50億公里的感悟

關(guān)毅 (本刊特約記者)

50億公里的感悟

關(guān)毅 (本刊特約記者)

經(jīng)過(guò)8年、50億多公里的星際之旅，“黎明”號(hào)探測(cè)器終于飛抵谷神星，同時(shí)也一躍成為人類科學(xué)史上第一架環(huán)繞兩顆地外天體運(yùn)行的航天器。正是這份堅(jiān)持與執(zhí)著讓“黎明”號(hào)探測(cè)器“終成正果”，同時(shí)或許還能讓我們悟出些許道理。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最古老恒星系統(tǒng)具有112億年歷史，包含5顆行星

天文學(xué)家日前發(fā)現(xiàn)了銀河系中已知最古老的一組行星，這5顆炙熱并且可能由巖石構(gòu)成的天體的年齡是太陽(yáng)系的2倍多。對(duì)這一古老系統(tǒng)的進(jìn)一步研究將為了解星系中行星形成的早期階段帶來(lái)曙光。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)說(shuō)明，類地行星的形成遍布宇宙的幾乎整個(gè)歷史，為尋找外星生命提供新的線索。

英國(guó)伯明翰大學(xué)天體物理學(xué)家Bill Chaplin介紹說(shuō)，這一行星系統(tǒng)的母星是開普勒-444，這是一顆距離地球117光年的與太陽(yáng)類似的恒星，位于天琴座，個(gè)頭略小于太陽(yáng)。開普勒-444非常明亮，用雙筒望遠(yuǎn)鏡很容易找到。

Chaplin和他的同事對(duì)美國(guó)宇航局(NASA)的開普勒項(xiàng)目搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了幾年的分析研究，該空間望遠(yuǎn)鏡通過(guò)對(duì)銀河系的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)力圖發(fā)現(xiàn)與地球類似的行星。對(duì)于開普勒-444的研究似乎已經(jīng)讓科學(xué)家得了一個(gè)大獎(jiǎng)。

總的來(lái)說(shuō)，這5顆行星從其母星前掠過(guò)并形成了微弱的日蝕，從而透露了它們的存在以及大小，還有其環(huán)繞母星運(yùn)轉(zhuǎn)的周期。所有的行星均位于距離開普勒-444約1200萬(wàn)km的范圍內(nèi)，并且環(huán)繞母星運(yùn)轉(zhuǎn)一周的時(shí)間不超過(guò)10天。(在太陽(yáng)系中，水星與太陽(yáng)的距離最近，為4600萬(wàn)km。)

Chaplin指出，這5顆行星由于距離恒星太近而不可能位于星系的宜居帶中，因此它們的表面不可能存在生命。實(shí)際上，這些行星的表面溫度比水星熱得多，因此任何大氣或海洋可能在很久之前便隨著不斷汽化而消失了，只留下烤焦的巖石表面。

Chaplin說(shuō)，距離開普勒-444最近的一顆行星的大小與水星相仿，而最遠(yuǎn)的一顆行星則比金星或地球略小。其他3顆行星的大小與火星類似。

并未參與該項(xiàng)研究的哈佛大學(xué)天體物理學(xué)家Andrew Vanderburg表示：“在同一個(gè)遙遠(yuǎn)的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)5顆比地球還要小的行星，這真讓人感到不可思議?！?/p>

Chaplin指出，開普勒空間望遠(yuǎn)鏡之前也曾在其他恒星的周圍發(fā)現(xiàn)了多行星系統(tǒng)。此次新發(fā)現(xiàn)的開普勒-444的不同之處在于其古老的年齡——這顆恒星大約有112億年的歷史。研究人員在2015年1月27日的《天體物理學(xué)雜志》網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。相比之下，宇宙的年齡是138億歲，而太陽(yáng)系的歷史僅為46億年。

5顆行星緊密地圍繞具有112億年歷史的開普勒-444旋轉(zhuǎn)(圖片來(lái)源：TIAGO CAMPANTE)

為了估算開普勒-444的年齡，研究人員分析了恒星亮度的微弱變化——在一年的時(shí)間里，望遠(yuǎn)鏡每一分鐘便會(huì)采集一次恒星的亮度數(shù)據(jù)。這些變化使得天體物理學(xué)家得以計(jì)算恒星內(nèi)部的音速，從而讓研究人員能夠推斷恒星內(nèi)部的氫氦比例——這是確定一顆恒星在其演化的過(guò)程中走了多遠(yuǎn)的關(guān)鍵。天文學(xué)家認(rèn)為，在我們的太陽(yáng)系中，行星在太陽(yáng)出現(xiàn)后很快便已形成。Chaplin說(shuō)：“在地球形成的時(shí)候，這一恒星系統(tǒng)中的行星便已經(jīng)要比今日的地球更為古老?！?/p>

開普勒-444星系古老的年齡表明地球級(jí)別的行星在宇宙形成的極早期便有可能出現(xiàn)。對(duì)開普勒-444進(jìn)行的光譜學(xué)分析揭示了這顆恒星缺乏鐵元素，因此環(huán)繞其運(yùn)轉(zhuǎn)的行星也可能缺鐵。Chaplin推測(cè)，這些行星很可能主要由比鐵輕的元素構(gòu)成，例如碳、氮、硅和硫。

加利福尼亞州山景城NASA下屬埃姆斯研究中心天體生物學(xué)家Natalie Batalha表示，對(duì)這一古老星系以及與其類似星系的進(jìn)一步分析，將有助于研究人員更好地模擬行星在銀河系以及整個(gè)宇宙中是如何以及何時(shí)形成的。

十位男性在當(dāng)今人口中留下遺傳印記相關(guān)世系出現(xiàn)與古代社會(huì)政治因素有關(guān)

目前全世界有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的男性攜帶著成吉思汗的遺傳特征，這個(gè)著名的蒙古統(tǒng)治者死于1227年。研究人員如今發(fā)現(xiàn)，還有10位男性以其旺盛的生育能力在今天的人口中留下了持久的烙印。這項(xiàng)研究表明，是一些社會(huì)政治因素促成了這樣的世系，但這些留下遺傳印記的男性的身份依然是一個(gè)謎。

成吉思汗的遺傳“遺產(chǎn)”案例曾令世人矚目。由如今在英國(guó)欣克斯頓市威康信托基金會(huì)桑格研究所任職的進(jìn)化遺傳學(xué)家Chris Tyler-Smith率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在2003年發(fā)表的一篇論文中指出，橫跨亞洲的16個(gè)族群中8%的男性(以及全世界0.5%的男性)共享了近乎完全相同的Y染色體序列。存在于這些人脫氧核糖核酸(DNA)中的變異表明，這一世系起源于約1000年前的蒙古。

據(jù)《自然》雜志報(bào)道，成吉思汗以擁有數(shù)百名后代而聞名于世。但與法國(guó)圖盧茲市薩巴蒂大學(xué)遺傳學(xué)家Patricia Balaresque一道主持這項(xiàng)最新研究的萊斯特大學(xué)遺傳學(xué)家Mark Jobling表示，一個(gè)Y染色體世系則需要在一個(gè)更大的家譜中追隨一個(gè)單一的父系，并且在擴(kuò)散于廣闊地理區(qū)域內(nèi)的數(shù)代人中留下持久的遺傳印記。

Jobling指出：“偶爾有很多男人會(huì)擁有很多兒子。但一般情況下，這些‘兒子’自身?yè)碛写罅績(jī)鹤拥目赡苄圆⒉皇翘摺Ｄ惚仨氂幸粋€(gè)強(qiáng)化的過(guò)程?！苯⑦@樣成功的血統(tǒng)往往取決于社會(huì)制度，即允許有權(quán)勢(shì)的男人與眾多女性生育后代。

除了成吉思汗和他的男性后裔，研究人員之前曾識(shí)別出其他兩個(gè)高成功率Y染色體世系的創(chuàng)始者—— 一個(gè)是死于1582年的中國(guó)滿族統(tǒng)治者覺(jué)昌安；另一個(gè)則屬于愛(ài)爾蘭中世紀(jì)的Uí Néill王朝。

在這項(xiàng)新的研究中，Jobling的團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)橫跨亞洲的127個(gè)族群中5000多名男性的Y染色體進(jìn)行分析，從而對(duì)這些人的遺傳奠基人進(jìn)行了一次系統(tǒng)搜索；研究人員之所以將目光聚焦在這一區(qū)域，是因?yàn)檫@里有許多可用的數(shù)據(jù)，并且在亞洲已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了類似世系的證據(jù)。

研究人員最終發(fā)現(xiàn)，有11個(gè)Y染色體序列分別占據(jù)了5321個(gè)基因組中的20多個(gè)基因組。研究人員利用共享序列中的DNA差異以及隨時(shí)間積累的隨機(jī)突變，大致確定了這些世系的創(chuàng)始者生活在什么年代。同時(shí)，通過(guò)假定創(chuàng)始男性曾生活在他們的基因型最為普遍和多樣化的地區(qū)，從而追溯了世系的地理源頭。

Jobling的研究團(tuán)隊(duì)在《歐洲人類遺傳學(xué)雜志》上報(bào)告指出，正如覺(jué)昌安一樣，成吉思汗的父系血統(tǒng)再次站了出來(lái)。

烏蘭巴托的成吉思汗雕像(圖片來(lái)源：Michael Kohn/EPA/Corbis)

研究人員鑒別發(fā)現(xiàn)，其他9個(gè)世系的起源遍及從中東到東南亞的整個(gè)亞洲地區(qū)，并且在時(shí)間上可以從公元700年追溯到公元前2100年。Jobling警告說(shuō)，這些年代數(shù)據(jù)存在巨大的誤差范圍，但他強(qiáng)調(diào)，對(duì)于這些世系的估算與之前在成吉思汗和覺(jué)昌安中所使用的方法類似。

研究人員指出，生活在公元前2100年至公元前300年的遺傳創(chuàng)始人存在于中東地區(qū)、印度、東南亞和中亞的農(nóng)業(yè)社會(huì)及游牧文化之中。他們的年代與等級(jí)體系在亞洲青銅器時(shí)代出現(xiàn)的時(shí)間相一致，例如巴比倫人。較近的3個(gè)世系則全部與中國(guó)東北部地區(qū)及蒙古的游牧民族有關(guān)。它們包括與覺(jué)昌安和成吉思汗有關(guān)的兩個(gè)世系以及可回溯到公元850年的第三個(gè)世系。研究人員鑒別出第三個(gè)850年世系的幾個(gè)候選者，但他們表示還需要進(jìn)行更多的研究。

“尋找這些聯(lián)系是迷人的。我們做的時(shí)候使用的是非常間接的推理，你可以嘗試對(duì)每個(gè)世系這樣做?！盩yler-Smith說(shuō)，“我真的希望有人會(huì)找到成吉思汗墓和遺骸?！?/p>

美發(fā)射土壤水分監(jiān)測(cè)衛(wèi)星有助于提高天氣預(yù)報(bào)、洪水預(yù)警和干旱監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率

在全球范圍內(nèi)，土壤保持著地球的一小部分水分。然而這些水分在水、碳和能量的循環(huán)過(guò)程中依然是一個(gè)至關(guān)重要的方面：它決定了一個(gè)地區(qū)對(duì)于干旱及洪澇的敏感程度，決定了植物能否很好地生長(zhǎng)并吸收大氣中的碳，同時(shí)還決定了地球的升溫與冷卻——這是暴風(fēng)的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。然而在大多數(shù)情況下，土壤水分的監(jiān)測(cè)一直依賴于稀疏設(shè)置在地面上的探測(cè)器。美國(guó)劍橋市麻省理工學(xué)院(MIT)水文學(xué)家Dara Entekhabi表示：“在一個(gè)氣候模型中對(duì)3個(gè)最大循環(huán)進(jìn)行模擬曾完全是一種幻想。”

然而于2015年1月29日發(fā)射升空的美國(guó)宇航局(NASA)的土壤水分活動(dòng)探測(cè)器(SMAP)——一枚價(jià)值9.16億美元的人造衛(wèi)星——將使這一切發(fā)生改變。

SMAP是美國(guó)地球科學(xué)家承擔(dān)的一項(xiàng)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，該任務(wù)將在每2～3天、以10 km的分辨率生成一個(gè)土壤水分的全球地圖，從而有助于提高天氣預(yù)報(bào)、洪水預(yù)警和干旱監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率。

作為這一項(xiàng)目的科學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，Entekhabi表示：“這是人們從光學(xué)遙感觀測(cè)的初期便開始追求的一個(gè)重要目標(biāo)?！?/p>

這顆衛(wèi)星看起來(lái)像是科幻小說(shuō)中描述的一個(gè)奇妙裝置——在一個(gè)像套索般的長(zhǎng)長(zhǎng)吊桿的頂部旋轉(zhuǎn)著一個(gè)直徑6 m的碟形天線。

據(jù)介紹，當(dāng)人造衛(wèi)星到達(dá)預(yù)定軌道后，吊桿將伸長(zhǎng)，同時(shí)碟形天線也將完全展開。這架碟形天線由鍍金的鉬帶制成，其作用相當(dāng)于人造衛(wèi)星上兩個(gè)裝置—— 一個(gè)雷達(dá)和一個(gè)輻射計(jì)——的反射器。該雷達(dá)能夠自主工作，即隨著向碟形天線發(fā)射的脈沖被彈回地球，進(jìn)而監(jiān)測(cè)來(lái)自地面的反射。

與輻射計(jì)相比，雷達(dá)具有更高的分辨率，卻很難穿透植物，而前者能夠探測(cè)到由土壤自身釋放的輻射——盡管其分辨率較低，但受到的干擾也相對(duì)較少。

總的來(lái)看，SMAP裝載的兩件設(shè)備與歐洲空間局(ESA)的土壤水分和海洋鹽分(SMOS)人造衛(wèi)星相比是一個(gè)巨大的進(jìn)步，后者于2009年發(fā)射升空，并且只攜帶了一個(gè)輻射計(jì)。

荷蘭諾德維克市歐洲空間研究與技術(shù)中心項(xiàng)目科學(xué)家Matthias Drusch表示，目前，來(lái)自SMOS的數(shù)據(jù)已經(jīng)被并入加拿大氣象局和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的天氣預(yù)報(bào)當(dāng)中。他說(shuō)：“通常來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)并不關(guān)注土壤中的水分。”

NASA的SMAP項(xiàng)目將對(duì)地球土壤濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)(圖片來(lái)源：NASA/JPL)

但Drusch指出，SMOS的分辨率是相當(dāng)粗糙的30～50 km，并且SMOS團(tuán)隊(duì)同時(shí)很難消除來(lái)自軍用和民用雷達(dá)的干擾。為了避免這個(gè)問(wèn)題，SMAP則采用了監(jiān)聽一些窄無(wú)線電頻帶的方式。其中一些頻帶可能受到無(wú)線電干擾，但不太可能出現(xiàn)所有頻帶在任何時(shí)段都被干擾的情況。

來(lái)自SMAP的數(shù)據(jù)將有助于改善美國(guó)農(nóng)業(yè)部的干旱預(yù)報(bào)能力，同時(shí)對(duì)美國(guó)國(guó)家氣象局的洪水預(yù)警提供指導(dǎo)。

與此同時(shí)，科學(xué)家仍有很多問(wèn)題需要回答。例如，土壤水分如何對(duì)暴雨的運(yùn)行機(jī)制產(chǎn)生影響？風(fēng)暴需要大氣與對(duì)流中的水分相結(jié)合，從而驅(qū)動(dòng)暴風(fēng)云的抬升。來(lái)自潮濕土壤的水分蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致一種被稱為回收降水的現(xiàn)象，但這里還有一個(gè)負(fù)面的反饋，因?yàn)檎舭l(fā)會(huì)冷卻地球，進(jìn)而抑制驅(qū)動(dòng)對(duì)流所需的熱量。

Entekhabi指出，風(fēng)暴可能在10 km的長(zhǎng)度尺度下交替需要干燥與潮濕的土壤——一個(gè)用來(lái)增加大氣濕度，另一個(gè)用來(lái)增加對(duì)流能量，而SMAP所具有的分辨率正好可以用來(lái)驗(yàn)證這一想法。

據(jù)悉，該衛(wèi)星于當(dāng)天在加利福尼亞州范登堡空軍基地由德爾塔2型火箭發(fā)射升空。

歐洲“迷你航天飛機(jī)”實(shí)現(xiàn)新突破

法國(guó)巴黎時(shí)間2015年2月11日，歐洲航天局(歐航局)用于驗(yàn)證大氣層再入技術(shù)的“迷你航天飛機(jī)”——過(guò)渡試驗(yàn)飛行器(縮寫為IXV)成功發(fā)射升空，并沿軌道飛行約1小時(shí)40分后成功返回地球。這標(biāo)志著歐洲在航天器再入返回技術(shù)上實(shí)現(xiàn)新突破。

一枚“織女星”運(yùn)載火箭當(dāng)天搭載這一試驗(yàn)飛行器從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空。飛行器在距地球表面約320 km的高度與火箭分離，然后借助自身的推進(jìn)器爬升至距離地面約412 km的軌道最高點(diǎn)。隨后，飛行器開始再入大氣層，并在這一過(guò)程中用所攜帶的300多個(gè)傳感器收集有關(guān)溫度、壓力、負(fù)荷、空氣熱動(dòng)力等方面數(shù)據(jù)。

歐航局說(shuō)，飛行器在飛越地球大半圈后，借助降落傘下降，成功按計(jì)劃濺落在太平洋中加拉帕戈斯群島以西海域。飛行器經(jīng)打撈回收后將被送至歐航局位于荷蘭的技術(shù)中心進(jìn)行詳細(xì)分析檢驗(yàn)。有關(guān)本次飛行試驗(yàn)的初步研究結(jié)果預(yù)計(jì)將在一個(gè)半月后發(fā)布。

歐航局局長(zhǎng)讓-雅克?多爾丹(Jean-Jacques Dordain)說(shuō)，這次試驗(yàn)的成功為歐航局大氣層再入技術(shù)和可重復(fù)使用航天器的研發(fā)事業(yè)開啟了新篇章。

這個(gè)大小接近一輛轎車的小型航天器由泰雷茲-阿萊尼亞宇航公司設(shè)計(jì)、制造并組裝。它的外形酷似縮小版的美國(guó)航天飛機(jī)，具有氣動(dòng)升力設(shè)計(jì)，并配備了先進(jìn)的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)。

在驗(yàn)證飛行器的控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)以及空氣動(dòng)力學(xué)等方面設(shè)計(jì)和功能的同時(shí)，此次試驗(yàn)還重點(diǎn)對(duì)飛行器外層隔熱防護(hù)性能進(jìn)行測(cè)試。由于飛行器在重返大氣層過(guò)程中需承受超高溫度，采用陶瓷和燒灼材料制成的隔熱防護(hù)系統(tǒng)能避免飛行器被高溫灼燒受損。

歐航局的“過(guò)渡試驗(yàn)飛行器”計(jì)劃在2002年提出，耗資近1.5億歐元，是歐洲研發(fā)先進(jìn)自動(dòng)航天運(yùn)輸系統(tǒng)的重要試驗(yàn)。盡管此前歐洲在航天器發(fā)射入軌和太空系統(tǒng)操作領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，但在航天器再入返回技術(shù)方面仍落后于美國(guó)和俄羅斯。

負(fù)責(zé)這一計(jì)劃的喬治?圖米諾此前曾說(shuō)：“我們還未能完全掌握針對(duì)航天器入軌、在軌操作和從軌道返回地球這一全套技術(shù)。而過(guò)渡試驗(yàn)飛行器計(jì)劃的首要目標(biāo)就是要取得這類項(xiàng)目的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)——獲得令飛行器從軌道返回地球的能力?！?/p>

歐洲航天局的過(guò)渡試驗(yàn)飛行器發(fā)射升空(圖片來(lái)源：ESA)

航天器再入返回技術(shù)是開發(fā)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭、進(jìn)行地外天體采樣并返回以及載人航天飛行的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)歐洲未來(lái)進(jìn)行地球觀測(cè)、微重力研究、衛(wèi)星維護(hù)等工作具有重要現(xiàn)實(shí)意義。目前，歐洲的阿麗亞娜5型火箭和正在“醞釀”中的阿麗亞娜6型火箭均屬于一次性運(yùn)載火箭。一旦歐洲具備使火箭部分層級(jí)在發(fā)射后返回地球并重新利用的能力，將大大降低空間發(fā)射任務(wù)的成本，并提升地區(qū)航天業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

“黎明”號(hào)到達(dá)谷神星成為第一架環(huán)繞兩顆地外天體運(yùn)行的航天器

2015年3月6日，小行星谷神星把美國(guó)宇航局(NASA)的“黎明”號(hào)探測(cè)器拽入自己的引力懷抱。迄今為止，直徑接近1000 km的谷神星是人類在太陽(yáng)系中尚未探測(cè)過(guò)的最大天體之一，而這顆原行星同時(shí)也有望為科學(xué)家揭示幾十億年前關(guān)于水的秘密。

“黎明”號(hào)探測(cè)器如今已經(jīng)在谷神星北半球的一個(gè)92 km寬的隕石坑中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)亮斑。它們可能是太陽(yáng)光在冰面——這是行星科學(xué)家期望能夠在這顆小行星上找到的東西——上形成的反光。但解釋為什么這里有不止一個(gè)亮斑將成為有關(guān)谷神星的第一個(gè)大謎團(tuán)。

“黎明”號(hào)項(xiàng)目副首席研究員、加利福尼亞州帕薩迪納市噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)行星科學(xué)家Carol Raymond表示：“谷神星真的讓我們感到非常驚訝?！?/p>

由電離氙提供動(dòng)力的“黎明”號(hào)探測(cè)器于2007年開始了飛往谷神星的航程。

2011—2012年，“黎明”號(hào)探測(cè)器到達(dá)了自己的第一個(gè)中轉(zhuǎn)站——另一顆大型小行星灶神星，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)這顆小行星是一個(gè)有趣的天體，其間遍布高聳的山脈并覆蓋著含水的礦物質(zhì)。

科學(xué)家希望“黎明”號(hào)探測(cè)器能夠揭示谷神星上兩個(gè)神秘亮斑的秘密(圖片來(lái)源：NASA)

在達(dá)到谷神星后，“黎明”號(hào)探測(cè)器成為了第一架環(huán)繞兩顆地外天體運(yùn)行的航天器。如果使用傳統(tǒng)推進(jìn)器，“黎明”號(hào)探測(cè)器將無(wú)法造訪這兩顆天體。它的主要目標(biāo)之一便是探索這顆巨大小行星中的水。

天文學(xué)家利用NASA的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)后認(rèn)為，谷神星膨脹的方式表明其冰凍的外殼下包裹著一顆巖石內(nèi)核。2014年，科學(xué)家利用歐洲空間局(ESA)的赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡報(bào)告說(shuō)發(fā)現(xiàn)谷神星噴出了水蒸氣。這些水分或許可以回溯到太陽(yáng)系形成時(shí)的45億多年前。

JPL行星科學(xué)家Julie Castillo-Rogez指出，谷神星的原始海洋可能會(huì)從圍巖中萃取鹽分。隨著小行星的冷卻，水開始凍結(jié)，進(jìn)而濃縮了液體中保留的鹽分。這也就意味著谷神星曾經(jīng)擁有——甚至依然存在—— 一個(gè)埋藏的咸水海洋。天體生物學(xué)家推測(cè)，那樣的地方有可能存在地外生命。

“黎明”號(hào)探測(cè)器將利用一種紅外儀器繪制谷神星表面礦物質(zhì)圖。尋找到鹽分將會(huì)支持那里存在一個(gè)海洋的假設(shè)。參與該項(xiàng)工作的Castillo-Rogez表示：“我真的非常興奮。”

“黎明”號(hào)探測(cè)器于2007年9月發(fā)射升空，開始長(zhǎng)達(dá)8年超過(guò)50億 km的星際探索之旅。它在2011年7月進(jìn)入灶神星軌道，對(duì)其展開了14個(gè)月的探測(cè)，采集了關(guān)于灶神星的珍貴數(shù)據(jù)和圖像。

這架斥資4.73億美元的探測(cè)器將在距離谷神星表面375 km的軌道上運(yùn)行。其初始任務(wù)將持續(xù)至2016年6月。此后，“黎明”號(hào)探測(cè)器將在一條不確定的軌道中漂浮，成為谷神星的一顆人造衛(wèi)星。

中國(guó)發(fā)現(xiàn)地球最古老原始動(dòng)物化石

由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所牽頭的一個(gè)課題組于2015年3月9日?qǐng)?bào)告說(shuō)，新發(fā)現(xiàn)的一枚米粒大小的化石顯示，至少6億年前地球上已出現(xiàn)原始動(dòng)物。這是迄今全球發(fā)現(xiàn)的最早且可信的原始動(dòng)物實(shí)體化石。

由南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎領(lǐng)銜的課題組當(dāng)天在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上說(shuō)，他們?cè)谥袊?guó)貴州省“甕安生物群”中發(fā)現(xiàn)了一枚原始海綿動(dòng)物化石，雖然體積只有2～3 mm3，但其歷史已達(dá)6億年，它被命名為“貴州始杯海綿”。

朱茂炎說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)將消除學(xué)界對(duì)6億年前地球上是否出現(xiàn)動(dòng)物的疑問(wèn)?！?/p>

據(jù)介紹，該化石保存在白云質(zhì)磷塊巖中，研究人員使用化學(xué)溶蝕法將白云質(zhì)圍巖(圍巖是某種地殼物質(zhì)周圍的巖石)剝離后得到了完整的化石標(biāo)本。然后研究人員使用三維無(wú)損成像法，在不破壞化石的前提下觀察了它的三維結(jié)構(gòu)。

研究顯示，化石整體外觀呈纏繞的管狀，由3個(gè)獨(dú)立的腔室和它們共用的一個(gè)實(shí)體基座組成，每個(gè)腔室都有一個(gè)向上的開口。該生物體已發(fā)生明顯的細(xì)胞分化，具有與現(xiàn)代海綿動(dòng)物相似的表皮細(xì)胞和領(lǐng)細(xì)胞(位于體腔壁內(nèi)層、帶有鞭毛的一種細(xì)胞)結(jié)構(gòu)，其表面細(xì)胞之間還發(fā)育了數(shù)量眾多的小孔，這些小孔直通有開口的腔室，和腔室一起形成簡(jiǎn)單的水溝系統(tǒng)，為生物體提供與外界進(jìn)行物質(zhì)交換的通道。

論文第一作者殷宗軍博士說(shuō)：“這些生物學(xué)特征表明它是一種與現(xiàn)代海綿動(dòng)物非常相似的原始動(dòng)物，能固著在淺水區(qū)的海底通過(guò)簡(jiǎn)單的水溝系統(tǒng)進(jìn)行濾食生活。”

海綿動(dòng)物是整個(gè)動(dòng)物界中最原始的類群，它們沒(méi)有真正的組織和器官，只有分化的細(xì)胞。朱茂炎說(shuō)，以前發(fā)現(xiàn)的可靠海綿化石是寒武紀(jì)早期的海綿骨針化石，距今約5.3億年，因此本次發(fā)現(xiàn)把海綿動(dòng)物的化石記錄向前推進(jìn)了7000萬(wàn)年。對(duì)于此前某些媒體報(bào)道過(guò)的寒武紀(jì)之前的海綿化石，他認(rèn)為“均不可靠，因?yàn)槟切┗瘺](méi)有保存海綿動(dòng)物典型的特征構(gòu)造”。

甕安生物群位于貴州甕安縣境內(nèi)，距今已有約6億年歷史。多年的研究發(fā)現(xiàn)，甕安生物群主要由多細(xì)胞藻類、大型帶刺疑源類(即具備有機(jī)質(zhì)壁但不能歸入已知生物門類的生物)和后生動(dòng)物(即草履蟲等原生動(dòng)物以外的動(dòng)物門類)胚胎等多種化石組成，但此前所發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石標(biāo)本以未分裂的受精卵和早期分裂的動(dòng)物胚胎為主，沒(méi)有找到可靠的動(dòng)物成體化石，這使得一些學(xué)者對(duì)甕安生物群中胚胎的動(dòng)物屬性提出質(zhì)疑。

新發(fā)現(xiàn)的原始海綿動(dòng)物化石(圖片來(lái)源：ZONGJUN YIN)

朱茂炎解釋說(shuō)：“‘貴州始杯海綿’是保存細(xì)胞結(jié)構(gòu)的三維動(dòng)物成體化石，不是胚胎期化石，該動(dòng)物的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)清晰易辨，終于使得甕安生物群中是否有真正的動(dòng)物化石這一疑問(wèn)有了一個(gè)肯定的答案。”

土衛(wèi)二熱泉成首個(gè)地外熱液活動(dòng)例證專家建議發(fā)射探測(cè)器尋找生命跡象

在土星的衛(wèi)星土衛(wèi)二地表下埋藏的海洋中，似乎正有熱泉從底部噴出。這一發(fā)現(xiàn)——這也是在地球之外發(fā)現(xiàn)的首個(gè)熱液活動(dòng)的例證——很可能會(huì)支持向這顆星球發(fā)射探測(cè)器以尋找生命跡象的努力。

由美國(guó)及歐洲航天機(jī)構(gòu)合作開發(fā)的“卡西尼”號(hào)探測(cè)器已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在土衛(wèi)二上流淌著富含硅的微小顆粒，這些微粒的直徑為5～10 nm。行星科學(xué)家在3月12日出版的《自然》雜志上報(bào)告了這一研究成果。

這些微粒的大小和化學(xué)構(gòu)成表明它們來(lái)自在這顆衛(wèi)星的海洋與底層的巖石交匯處發(fā)生的熱液活動(dòng)。

這意味著有壯觀的水柱從土衛(wèi)二上噴出，這一現(xiàn)象幾乎可以肯定與那些地表深處的熱泉有關(guān)。

幫助主持這項(xiàng)研究的美國(guó)博爾德市科羅拉多大學(xué)行星科學(xué)家Hsiang-Wen Hsu表示：“我們注意到，在土衛(wèi)二表面發(fā)生的事情實(shí)際與其地表下的海洋有關(guān)?！彼f(shuō)：“并且至少有一部分地下海洋是相當(dāng)溫暖的，事實(shí)上那里現(xiàn)在正存在著活躍的熱液活動(dòng)?！?/p>

在地球上，水與巖石在水下的熱泉中相互作用從而產(chǎn)生了對(duì)生命友好的化學(xué)物質(zhì)——細(xì)菌和其他生物正好能夠在這里茁壯成長(zhǎng)。美國(guó)、歐洲和日本正在開發(fā)中的幾項(xiàng)探測(cè)器計(jì)劃都打算在土衛(wèi)二的水柱中尋找生命的跡象。

造訪土衛(wèi)二是科學(xué)家最近幾年才有的想法。

2009年，研究人員報(bào)告說(shuō)在土星的一個(gè)著名的光環(huán)中發(fā)現(xiàn)了鹽粒，而這個(gè)光環(huán)便是由來(lái)自土衛(wèi)二的微粒所形成的。2011年，這些研究人員假設(shè)，這些微粒來(lái)自于土衛(wèi)二上的一個(gè)由鹽水構(gòu)成的海洋；而2014年，另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)利用來(lái)自“卡西尼”號(hào)探測(cè)器的引力測(cè)量確定了土衛(wèi)二存在地表下的海洋。

如今，Hsu的研究團(tuán)隊(duì)描述了一些不但含鹽并且含有二氧化硅的微粒。這一發(fā)現(xiàn)非常重要，因?yàn)樗馕吨鵁崛F(xiàn)在非常活躍，并且并非僅僅是在過(guò)去的某一時(shí)刻曾經(jīng)存在。

Hsu表示：“如果你找到了鹽，這可能意味著水正在與巖石中的物質(zhì)發(fā)生接觸?！卑l(fā)現(xiàn)硅表明水與巖石正在進(jìn)行相互作用，并且是在相當(dāng)高的溫度下。

Hsu及其同事還進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，旨在探討微小的硅粒子是在什么條件下形成的。

研究人員認(rèn)為，二氧化硅微粒是部分巖石成分在高溫水中溶解后又急劇冷卻時(shí)出現(xiàn)的。地球上的溫泉和從海底涌出的熱水中也含有二氧化硅微粒，因此在土衛(wèi)二的巖石質(zhì)海底，很可能與地球海底一樣，有高溫?zé)崴畯牧芽p中噴出。

在地球海底的熱液噴口，有被地?zé)峒訜岬綌?shù)百攝氏度的水噴出，地球最初的生命誕生時(shí)，很可能以這種熱水中含有的硫化氫為食。

研究人員在不同的溫度下將含有鹽、氨及其他化學(xué)物質(zhì)的巖石物質(zhì)粉末進(jìn)行了混合。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度到達(dá)90oC或更高后，在略微呈堿性的水中便能夠形成硅石微粒。研究人員指出，在冰面以下約50 km深處的海底，如果有90oC以上的熱水從巖石縫隙中噴出，就可以生成二氧化硅微粒。

在土衛(wèi)二上，硅石微粒很可能從熱泉中沉淀析出，隨后被凍結(jié)的液滴所捕獲并從海底向上升起。它們作為羽狀物的一部分向上噴出，最終落入環(huán)繞土星的軌道中； 而還有一些則從那里逃入太空，就像“卡西尼”號(hào)探測(cè)器所觀測(cè)到的那樣。

士衛(wèi)二內(nèi)部結(jié)構(gòu)藝術(shù)圖(圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech)

博爾德市空間科學(xué)研究所行星科學(xué)家Carolyn Porco表示，新的發(fā)現(xiàn)是有關(guān)土衛(wèi)二的海洋中到底正在發(fā)生著什么的另一條線索?！八嬖V我們?cè)谕列l(wèi)二的海底有可能存在生命棲息地——地球上存在的生物也有可能存在于土衛(wèi)二上?！彼f(shuō)，“土衛(wèi)二上到底有沒(méi)有生命是一個(gè)價(jià)值6400萬(wàn)美元的問(wèn)題?！毖芯咳藛T認(rèn)為，在地球海底有熱水噴出的地點(diǎn)，棲息著多種微生物，被認(rèn)為是生命誕生的場(chǎng)所之一，土衛(wèi)二上應(yīng)該也有類似的地點(diǎn)。

Porco與其他研究人員剛剛向美國(guó)宇航局(NASA)遞交了一份提案，建議開展一項(xiàng)“土衛(wèi)二生命探測(cè)器”任務(wù)，即發(fā)射一架在土衛(wèi)二的羽狀物中尋找有關(guān)生命的化學(xué)跡象的探測(cè)器。

與此同時(shí)，“卡西尼”號(hào)探測(cè)器在2017年最終投入土星的懷抱之前，將在今年年底3次近距離飛越土衛(wèi)二。

土衛(wèi)二直徑約500 km，被厚厚的冰層覆蓋著。不過(guò)在土衛(wèi)二南極厚達(dá)30～40 km的冰層下，存在著深10 km左右的液態(tài)海洋。從冰層的裂縫中，還不時(shí)有水像間歇泉那樣噴出。

人類或攜帶145種其他生物基因該發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解水平基因轉(zhuǎn)移具有重要意義

你可能并非一個(gè)完整意義上的人，至少就細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)而言是這樣。你——以及其他每個(gè)人——可能都攜帶了多達(dá)145個(gè)基因，而后者來(lái)自細(xì)菌、其他單細(xì)胞生物體以及病毒，并把人類基因組當(dāng)作了自己的家。

這一結(jié)論來(lái)自一項(xiàng)新的研究，它提供了迄今為止最廣泛的證據(jù)，表明在生物的進(jìn)化歷史中，來(lái)自生命其他分支的基因最終成為了動(dòng)物細(xì)胞的一部分。

人類細(xì)胞中的DNA 除了由父母遺傳而來(lái)，還有一些源自其他生物體(圖片來(lái)源：VITALIY SMOLYGIN/ISTOCK)

“這一發(fā)現(xiàn)意味著生命之樹并不是由完美的分支世系構(gòu)成的一棵一成不變的大樹。”這篇新論文的一位作者、英國(guó)劍橋大學(xué)生物學(xué)家Alastair Crisp表示，“事實(shí)上，它更像那些亞馬遜絞殺植物無(wú)花果的一種，所有的根系都糾纏與交錯(cuò)在一起?！?/p>

科學(xué)家已經(jīng)知道水平基因轉(zhuǎn)移——除了親代向子代遺傳之外的遺傳信息在生物體之間的流動(dòng)——在細(xì)菌和其他簡(jiǎn)單的真核生物中是司空見(jiàn)慣的事。例如，這一過(guò)程使得生物體能夠迅速共享一組耐抗生素基因，從而適應(yīng)一種抗生素。

然而基因是否能夠被水平轉(zhuǎn)移到更高等的生物體內(nèi)——例如靈長(zhǎng)類動(dòng)物——卻一直存在爭(zhēng)論。就像在細(xì)菌中那樣，研究人員提出，動(dòng)物細(xì)胞能夠整合以脫氧核糖核酸(DNA)小片段引入或被病毒帶入細(xì)胞的外來(lái)遺傳物質(zhì)，但想要證明人類基因組中有一些DNA最初來(lái)自于其他生物體是非常困難的。

Crisp及其同事分析了來(lái)自40種不同動(dòng)物的基因組序列，其范圍從果蠅和蛔蟲到斑馬魚、大猩猩和人類。

對(duì)于基因組中的每一個(gè)基因，研究人員都搜索了已有的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在其他動(dòng)物之間以及非動(dòng)物之間找出最近的匹配基因，其范圍包括植物、真菌、細(xì)菌和病毒。

當(dāng)一種動(dòng)物的基因更加密切地匹配一種非動(dòng)物基因而非其他任何動(dòng)物基因時(shí)，研究人員便會(huì)展開更進(jìn)一步的研究，利用計(jì)算方法確定初始數(shù)據(jù)庫(kù)搜索是否曾錯(cuò)過(guò)了一些東西。

總的來(lái)看，研究人員最終確定了數(shù)百種似乎從細(xì)菌、古生菌、真菌、其他微生物和植物轉(zhuǎn)移給動(dòng)物的基因。

研究人員日前在《基因組生物學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告了這一研究成果。

對(duì)于人類而言，研究人員發(fā)現(xiàn)了145種看起來(lái)源自更簡(jiǎn)單的生物體的基因，其中包括17例之前曾報(bào)道過(guò)的水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

“我認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)表明，基因水平轉(zhuǎn)移不僅局限于微生物之間，同時(shí)也在許多動(dòng)物的進(jìn)化中起到了重要作用?！盋risp說(shuō)，“甚至可能是所有動(dòng)物?！?/p>

Crisp指出，對(duì)于如今在新陳代謝、免疫應(yīng)答和基礎(chǔ)生物化學(xué)過(guò)程中扮演重要角色的這些基因如何被轉(zhuǎn)移，或者轉(zhuǎn)移的確切時(shí)間表，這篇論文并沒(méi)有提供任何線索。這都需要進(jìn)行更多的研究。

美國(guó)伊利諾伊州芝加哥市西北大學(xué)費(fèi)恩伯格醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)家Hank Seifert認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解生物進(jìn)化是至關(guān)重要的。

“這是一篇非常出色的論文。研究人員使用了他們能夠找到的所有最新的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有基因組?！盨eifert說(shuō)，“這使它比以往對(duì)于貫穿生物進(jìn)化的生物體之間基因轉(zhuǎn)移的歷史的認(rèn)識(shí)更為透徹?！?/p>

然而并非所有科學(xué)家都認(rèn)為這些新證據(jù)是毋庸置疑的。

加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校微生物學(xué)家Jonathan Eisen表示：“我在這里并沒(méi)有看到多少關(guān)于水平基因轉(zhuǎn)移的特別令人信服的證據(jù)?！?/p>

Eisen并不排除水平基因轉(zhuǎn)移在細(xì)菌和動(dòng)物之間是有可能發(fā)生的，但是他說(shuō)，對(duì)于所確定的基因只出現(xiàn)在進(jìn)化樹的一些分支上還有其他的解釋，例如一個(gè)存在于遙遠(yuǎn)祖先中的基因可能只是在除了兩個(gè)看似不相干的物種之外的許多親屬中簡(jiǎn)單地丟失了。

Eisen表示：“它只是由研究人員排除其他后得到的更合理的選擇，而我只是不認(rèn)可他們所做的?！?/p>

(2015年3月19日收稿)■

(編輯：溫文)

Inspiration on the approach of Dawn to Ceres 5 billion kilometers away

GUAN Yi

10.3969/j.issn.0253-9608.2015.02.010