細菌內孢子在衛星表面極端環境的耐受能力

天體生物學顧名思義是一門研究宇宙生命的學科，目的是想知道除了地球之外，其他星球是否也存在著生命，或者適合人類移居。研究人員們致力於尋找符合上述條件的天體。這其中最常受到關注的就是行星了，不只在太陽系中，研究人員對於適居行星的尋找放到一切可觀測到的恆星系上。然而，事實上並不只行星有可能存在生命，衛星也是人類尋找地外生命的一個重要探索目標。

觀測衛星相較於行星來說困難許多，研究人員主要關注的衛星都集中在太陽系內。太陽系的各個衛星中有少數幾顆衛星被認為可能擁有生命，其中就包含了木星的木衛二與土星的土衛二。之所以認定這些衛星擁有生命，主要是其內部很可能含有液態水組成的海洋，而液態水是生物出現的必要條件。

木衛二 圖源：NASA

木衛二又名歐羅巴（Europa），由伽利略（Galileo Galilei）於1610年發現。其半徑約1,560公里，只略小於月球。與木衛二一同被伽利略發現的衛星還有另外三顆，編號從木衛一至木衛四，也被稱作伽利略衛星群。該衛星群的衛星體積皆足以形成球形（體積太小無法形成球形，則呈不規則狀）。

木衛二是一個由矽酸鹽岩石組成的星球，核心可能為鐵鎳金屬組成。星球有極為稀薄的大氣層，平均表面溫度在-171.15 ℃，其表面覆蓋一層水分子組成的冰，厚度估計有10到30公里。木衛二因木星的巨大引力引起的潮汐能量，加上地表出現從冰層底下向上噴發的水蒸氣羽流等現象，使學者推估冰層以下存在深度達100公里以上的鹹水海洋，體積被認為是地球海洋總體積的兩倍。

土衛二 圖源：NASA

土衛二又名恩克拉多斯（Enceladus），由威廉·赫雪爾（Friedrich Wilhelm Herschel）於1789年發現。平均表面溫度在-198.15 ℃，星球核心可能是由矽酸鹽組成。其體積相對於木衛二而言非常小，半徑僅約252公里，不過也足以形成球形。土衛二表層也覆蓋著一層約30公里以水分子形成的冰，冰層能反射大部分的太陽光，使星球整體呈現白色。

航海家2號（Voyager 2）曾近距離觀察土衛二表層地貌，顯示土衛二的表面存在許多相對平整的區域，且有地質活動頻繁的年輕扭曲地形。土星所牽動的潮汐效應與水蒸氣羽流等情形，使研究人員估計在土衛二的冰層下存在著約10公里深的海洋。

為了瞭解木衛二與土衛二是否存在生命跡象，有一項研究在實驗室中建立能模擬土衛二與木衛二表面的嚴苛環境，並將地球上的細菌內孢子（endospore）置入其中，觀測其所面臨的情況。

內孢子是一類細菌（芽孢桿菌屬 Bacillus、梭菌屬Clostridium等）遇上極端環境時所產生的休眠芽孢狀態，對溫度、酸鹼、輻射等壓力下有較強的耐受性，等待環境恢復適合生存的狀態時，才會再從內孢子中甦醒過來變回具有活動性的細菌。先前有研究顯示，這些內孢子照射等同外太空強度的陽光紫外與游離輻射，絕大部分在數分鐘內皆會死亡（無法再甦醒），表明這些輻射強度已超過內孢子的耐受程度。

木衛二與土衛二的表面大氣過於稀薄，因此星球表面幾乎接收了與外太空同等強度的太陽輻射。而太陽風帶電粒子接觸到木星或土星的磁場時，因會繞開這些行星，往行星外側流動，反而使周圍的衛星容易遭受太陽風粒子的波及。這些嚴苛條件使研究者人員認為木衛二與土衛二的表面不可能存在任何生命形式。然而，底下的海洋因冰層的保護，能避免輻射與帶電粒子的影響，依然有生命存在的可能性。

在未來人類有計劃派遣太空探測器前往其他行星的衛星上施放登陸器對衛星進行更詳細的探勘，其中的重點自然包含木衛二與土衛二這類可能含有生命的衛星，但是這些衛星的海洋上層都覆蓋著厚達10到30公里的冰層，這使得登陸器難以抵達海洋的位置，光是鑽井便已是非常大的考驗，更無法直接接觸這些衛星上可能存在的生物，因此我們對於這些衛星上的生命探勘可能需要仰賴衛星上面的地質活動。

所幸目前我們已經知道土衛二的南極地區存在從底下向上噴發的水蒸氣羽流，木衛二很可能也有類似的地形結構。這會是我們第一個瞭解該海洋是否有生命跡象的契機。即使生命體被水蒸氣羽流帶到地表後無法存活，我們依舊可以藉由這些生物殘骸來推測這些衛星海洋有無生命。那麼剩下的問題就在於這些生物的細胞殘骸能在衛星表面存在多久，為此研究人員設計實驗想要瞭解在極端環境下生物的結構能維持多久的時間。