2019年9月，一项关于大气中的辐射、生存和生物研究实验（MARSBOx）中，一些试验用的微生物正在飞行。试验过程中，带有美国宇航局标志（NASA）的舱门旋转打开，将四种不同类型的微生物样本暴露在平流层的极端环境条件下。
编辑说明：本专题于2月23日更新，实验舱在达到约24英里（约127，000 英尺）的高度之前打开实验盒。任何地球上的微生物如果想通过飞往火星的宇宙飞船进行“偷渡”，那么它们在火星之旅和火星表面条件下存活的可能性将微乎其微。但是由于地球上大概有一万亿种微生物，而这其中一些是能够忍受极端条件的，因此科学家们想测试是否能有普通的微生物可以在火星任务中持续生存，如果有的话是什么让它们如此坚韧呢？这个问题不仅仅是学术研究问题。如果我们想要探索火星生命是否存在，美国宇航局还希望确保航天器不会意外污染这颗红色星球。幸运的是，科学家并不需要冒险到火星去获取这些答案。距地球表面约20英里高处是一层特殊的大气层，在某些特殊方面非常类似于火星表面。该地区辐射程度高，气压低，寒冷干燥，可以用作在空中模仿火星的实验室。美国宇航局位于加州硅谷的艾姆斯（Ames）研究中心的研究员大卫·史密斯（David J. Smith）是研究空气环境的，他说：“如果微生物能够突破进入到臭氧层的保护层之上，那么它也许能够在去往火星表面的旅途中存活下来，尽管存活的时间很短暂。”史密斯和一些国际科学家合作，通过在平流层中发射各种盒装微生物，测试了这些极端条件下生命的持久性。用于辐射、生存和生物研究实验（MARSBOx）中的微生物，包括四个不同的物种，这也是迄今为止最多样化的平流层测试组，包括干燥与休眠的细菌和真菌孢子。最近发表在《微生物前沿》杂志（Frontiers in Microbiology）上的这项研究结果发现，四种微生物中有两种可以暂时承受这些恶劣的条件。德国科隆航空航天中心（DLR）航空航天微生物研究组组长、MARSBOx联合首席研究员拉尔夫·莫勒（Ralf Moeller）表示："这项研究让我们更好地了解哪些微生物可能滞留在曾经被认为是致命的环境中，例如火星表面。研究也为我们提供了一些线索，告诉我们如何避免无意中把微小的“偷渡者”带到地球以外的星球。”2019年9月23日上午，美国宇航局（NASA）的一个大型科学气球从新墨西哥州萨姆纳堡飞向天空。该气球完全不同于喷气式飞机和轰鸣的火箭，而是安安静静地起飞。球上有数百万个被安全保护的微生物乘客。飞行前，样品被粘附在铝箱内的特制石英盘上，它是由DLR的共同开发者设计的。另外，这些盒子里装满了一种特殊的气体混合物，这些气体模仿了火星稀薄大气层的组成成分，而火星大气几乎完全由二氧化碳组成。在气球上升和下降过程中，专门设计的 MARSBOx 有效载荷承载装置确保了微生物在黑暗中受到保护，从而保护样品在往返平流层的旅途中免受有害的太阳紫外线辐射。在前往海拔约24英里高（约12.7万英尺）的路途中，载装置的表壳打开，让他们暴露在太空边缘更强烈的辐射环境中。在五个多小时的时间里，微生物不仅暴露在辐射下，而且平均温度为-20华氏度，空气极其干燥，压力比海平面低一千倍。返回地球后，DLR的科学家在实验室里研究了标本，发现四个物种中有两种存活下来了。为什么这些微生物能够忍受其他微生物无法忍受的MARSBOx 飞行的多重压力源？幸存者包括黑曲霉孢子，这是一种常见的环境真菌，可用于生产包括抗生素在内的多种有用化合物。在大约70，000英尺的高度，经过特殊设计的MARSBOx有效载荷承载装置打开外壳并让微生物暴露在强烈的辐射下。“黑曲霉的孢子具有令人难以置信的抗高温、恶劣化学物质和其他压力源的能力，但从来没有人研究过它们能否像我们在火星上看到的那样在太空中或在强烈的辐射下生存，”DLR的微生物学家、第一次MARSBOx研究的共同牵头者科尔特西奥（Marta Cortesío）说到，“事实上，在MARSBOx飞行之后，我们可以复活他们，这表明他们足够坚韧，无论人类把他们送到哪里，甚至是离开地球。”科学家们提出的理论认为，这些真菌孢子能够承受干燥和高辐射，有色素沉着可作为一种“防晒霜”，或者也可能是细胞膜结构中的一个结构特征，保护他们脆弱的内部，就像衣服可以保护人们免受严寒。另一种微生物幸存者是稀有但无害的细菌沙班盐藻，它被选择进行飞行试验是因为它能够在地球极其咸的深海盐水池中茁壮成长。一些科学家认为，火星上出现的咸水点可能是最有希望找到古代微生物生命证据的地点。科尔特西奥说：“这个实验提出了许多问题，即哪些遗传机制是使微生物能够生存的关键？它们是否具有古老的进化特征，是这些特征使他们能够承受恶劣的环境？还是说适应当前环境为许多其他环境适应性挑战提供了保护？”科学家希望通过进一步的分析和未来的实验，能够确定哪些基因或基因突变对生物生存起到决定作用，并开始将这些微生物置于一个生存能力范围内——从最容易到最艰难。与此同时，MARSBOx团队正准备完成对首次球载放射量测量器数据的分析，该测量器也由参与的DLR科学家领导研制的，该设备可以测量微生物在飞行中暴露的电离辐射量。这些信息可以帮助他们未来将来自其他球载测量器的读数与高能辐射对微生物的破坏性影响联系起来。他们预计将在今年晚些时候公布他们的研究结果文档。在未来几年内，MARSBOx团队计划在南极洲进行后续飞行测试。由于地球保护磁层的窗口，来自太空的高能银河宇宙射线和来自太阳的紫外线辐射量更接近类火星的水平。史密斯说：“搭载这些气球飞行的航空生物学实验使我们能够以在实验室中不可能实现的方式研究微生物的坚韧性。”MARSBOx提供了一个机会来预测火星上的生存结果，并帮助我们重建我们所知道的生命极限。MARSBOx是由美国宇航局空间生物学和美国宇航局总部科学任务局的行星保护研究计划资助的。MARSBOx团队由德国航空航天中心航空航天医学研究所艾姆斯和辐射生物学系的科学家组成，后者还设计了样品容器并进行了微生物分析。美国宇航局位于佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心同样也提供了工程支持。位于弗吉尼亚州瓦洛普斯岛的NASA气球项目办公室和位于德克萨斯州巴勒斯坦的哥伦比亚科学气球设施提供了额外的支持。
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