木卫二海洋中的生命可能靠岩石辐射“吃饭”

新奥尔良——数十年来，木星卫星木卫二一直吸引着天体生物学家：其带有条纹的冰壳下包裹着一个巨大的咸水海洋，是潜在的生命宜居地。但近期发现却给这份热情泼了冷水：木卫二的冰壳厚达35公里，相当于四座珠穆朗玛峰，这在一定程度上意味着其岩石内部释放的热量极少。一颗“脉搏微弱”的卫星不太可能拥有活跃的海底热液喷口——而热液喷口曾被认为是海洋底部生命的潜在栖息地。此外，尽管2013年有过相关宣称，但至今无人证实木卫二存在喷向太空的间歇泉式水柱，若存在这类水柱，将支持其地质活动活跃的观点。

“木卫二真的毫无生机吗？”美国宇航局戈达德太空飞行中心的行星科学家Ngoc Tuan Truong问道，“还是说我们应该拓宽视角，寻找其他能维持生命的机制？”

Truong上周在美国地球物理联合会年会上公布的研究，为木卫二研究人员重新注入了希望。他提出，岩石中的放射性元素渗入海洋后，可能产生足够能量来维持原始生命。更重要的是，美国宇航局去年发射的“欧罗巴快船”任务，预计于下个十年抵达木卫二并进行一系列掠冰飞行，届时或许能探测到部分此类元素的衰变迹象。

“这是个新颖的想法，”加州理工学院行星科学家Kevin Trinh评价道，“它不依赖生命必须存在于海底，因此为维持生物圈开辟了其他可能性。”

在以往关于木卫二潜在生命的模型中，研究人员聚焦于地下海洋底部，认为热液喷口中的热水与岩石反应可生成带有高能电子的氢离子，微生物能将其用作燃料。但如果木卫二内部确实比之前认为的更冷、活跃度更低，这些反应为生命供能的能力就会受限。

于是，受地球上金属矿场、深海沉积物等极端栖息地的启发，Truong提出假设：木卫二的岩石本身——而非星球内部热量——可能是关键。如果岩石中的放射性元素随时间渗入海洋，其自然衰变会释放热量，将水分子分解为氢离子和氧离子。Truong表示，微生物可以利用这些离子中电子的能量“免费午餐”。

Truong及其团队基于对木卫二、土卫二和地球海洋的研究，模拟了木卫二海洋中三种放射性同位素的浓度：铀-235、铀-238和钾-40。这些同位素在陨石中也均有发现。随后，他们估算了这些同位素衰变能产生多少离子，以及这些离子是否能提供足够能量维持生命。“实际上能维持相当多的生命，”Truong说：至少1 septillion（10的24次方）个细胞，相当于1000头蓝鲸的生物量。Trinh指出，理论上，木卫二的微生物生命不必局限于深层热源，而是可以生活在海洋中放射性元素漂移到的任何地方。

美国宇航局喷气推进实验室的天体生物学家Steve Vance认为，这种机制是对产生电子的标准水-岩相互作用的有益补充，且具有长效性——例如钾-40的半衰期长达12.5亿年。“任何特定区域只要存在放射性物质，就可能在当地产生能量。”Vance说。

德克萨斯大学奥斯汀分校的行星海洋学家、木卫二专家Elizabeth Spiers则指出，无论木卫二上的生命如何获取能量，其假定缺乏板块构造意味着能量来源可能随时间减少，因为没有新鲜岩石与水相互作用，也没有新的放射性元素来源。此外，木卫二的海洋体积是地球海洋的两倍，这意味着任何溶解的放射性元素都会非常稀薄。不过她也表示：“生命的效率极高，只要有能量，就会被利用。”

Truong的假设或许很快就能得到验证。“朱诺”号探测器已在木卫二稀薄的气态大气中发现了钾元素。尽管钾-40同位素可能仅占木卫二钾元素总质量的一小部分，但其衰变会产生氩-40——“欧罗巴快船”上的仪器可探测到这种元素。如果氩气通过冰层泄漏或随间歇泉喷入太空，“欧罗巴快船”有望在2031年开始的飞行任务中对其进行探测。这一发现将振奋天体生物学家，并重新点燃木卫二存在外星生命的希望。Spiers说，否则，木卫二可能只是“太阳系中一个有着有趣冰层图案的死寂泥球”。