模拟宇宙中不同天体的环境，研究人员还能用液氮将子弹靶向的目标冷却到 100K （约-173°C），或是加热到 1000K （约727°C）。用这样高级的气枪发射体长不过1毫米的水熊虫，可真算得上是“大炮打蚊子”了。当然，这样的高级玩意用起来很是费劲，一天最多只能发射两枚子弹。

肯特大学的二级轻气枪。图片来源：原论文

接下来，水熊虫就要进“弹仓”了。研究人员首先贴心地给水熊虫喂食了矿泉水和苔藓，然后将这些吃饱喝足的小家伙放进空心尼龙子弹的底部。这些子弹装满了水，每枚子弹中有2～3只水熊虫。这样，当子弹撞向沙地时，每只水熊虫都会受到均匀的冲击。

随后，工作人员将这些子弹放进冰箱，冷冻了48小时。在这种情况下，水熊虫会进入一种名为“tun”的冬眠状态：它们的身体会脱水，收缩成一个看上去没有生命迹象的小球，新陈代谢降低到正常水平的0.1%。不过，一旦解冻，它们又能在8～9小时内恢复活性。

“突！突！”一枚又一枚载着水熊虫的子弹笔直地射向几米外的沙地。

研究人员测试了从 0.5 千米/秒到 1.0 千米/秒间六种不同的射击速度，对应的峰值击波压强从 0.61 GPa到 1.31 GPa不等。每次射击完后，研究人员都会把埋有子弹的沙子倒入水中，用浮选法除去沙子，继而观察水熊虫的恢复情况。

结果显示，当子弹的射出速度不高于0.7千米/秒（对应峰值击波压强0.86GPa）时，所有的水熊虫都会慢慢苏醒；可当射击速度达到0.8千米/秒（对应峰值击波压强1.01GPa），就只有60%的水熊虫能恢复活力；一旦子弹速度达到0.9千米/秒（对应峰值击波压强1.14GPa），水熊虫不仅无一生还，甚至还变成了碎片。而且，所有经历过这场测试的水熊虫，都要比正常同类多花好几倍的时间，才能从“tun”状态中恢复过来。

测试前后的水熊虫。图a、b：测试前的水熊虫；图c：测试后成功恢复的水熊虫；图d：测试中撞成碎片的水熊虫（图片来源：原论文）

创世纪号的金属框架撞击月球表面时，产生的击波压强会远远超过1.14GPa。想来，这些水熊虫小小的身体一定受到了大大的震撼。“我们可以确认它们无法幸存”，这项研究的参与者之一，亚历杭德拉·特拉斯帕斯（Alejandra Traspas）给创世纪号上的水熊虫们出具了“死亡证明”。

生命从何而来，去往何处

公元前5世纪，古希腊哲学家阿那克萨哥拉提出，生命遍布整个宇宙，由太空尘埃、流星等携带到各处，这一假说又被称为胚种论（panspermia）。由于这直接涉及到生命的起源，许多科学家都在研究，生命能否通过陨石成功地转移到地球，以及地球上的生命是否会随着地球碎片落户他处。

曾有研究认为，地球受到剧烈撞击时产生的碎片，速度足以飞到月球。计算结果显示，这种碎片撞击月球的平均垂直速度达 1.3 千米/秒，峰值击波压强超过 2GPa ，已经超过了水熊虫能耐受的强度。看来，“地表最强生物”大概是无法通过这种方式定居月球了。

肯特大学的研究团队还曾用同样的二级轻气枪，将冷冻的酵母孢子加速到接近气枪的速度上限——7.4千米/秒，这样垂直入射水中的孢子要承受大约43GPa的峰值击波压强。研究人员惊讶地发现，部分酵母居然能重新生长繁衍。虽然，在这种极端情况下，酵母孢子的存活率只有 0.001% 。但相比于 0.9 千米/秒下撞击就会变成碎片的水熊虫， 1.0 千米/秒下撞击的酵母孢子还能有 50% 的存活率，也非常令人惊叹了。

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然而，如果想要探究生命能否在天体间转移，除了撞击月球时的峰值击波压强外，还有很多其他因素需要考虑。例如，地球受到剧烈撞击时的压强是否过大，以及这种撞击是否产生了生命无法耐受的高温等。因此，哪怕是再强大的生命体，经受这样的重重考验后还要存活下来，恐怕依旧是一件很难的事。

生命的起源确如“神迹”一般。虽然科学一次次地告诉我们，地球生命来源于其他星球的可能性微乎其微，但我们依然可以抱有美好的幻想：或许，那些乘坐“过山车”飞上月球的水熊虫们，正做着甜甜的梦。

可爱的水熊虫。图片来源：Wikimedia Commons

参考资料

[1]https://davidson.weizmann.ac.il/en/online/sciencepanorama/what-happened-beresheet

[2]https://static1.squarespace.com/static/5c3bcbd5e17ba3597ea81282/t/5cbde30b6e9a7f176344d8a1/1555948311129/Overview+of+the+Lunar+Library.pdf

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/Arch_Mission_Foundation

[4]https://www.wired.com/story/a-crashed-israeli-lunar-lander-spilled-tardigrades-on-the-moon/

[5]https://www.archmission.org/technologies

[6]https://www.archmission.org/spaceil

[7]https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-007-1896-8_12

[8]https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2020.2405

[9]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705817343333?via%3Dihub

[10]https://www.science.org/content/article/hardy-water-bears-survive-bullet-impacts-point

[11]https://en.wikipedia.org/wiki/Panspermia

[12]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103512004447?via%3Dihub

策划制作

来源｜环球科学

作者｜黄雨佳

审校 | 二七

责编｜杨雅萍

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