南极冰下淡水湖的奥秘(1)
科学家通过对极地的实地研究和考察曾断定，在广袤的南极冰盖下藏匿着星罗棋布的湖泊。2012年2月8日，俄罗斯研究人员宣布，俄罗斯南极内陆考察站——东方站的考察队员经过多年努力，钻透南极冰层，触及到冰层下存在的大约有2000万年历史的巨大淡水湖。
最大的冰下淡水湖
从发现到触及南极冰下最大的淡水湖，俄罗斯研究人员用了近20年。早在1994年在罗马召开的第23届国际南极研究科学委员会(SCAR)会议上，俄罗斯研究人员就宣布，在俄罗斯南极内陆考察站——东方站的冰盖之下发现了一个巨大的湖泊，俄罗斯科学家将其命名为东方湖。
随着探索的进展，2012年2月5日，俄国研究人员在南极极点以东大约1300公里、冰面以下3769米的地方触及到了东方湖。经过测量，该湖长250公里，湖面最宽处50公里，湖的面积约为1.5万平方公里，与著名的北美安大略湖相当。东方湖平均水深125米，湖泊两端底床低于海平面700米，东方湖的蓄水量约1800立方千米。由于深藏于冰层下面，东方湖的环境有多种特征，一是高压(大约350个大气压)，二是低温(大约零下30摄氏度)，三是低营养物输入，四是湖里永久黑暗。
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然而，东方湖并非南极冰层下唯一的湖泊。在过去10多年，研究人员已在南极冰盖下发现了约145个大大小小的冰下湖泊，只不过东方湖是迄今发现的最大冰下淡水湖而已。为何在冰层之下还有未结冰的湖泊呢？原因是，湖面上极厚的冰盖像一条厚厚的毯子，能保存地热能，使得东方湖不会结冰。
南极冰下最大淡水湖的发现刺激了科学家进一步探索的欲望。由于南极冰下淡水湖是由冰冻圈-水圈-生物圈-岩石圈组成的低温、高压、低营养输入和黑暗的封闭系统，因此需要探索在这种封闭环境中是否有微生物，如果有，它们是如何获取能量的？是如何进行种群的繁衍并生存下来的？对冰下淡水湖的生命探索是否可以为揭开生命之谜提供线索？另外，对冰下湖泊的探索是否可以获得全球变暖还是变冷的确切证据？同时，冰下湖是否聚积着大量甲烷，如果钻探深入下去，是否会造成甲烷的大量释放，从而加剧全球变暖？
从生命起源谈起
对南极冰下淡水湖的探索首先会有助于解开生命之谜，尤其是地球上的生命起源之谜。这要从科学家一直在探索的生命起源之谜谈起。在生命演化领域，有一个很有影响力的理论，即生命形成于地球海洋形成之初的“生命浓汤”(又称为“热汤”，因为当时的海洋是温热的，而且富含多种有机物)。
, 百拇医药
从理论上分析，生命起源大致经历了三部曲。第一步是从无机小分子物质形成有机小分子物质。如地球大气中的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等在自然能量(如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发)的驱动下，合成出氨基酸、糖、腺甙、核苷酸等小分子有机化合物。第二步是从小分子有机物质生成生物大分子物质，如从氨基酸、核苷酸这类小分子有机物质形成原始的蛋白质分子、多糖和核酸分子。第三步是，由生物大分子物质组成多分子体系，从而形成单细胞和多细胞生命。
由于海洋占地球表面积的71%，海水能调节气候，又能溶解许多化学物质，因而海洋中蕴藏了“生命浓汤”。这个过程可以描述为：首先是，尽管许多无机物和简单的有机物可以产生于大气当中及陆地的池塘里，但由于雨水冲刷，各种化合物最终汇集到海洋，因此海洋形成了“生命浓汤”。而且，尽管紫外线可以促使海洋表面的有机物被分解，但由于紫外线的穿透力弱，海洋表面以下的有机物有条件进一步进化，由简单的有机物发展出各种生物小分子，如氨基酸、糖类、有机碱基、嘌呤、嘧啶，然后，这些生物小分子发展成多种生物大分子，如蛋白质、核酸、脂质等。最后，有一定复杂结构的生物大分子逐渐完善，形成了原始生命——原核细胞。
, 百拇医药
生命起源于海洋“生命浓汤”的假说通过后来的一系列科学实验得到了某些证明。最著名的实验是1953年美国芝加哥大学的史坦利·米勒和哈罗德·尤列的研究小组完成的，他们的实验结果体现在《在可能的早期地球环境下之氨基酸生成》的论文中。米勒与尤列等人将水、甲烷、氨、氢气与一氧化碳密封于无菌状态下的玻璃管和烧瓶内，并将玻璃管和烧瓶连接形成一个回路。一个烧瓶装了半瓶水，另一烧瓶则含有一对电极。首先加热水产生水蒸气，另一烧瓶的电极通电后会产生火花，以模拟自然能源——闪电。水蒸气经过电极之后，又再度凝结并重返原先装水的烧瓶中，由此让实验循环往复。
实验一周后，米勒与尤列等人发现，约10%~15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%是氨基酸，以甘胺酸居多。同时，实验也产生了可构成生命内核——核酸的原料，如糖类、脂质和其他一些物质，但是并未出现生命的本质形式，如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)。
尽管米勒与尤列等人的实验部分验证了生命起源的假说，但还是有很多地方并不令人信服，比如，实验并未直接产生DNA或RNA。因此，后来许多研究人员再次实验进行进一步的探索。其中，2008年一些研究人员的研究获得了更多成果。这些研究人员借助高效液相色谱和质谱技术，重新进行米勒-尤列实验并分析了米勒-尤列实验留下的实验瓶样品，发现这一实验产生的有机化合物比原先报道的还要多。
, 百拇医药
其中，模拟火山爆发激活“生命浓汤”的实验产生了更多的有机物或前生命物质。加热水后，水蒸气推动着气体进入一个经过改造的烧瓶中，同时烧瓶中加入抽气装置，使气体流动的速度加快。在电火花的作用下，水分子裂变生成羟基自由基，同时其他分子也参与反应，从而生成了22种氨基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。最重要的是，氧硫化碳可以帮助这些氨基酸缩合形成多肽。多肽也就是蛋白质，即生命的本质。
然而，按照今天分子生物学对生命的解释，生命的核心——蛋白质是由DNA编码，RNA转录后通过核糖体表达出来的。其中，最重要的是蛋白质的氨基酸序列的碱基对编码和形成。而米勒与尤列的实验及其后来的实验并不能揭示多肽蛋白质上的碱基对序列是如何编码产生的，因为只有具有确定的氨基酸序列的蛋白质才产生生物功能，这也是当前鉴定蛋白质的最主要方法。
帮助认识生命起源和生命生存
尽管生命起源于“生命浓汤”的假说在科学界和一般公众中有很大的影响，但迄今包括这一学说在内的各种生命起源的学说还没有哪一种得到充分验证，因而也不可能得到研究人员和公众较为一致的认同。
, 百拇医药
而且，对非洲、加拿大、澳大利亚等地地质材料的研究发现，最早的细菌之类的原核细胞大致出现在34亿年前，而蓝藻大约在31亿年前的时候出现。这表明地球上的化学进化经历了数亿年以上的时间(地球形成于40亿年前)，才出现了原始生物——原核细胞。在此之前，可能还有更原始的非细胞或前细胞形态的生物，因为原核细胞已具有相当复杂的结构和功能。
俄罗斯南北极研究所所长卢金猜测，如果东方湖存在依靠在极暗条件下化学反应而存活的微生物，这或许与数百万年或数千万年前的海底生物类似，但它们是否遵循不同的进化规律演化，眼下还不知道。而东方湖可能把一些有机生命形态封存了约2000万年，这或许能为解开地球生命起源和在太阳系探索其他生命形态提供线索。
因为，如果在寒冷、高压、低营养物输入和黑暗的冰下湖中存在生命，那它们可能会不同于“生命浓汤”说的进化之路。当然，即便是南极冰盖下淡水湖中的生命也是在海洋初期的生命浓汤中形成的，因为那时地球上可能还不具有北极和南极的极寒气候，但后来这些生命在极寒的南极中生存下来也提供了一种研究生命进化的极好环境和机会。, 百拇医药(李月)
最大的冰下淡水湖
从发现到触及南极冰下最大的淡水湖，俄罗斯研究人员用了近20年。早在1994年在罗马召开的第23届国际南极研究科学委员会(SCAR)会议上，俄罗斯研究人员就宣布，在俄罗斯南极内陆考察站——东方站的冰盖之下发现了一个巨大的湖泊，俄罗斯科学家将其命名为东方湖。
随着探索的进展，2012年2月5日，俄国研究人员在南极极点以东大约1300公里、冰面以下3769米的地方触及到了东方湖。经过测量，该湖长250公里，湖面最宽处50公里，湖的面积约为1.5万平方公里，与著名的北美安大略湖相当。东方湖平均水深125米，湖泊两端底床低于海平面700米，东方湖的蓄水量约1800立方千米。由于深藏于冰层下面，东方湖的环境有多种特征，一是高压(大约350个大气压)，二是低温(大约零下30摄氏度)，三是低营养物输入，四是湖里永久黑暗。
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然而，东方湖并非南极冰层下唯一的湖泊。在过去10多年，研究人员已在南极冰盖下发现了约145个大大小小的冰下湖泊，只不过东方湖是迄今发现的最大冰下淡水湖而已。为何在冰层之下还有未结冰的湖泊呢？原因是，湖面上极厚的冰盖像一条厚厚的毯子，能保存地热能，使得东方湖不会结冰。
南极冰下最大淡水湖的发现刺激了科学家进一步探索的欲望。由于南极冰下淡水湖是由冰冻圈-水圈-生物圈-岩石圈组成的低温、高压、低营养输入和黑暗的封闭系统，因此需要探索在这种封闭环境中是否有微生物，如果有，它们是如何获取能量的？是如何进行种群的繁衍并生存下来的？对冰下淡水湖的生命探索是否可以为揭开生命之谜提供线索？另外，对冰下湖泊的探索是否可以获得全球变暖还是变冷的确切证据？同时，冰下湖是否聚积着大量甲烷，如果钻探深入下去，是否会造成甲烷的大量释放，从而加剧全球变暖？
从生命起源谈起
对南极冰下淡水湖的探索首先会有助于解开生命之谜，尤其是地球上的生命起源之谜。这要从科学家一直在探索的生命起源之谜谈起。在生命演化领域，有一个很有影响力的理论，即生命形成于地球海洋形成之初的“生命浓汤”(又称为“热汤”，因为当时的海洋是温热的，而且富含多种有机物)。
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从理论上分析，生命起源大致经历了三部曲。第一步是从无机小分子物质形成有机小分子物质。如地球大气中的甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水、硫化氢、氨、磷酸等在自然能量(如闪电、紫外线、宇宙线、火山喷发)的驱动下，合成出氨基酸、糖、腺甙、核苷酸等小分子有机化合物。第二步是从小分子有机物质生成生物大分子物质，如从氨基酸、核苷酸这类小分子有机物质形成原始的蛋白质分子、多糖和核酸分子。第三步是，由生物大分子物质组成多分子体系，从而形成单细胞和多细胞生命。
由于海洋占地球表面积的71%，海水能调节气候，又能溶解许多化学物质，因而海洋中蕴藏了“生命浓汤”。这个过程可以描述为：首先是，尽管许多无机物和简单的有机物可以产生于大气当中及陆地的池塘里，但由于雨水冲刷，各种化合物最终汇集到海洋，因此海洋形成了“生命浓汤”。而且，尽管紫外线可以促使海洋表面的有机物被分解，但由于紫外线的穿透力弱，海洋表面以下的有机物有条件进一步进化，由简单的有机物发展出各种生物小分子，如氨基酸、糖类、有机碱基、嘌呤、嘧啶，然后，这些生物小分子发展成多种生物大分子，如蛋白质、核酸、脂质等。最后，有一定复杂结构的生物大分子逐渐完善，形成了原始生命——原核细胞。
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生命起源于海洋“生命浓汤”的假说通过后来的一系列科学实验得到了某些证明。最著名的实验是1953年美国芝加哥大学的史坦利·米勒和哈罗德·尤列的研究小组完成的，他们的实验结果体现在《在可能的早期地球环境下之氨基酸生成》的论文中。米勒与尤列等人将水、甲烷、氨、氢气与一氧化碳密封于无菌状态下的玻璃管和烧瓶内，并将玻璃管和烧瓶连接形成一个回路。一个烧瓶装了半瓶水，另一烧瓶则含有一对电极。首先加热水产生水蒸气，另一烧瓶的电极通电后会产生火花，以模拟自然能源——闪电。水蒸气经过电极之后，又再度凝结并重返原先装水的烧瓶中，由此让实验循环往复。
实验一周后，米勒与尤列等人发现，约10%~15%的碳以有机化合物的形式存在。其中2%是氨基酸，以甘胺酸居多。同时，实验也产生了可构成生命内核——核酸的原料，如糖类、脂质和其他一些物质，但是并未出现生命的本质形式，如脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)。
尽管米勒与尤列等人的实验部分验证了生命起源的假说，但还是有很多地方并不令人信服，比如，实验并未直接产生DNA或RNA。因此，后来许多研究人员再次实验进行进一步的探索。其中，2008年一些研究人员的研究获得了更多成果。这些研究人员借助高效液相色谱和质谱技术，重新进行米勒-尤列实验并分析了米勒-尤列实验留下的实验瓶样品，发现这一实验产生的有机化合物比原先报道的还要多。
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其中，模拟火山爆发激活“生命浓汤”的实验产生了更多的有机物或前生命物质。加热水后，水蒸气推动着气体进入一个经过改造的烧瓶中，同时烧瓶中加入抽气装置，使气体流动的速度加快。在电火花的作用下，水分子裂变生成羟基自由基，同时其他分子也参与反应，从而生成了22种氨基酸，5种胺，以及很多羟基化的化合物。最重要的是，氧硫化碳可以帮助这些氨基酸缩合形成多肽。多肽也就是蛋白质，即生命的本质。
然而，按照今天分子生物学对生命的解释，生命的核心——蛋白质是由DNA编码，RNA转录后通过核糖体表达出来的。其中，最重要的是蛋白质的氨基酸序列的碱基对编码和形成。而米勒与尤列的实验及其后来的实验并不能揭示多肽蛋白质上的碱基对序列是如何编码产生的，因为只有具有确定的氨基酸序列的蛋白质才产生生物功能，这也是当前鉴定蛋白质的最主要方法。
帮助认识生命起源和生命生存
尽管生命起源于“生命浓汤”的假说在科学界和一般公众中有很大的影响，但迄今包括这一学说在内的各种生命起源的学说还没有哪一种得到充分验证，因而也不可能得到研究人员和公众较为一致的认同。
, 百拇医药
而且，对非洲、加拿大、澳大利亚等地地质材料的研究发现，最早的细菌之类的原核细胞大致出现在34亿年前，而蓝藻大约在31亿年前的时候出现。这表明地球上的化学进化经历了数亿年以上的时间(地球形成于40亿年前)，才出现了原始生物——原核细胞。在此之前，可能还有更原始的非细胞或前细胞形态的生物，因为原核细胞已具有相当复杂的结构和功能。
俄罗斯南北极研究所所长卢金猜测，如果东方湖存在依靠在极暗条件下化学反应而存活的微生物，这或许与数百万年或数千万年前的海底生物类似，但它们是否遵循不同的进化规律演化，眼下还不知道。而东方湖可能把一些有机生命形态封存了约2000万年，这或许能为解开地球生命起源和在太阳系探索其他生命形态提供线索。
因为，如果在寒冷、高压、低营养物输入和黑暗的冰下湖中存在生命，那它们可能会不同于“生命浓汤”说的进化之路。当然，即便是南极冰盖下淡水湖中的生命也是在海洋初期的生命浓汤中形成的，因为那时地球上可能还不具有北极和南极的极寒气候，但后来这些生命在极寒的南极中生存下来也提供了一种研究生命进化的极好环境和机会。, 百拇医药(李月)