Unsolved Report
奇异历史

沃斯托克湖:藏在冰层深处、从未被人类亲眼目睹的秘密之海

一片与安大略湖同等大小的湖泊,在南极冰盖下沉睡了数百万年。当我们终于钻透那两英里厚的冰层,发现的东西让科学界震惊至今。

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在这个世界上,有一片湖泊从来没有人类的眼睛见过它的样子。

它沉在绝对的黑暗中,承受着巨大的压强,藏在地球上最寒冷、最残酷的地方的冰层之下。而它与外界隔绝的时间,或许比我们人类这个物种存在的历史还要漫长。

它的名字,叫沃斯托克湖。

为了触碰它,科学家们用了将近三十年的时间,在那片冰天雪地里一寸一寸地钻下去。而那个最大的问题——那里面究竟有没有生命?——到今天依然没有答案。距离这片隐藏之海第一次为世人所知,已经过去了三十年。它真正已知的是什么,还不知道的是什么,那条诚实的分界线究竟落在哪里——这正是我们今天要捋清楚的事。

Princess Elizabeth Land, Wilhelm II Land and Queen Mary Land on East Antarctica map (in English)
Princess Elizabeth Land, Wilhelm II Land and Queen Mary Land on East Antarctica map (in English) — Wikimedia Commons, Nickpo (Public domain)

我们真正知道的

先说它藏在哪里。沃斯托克湖深埋于东南极冰盖中部,就在俄罗斯东方站的正下方。它是南极所有冰下湖泊里个头最大的那一个——而南极已知的冰下湖,有几百个之多。想象一片大约250公里长、50公里宽、总面积约12500平方公里的水域。这和北美的安大略湖不相上下,是地球上第16大湖泊(大英百科全书)。它平均深度约432米,南部湖盆最深处可达约800米,估计蓄水量约5400立方公里(大英百科全书)。

然后是那个让人头皮发麻的细节:压在这片湖泊上方的,是超过3700米厚的冰川——两英里多(Rogers et al., PLOS ONE / PMC)。在主钻孔处,由积雪压实形成的冰层厚约3538米。而最奇怪的地方在于:这片湖之所以还是液态水,恰恰是因为那压在上面的冰。如此巨大的重量制造出大约350个大气压的压力,而这种压力会让水的冰点下降。于是整片湖维持在大约零下3摄氏度——比正常冰点还低,却在那么深的地方依然是液态水(Siegert et al., Nature, 2001)。永恒的、彻底的黑暗中。

这水本身还有更诡异的地方。科学家认为湖水中溶解了大量的氧气——某些估计是普通地表湖泊含氧量的50倍左右。原因在于:冰川底部缓慢融化时,冻结在冰中的气体会被释放到湖水里(Siegert et al., Nature, 2001)。

发现这片湖本身,是一段横跨几十年、跨越多个国家的侦探故事。1960年代,俄罗斯地理学家安德烈·卡皮察在东方站附近用地震探测法向地下打出声波,第一个提出那里可能藏着水。1970年代,英国研究人员进行了无线电回波探测,捕获到奇异的平整镜面反射——那正是光滑水面才会有的信号。后来,各国团队将地震数据与机载冰层探测雷达、卫星测高数据叠合分析,1996年终于确认:那是一片单一的、巨大的湖泊。这一发现于1996年6月20日前后发表在《自然》杂志上(Cambridge / Journal of Glaciology)。

然后是那个接触的瞬间。2012年2月5日,经过多年钻探,俄罗斯团队终于凿穿了最后一截冰层,触碰到了湖面。湖水承受的压力如此之大,以至于水立刻涌上钻孔并冻结——留下一段"冻积冰"柱,研究人员后来从中取样研究(Science/AAAS)。

Aerial photo of Mount Erebus volcano in Antarctica.
Aerial photo of Mount Erebus volcano in Antarctica. — Wikimedia Commons, Eli Duke https://www.flickr.com/people/elisfanclub/ (CC BY-SA 2.0)

所有人都想知道的问题

这才是真正的谜题,那个让科学家夜不能寐的问题:沃斯托克湖里有没有生命——如果有,又是什么样的生命?

线索令人着迷,但没有人能宣称已经证实。鲍林格林州立大学的斯科特·罗杰斯、尤里·施塔克曼等人对那段冻积冰的融水进行了经同行评审的研究,发现了3507条独特的基因序列——其中约94%来自细菌,6%来自真核生物,还有少量来自古菌(Rogers et al., PMC)。这些序列像是来自截然不同世界的名单:里面有深海热泉的基因印记。团队还标出了150多条来自多细胞生物的序列,大部分是真菌,另有几十条匹配嗜热微生物。与此同时,俄罗斯科学家谢尔盖·布列特报告了一种他标记为w123-10的细菌类型,与任何已知物种的基因相似度不足86%——差距大到他只能直接称之为"未分类物种"(Nature News, 2013)。

但先等一等。在你脑海中浮现出冰层之下的外星动物园画面之前,有一个关键问题必须正视——而且是个大问题:污染。为了防止钻孔坍塌,俄罗斯的钻探过程使用了以煤油为基础的钻井液。这种液体,加上人员接触和实验室操作,会将地表微生物带入深处。批评者指出了显而易见的隐患:那些看起来像异域深湖生命的东西,可能只是搭着钻头便车下来的"偷渡客"(Science/AAAS)。而这种质疑不只来自外部——俄罗斯项目内部也爆发了争论。遗传学实验室的弗拉基米尔·科罗廖夫向塔斯社表示,他们检测的样本"属于钻孔煤油、人体或实验室的污染物"(Nature News, 2013)。而且别忘了,冻积冰并不是湖水本身——它是湖水与钻孔里带下去的一切东西混合后重新冻结的产物。

所以,诚实的评分卡是这样的:一边是引人入胜的基因信号,指向一个活着的生态系统;另一边是同样站得住脚的解释——那些信号全部或部分来自污染。要区分两者,需要比任何人迄今能做到的都更干净的取样。目前,这个问题依然悬而未决。

Location of Lake Vostok in Antarctica. The original is a composite satellite photo from NASA.
Location of Lake Vostok in Antarctica. The original is a composite satellite photo from NASA. — Wikimedia Commons, NASA/Muriel Gottrop/Ningyou (Public domain)

各种理论,从谨慎到大胆

下面这些内容,都超出了现有证据能够确认的范围——请据此判断。

一个自给自足的生态系统(科学假说)。 许多研究者认为,沃斯托克湖完全可能是化能无机自养微生物的家园——这类微生物不依赖阳光,直接从岩石和矿物中提取能量,以溶解氧、或许还有地热为基础构建起食物链(NASA Astrobiology)。如果确实存在,那些生命将在高压、极寒、永夜和完全隔离的环境中度过了难以想象的漫长岁月。这是合理的推测——但还没有被证实。

一个演化时光胶囊(推测)。 这片湖可能已经与世隔绝了数百万年——常被引用的数字是约1500万年,一些地质学论据甚至将这个数字推得更长——这让少数人开始遐想:里面的生命是否已经走上了一条与地表生命完全分离的独立演化之路(Live Science)?那个孤零零的"未分类物种"w123-10,无疑为这个梦想添了一把火。但一条异常序列距离证明一条独立演化血脉,还差得很远。这是猜想,不是事实。

一场针对其他星球的彩排(类比)。 沃斯托克湖一直被称为我们目前拥有的最佳替代品,用来模拟木星卫星木卫二和土星卫星土卫二上的冰下海洋——那两个地方同样在冰壳之下藏着液态水(NASA Astrobiology)。因此,如何在不污染沃斯托克湖的前提下洁净地探测它,本质上是一次彩排。在这里练好了,将来我们才有可能在不污染外星海洋的情况下采集它的样本。

现在,沃斯托克湖依然守着它的秘密。说实话,光是那些赤裸裸的事实,就已经令人目瞪口呆:一片隐藏的海,锁在黑暗与压力之中,不知等待了多久。它里面是否还活着什么,是一个我们已经伸手触碰、却还没能回答的问题。就是这道缝隙,这个诚实说出来的未知,构成了它全部的吸引力。我们下一次撬开的那个密封世界,也许就会给出答案。

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参考资料与延伸阅读

  • 大英百科全书 — 沃斯托克湖: https://www.britannica.com/place/Lake-Vostok
  • Siegert et al., Nature (2001), 沃斯托克湖的物理、化学与生物过程: https://www.nature.com/articles/414603a
  • Rogers, Shtarkman et al.(冻积冰宏基因组学), PMC: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3700977/
  • Royal Society — 沃斯托克冰下湖微生物学 (2016): https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsta.2014.0292
  • Nature News (2013) — 俄罗斯科学家为沃斯托克湖生命主张辩护: https://www.nature.com/articles/nature.2013.12578
  • Science/AAAS — 俄罗斯团队从沃斯托克湖取得首份样本: https://www.science.org/content/article/russian-team-retrieves-first-sample-lake-vostok
  • Science/AAAS — 沃斯托克湖里到底发生了什么?: https://www.science.org/content/article/what-s-really-going-lake-vostok
  • NASA Astrobiology — 极端环境中的生命:冰川之下的生存: https://astrobiology.nasa.gov/news/life-in-the-extreme-surviving-beneath-a-glacier-part-ii/
  • Cambridge / Journal of Glaciology — 东方站上空的机载雷达探测: https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-glaciology/article/airborne-radar-survey-above-vostok-region-eastcentral-antarctica-ice-thickness-and-lake-vostok-geometry/85AA9954BA9836B328BDC7E73B92EAF9
  • Live Science — 沃斯托克湖:那座沉睡了1500万年的湖: https://www.livescience.com/planet-earth/antarctica/lake-vostok-the-15-million-year-old-lake-buried-miles-beneath-antarcticas-ice
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