去南極，到萬年寒冰之下去尋找生命

科學家正準備解封一台經過消毒的科學儀器，它能夠測量湖中的水流和溫度。圖片來源：《發現》

（文/ Douglas Fox）日光照射在南極冰原上熠熠生輝。46歲的冰川學家斯拉韋克·圖拉茲克（Slawek Tulaczyk）在斜射的夏日陽光中眯縫著眼睛，眺望著180米外的那出好戲。

一架海格力斯軍用運輸機擱淺在冰面上，它的雪橇凍在了雪裡，無法起飛。就剛才，這架飛機放下了圖拉茲克和其他12名工作人員，還有大約4.5噸重的裝備。這些人來到這裡，為的是探索地球上未經探索的最後一塊疆域。這片看似平坦的雪原之下，堆積著近800米厚的堅冰，而在這厚厚的冰層之下，還隱匿著一方人類從未寓目的神秘湖泊。圖拉茲克從美國加利福尼亞大學聖克魯茲分校來到此地，就是為了探索這片與世隔絕的水體——「威蘭斯冰下湖」（Whillans）。為此，他已經等待了足足6年。

現在，看著海格力斯第二次嘗試起飛，圖拉茲克不禁擔憂起來。此次飛行的任務是將科學家、工程師、技術員和設備送到冰面之上，它接著還要飛個來回，去搭載其餘的人員和物資。一旦被困，就無法將他們準時運到了。

海格力斯的4個螺旋槳呼嘯著，捲起一陣雪花。但飛機還是紋絲未動。

4個男人正在海格力斯的雪橇周圍鏟雪，想要幫它脫困。這隻冷血的蝴蝶只能在冰面上逗留片刻，引擎熄火的時間超過幾分鐘，它或許就無法再次啟動了。

威蘭斯湖或許已經有幾十萬年不見天日了，當天在雪原上降落的圖拉茲克等人卻想看看冰層底下的景象。他們計劃鑿穿冰層到達湖面，採集湖水和湖泥的樣本。他們還要將一台攝像機縋入湖中，在那裡尋找可能存在的生命的蹤跡。

那一天是2013年1月17日，冰層下的湖泊仍是個謎。研究者用雷達掃描，從衛星上投下激光，在冰上的淺坑埋下炸藥，並記下爆炸的震波，種種喧囂過後，仍然只拼湊出了威蘭斯湖的一片剪影。

對於世界各地的科學家而言，探索這片低調的湖泊是研究道路上的一座里程碑。地球上的陸地，有10％還封鎖在冰川之下，是人類從未涉足的領域。探索冰川下的湖泊，有助於回答許多重大問題，比如全球變暖是否會加速南極冰川的消退。對威蘭斯湖取樣，還有望為太陽系其他星球是否存在生命活動的問題提供線索。

到達湖面是一項艱巨的任務。此前，已經有一支拖車隊伍從南極沿海的麥克默多站出發，拖著重達540噸的鑽探設備跋涉近1000千米，來到了湖泊上方。由於設備先要在麥克默多站測試，惡劣的天氣又延誤了運輸，因此考察隊的時間十分緊迫。鑽探開始之前，南極的夏天已近尾聲，可以工作的條件也即將消失。計算下來，給考察隊的時間也就14天而已。幾天前圖拉茲克就說過，在南極的這個地區開展研究，「常像是打壕溝戰」，先在冰面上挖掘，繼而一連工作幾個月，然而目前的形勢，「更像在打閃電戰」。

圖拉茲克一邊思索，一邊看著海格力斯第3次發動了引擎。隨著機身一陣抖動，雪橇鬆動了。57噸重的飛機笨重地向前挪動，在簡易跑道上前後移動——這個動作能夠燃燒數千千克燃料，從而減輕飛機的負重。

當海格力斯在簡易跑道上第4次艱難滑行，裝在它兩側的8個固體染料火箭點火，將機身抬上了天空。

圖拉茲克嘆一口氣，如釋重負。考察隊的目標已經近在眼前，就在腳下800米的地方。然而，飛機起飛時的波折已經預示，在如此惡劣的環境之下，即便是看似簡單的任務，比如在冰面上溶出一個洞口，都會遇到重重阻礙。

威蘭斯湖考察團的成員在麥克默多站登上一架裝備雪橇的貨運飛機。圖片來源：《發現》

探索之路

威蘭斯湖的故事可以追溯到50多年前。在20世紀的大部分時間裡，人們都把南極冰原看作是亘古如此、永恆不變的。有科學家甚至建議，將核廢料永久儲存在這些冰川之中。

但是到了20世紀下半葉，因為一種叫做「探冰雷達」（ice-penetrating radar）的新技術，科學家得以看穿厚厚的冰層。他們發現，冰層下面埋藏著整條整條的山脈，其中的一些高達2700米。上世紀從60年代後期到整個70年代，海格力斯運輸機搭載俯瞰雷達，在這片大洲上空飛出了上千千米的測線，繪製出了冰川下方的地形。有了這些圖像，科學家對南極的看法就此改變。

冰川學家還注意到了一個現象：通常而言，冰川下的山脈是起伏不定的，但是在有些地方，地面卻一片平坦，雷達圖像也明亮得出奇——說明那些地方是水，不是岩石。

那時，人們並沒有想到冰川下面會有湖泊，但是今天，南極洲發現的湖泊已經超過200個。它們都是由地球內部滲出的熱量造成的，地熱自下而上，溶化冰川底部，每年溶化幾個硬幣的深度，將水從冰中解放出來。

上世紀90年代中期，研究人員在南極洲東部冰面之下約3600米處，發現了一個儲水量達5300立方千米的湖泊，儲水量與密歇根湖相當。在那之前，俄羅斯科學家已經在湖的上方鑽探了好幾年，以研究冰層的歷史。當俄國人的鑽頭距離這片如今被稱為「沃斯托克湖」（Vostok）的冰下湖不到180米的時候，抽上來的冰塊一下子從清澈變為渾濁，中間還夾雜著小塊泥土。這說明沃斯托克湖的渾濁湖水已經重新凍結到了冰層底部。

美國蒙大拿州立大學波茲曼分校的湖泊生物學家約翰·皮里斯庫（John Priscu），弄到了大約0.7千克的沃斯托克湖臟冰。在此之前，他已經在南極洲沿海的小湖裡發現了細菌和藻類。那些湖泊只有表層的3到9米結冰，陽光透過冰層射入，水下的生物得以從光合作用中獲得能量。但是沃斯托克湖深埋冰下，應該是一片黑暗，那裡的生物想要生存，就必須依靠別的能源。

沃斯托克湖裡會有什麼樣的生物？對於那些在太陽系的其他地方尋找生命的研究者來說，這個問題正變得日益迫切。此前，太空探測器已經在木星的衛星木衛二（Europa）上找到了一片大洋，它被封凍在16千米厚的冰層之下。科學家開始猜想，那片黑暗的大洋中是否會有生命棲息——這是一個激動人心的猜想，因為木衛二和木星、土星的其他衛星上水量充沛，儲量達到地球所有大洋之和的5到6倍。想知道那些不見天日的外星海洋里是否棲息著生物、棲息著怎樣的生物，沃斯托克湖是一座極好的實驗室。

果然，皮里斯庫在沃斯托克湖的臟冰里找到了死亡和休眠的細胞——每立方厘米多達3.7萬個。懷疑者稱，這些細胞可能不是出於冰層本身，而是來自俄國人留在沃斯托克湖上方的重達45噸的煤油鑽井液，倒入這些煤油是為了防止鑽出的洞口再度凍結。皮里斯庫沒能在沃斯托克的湖水中直接取樣求證，因為鑽探工程半途而廢——人們擔心洞穿冰層之後，鑽洞中的煤油會污染純凈的湖水。

到了2007年，另一個計劃成形了。衛星圖像顯示，南極洲西部的冰面之下約800米處有一個湖泊。湖的長度為12千米，寬8千米，深60米。這就是威蘭斯湖。

威蘭斯湖在南極洲所處的具體位置（右側插圖箭頭所指處）。圖片來源：《發現》

2007年11月，圖拉茲克成為了第一位拜訪威蘭斯湖的研究者。他的身份是冰川學家，而非生物學家，因此他想要探究的問題與氣候變化密切相關：冰川下的河流湖泊是否對冰層在陸地上的運動起到了潤滑作用？它們是否會加快冰川滑入海洋的速度，進而導致海平面的快速上升？

圖拉茲克的團隊在威蘭斯湖上方的冰面上安裝設備，監測冰原的移動狀況。

那次考察跨出了重要的第一步，但是要了解威蘭斯湖的物理和生態，最終還是得鑽入其中。於是圖拉茲克、皮里斯庫和另外幾十位科學家制定了一批計劃。他們不準備用浸泡在煤油里的金屬鑽頭，而是要用一股熱水溶透冰面。

但是熱水也會帶來難題：灌滿了水的鑽孔會迅速結凍，而且在周圍冰塊的重壓之下，鑽孔可能崩塌。美國自然科學基金會決定資助這項雄心勃勃的計劃，從2012年11月起，已經有30多位科學家、鑽探工人和技術員前往南極沿海的麥克默多站，為鑽透威蘭斯湖做起了準備。這組人馬包括幾隊獨立的生物學家、地質學家和冰川學家，來自十幾家研究機構。2013年1月，他們會分別乘坐幾趟航班，帶著若干科學儀器（過於精密，不能靠車隊拖拉），從麥克默多站飛抵威蘭斯湖上方。

圖拉茲克乘坐的是第一趟航班。由於天氣原因，它比計劃落後了13天，到1月17日才終於在威蘭斯湖上方降落。航班延誤，加上鑽探速度的不確定性，使得鑽透冰層的機會變得渺茫起來，在湖中取樣的計劃可能因此泡湯。但是在接下來的5天時間裡，另外3趟航班還是將剩下的科學家和設備運送了過來。接下來要做的，就是鑽透冰層，並使那道狹窄短暫的門戶開放幾天。

向深淵進發

威蘭斯鑽探營地距南極點約610千米。南極洲西部在夏季往往霧氣籠罩，遠遠望去，營地只有影影綽綽的幾個小點。不過走近觀察，還是頗具規模。

裝配了雪橇的集裝箱車隊帶著裝備行進近1000千米，從麥克默多站到達鑽探點。圖片來源：《發現》

營地中，每一點都是一隻卡車大小的集裝箱，焊接在一隻巨大的雪橇上。「鑽頭」由十幾隻雪橇組成，它們首尾相連，構成了一頭一節一節的金屬巨獸。前3節是頭部，儲存著發電機和變壓器，它們將飛機燃料轉化成45萬瓦的電力。在第4節中，溶雪產生的水用紫外線和過濾裝置殺菌。處理後的水通過凱芙拉材料加固的水管流入第5和第6節，並在那裡加熱加壓。到了第7節，雪水流入一根800多米長的軟管，軟管再盤繞在一隻校車大小的線圈上。隨著鑽探在1月23日正式開始，軟管逐漸從線圈上解套伸入鑽孔，並從管口噴出熱水。

這台裝置出自美國內布拉斯加大學林肯分校的7名鑽冰工人之手：他們都受過大學教育，背景五花八門——有人曾在美國宇航局（NASA）從事日復一日的工作，有人曾經是生物醫藥工程師，現在全都拋下手頭的活計，來這裡追求冒險。他們穿著破損的工裝外套，戴著油跡斑斑的手套，有的操作鑽頭，有的徒步查看相隔遙遠的附屬設備。他們一邊用閥門調整水流，一邊用手提無線電聯絡。

前任氣象學家、現任鑽探工達爾·吉布森（Dar Gibson）說：「每一樣設備都要盡量保持溫暖，保持運轉。」說這話的時候是一天夜晚，鑽頭停工，正在修理。停工就是和時間賽跑：水流變緩，水管里就有可能結冰，相當於機械上的冠狀動脈阻塞。

1月25日傍晚6點30分，在兩天的鑽探之後，向著威蘭斯湖的最後進發開始了。軟管在直徑6米的鑽孔中下垂了756米。首席鑽探工丹尼斯·杜林（Dennis Duling）是一位61歲的農場主，他留著灰色的絡腮鬍，正坐在控制室內指揮。他那隻長滿老繭的手按在滑鼠上，眼睛盯著電腦上的感測數據。這些數據傳達的二手知識讓他得以了解800米之下的世界。要探索那個世界，只能靠手，不能靠眼。

鑒於鑽孔中環境惡劣，杜林和同事沒有在鑽頭上安裝攝像機。因此，他們只能憑藉3個感測器傳回的數據，推斷數百米之下的狀況。3個感測器中，一個記錄軟管從線圈上解套的圈數（這個數字用來估計鑽孔的深度），一個用來衡量下垂軟管的重量（用來估計軟管是否因為碰到障礙而彎曲），還有一個負責記錄壓力，並監測鑽孔中的水平面是上升還是下降——由此可以判斷是否已經到達了湖面。

望著傳回的數據，杜林下令將鑽頭的速度降到最低。他擔心鑽頭已經接近湖面，試圖避免攪起污泥。他說：「我們不想進去得太突然。」1月25日夜，沒有人知道會在什麼深度穿透冰層。這個問題很傷腦筋。

鑽透冰層

1月26日中午大約12點10分，鑽頭似乎抵達了湖面。考察隊將水管拔出，放了一台攝像機下去確認。但那台攝像機沒有到達冰層底部：在700米深處，鑽孔分裂成了兩條，導致攝像機無法深入。

攝像機拍攝到了意外出現的雙鑽孔。圖片來源：《發現》

攝像機被拉了上來，水管再度縋入鑽孔分岔處，重新注入熱水。他們希望將兩條分岔重新溶化成較粗的一條，使得攝像機可以繼續下降。

1月26日晚7點，攝像機再度放入。隊員們擠到控制室去觀看直播。攝像機在700米處再次遇到分叉，看來注入的熱水沒能解決問題。不過這一次運氣較好，攝像機順利擠過了岔路口。控制室里一片歡騰。

攝像機平穩下降了15米。視野忽大忽小，接著豁然開朗。然後，攝像機不動了。過了一兩秒鐘，人們才看懂了眼前的景象：攝像機停在了一塊白色的地板上——冰的地板。鑽孔到頭了。「可惡！」有人失望地嘆道。

鑽探工很快發現了問題所在：鑽頭上的一個感測器沒有校準，高估了垂入鑽孔的軟管長度。現在的鑽頭，距湖面至少還有30米。

「到這裡來，就要做好鼻青眼腫的準備，」杜林說，「不是大問題，我們可以對付。」說話間，他露出疲憊而認命的表情。「我們再鑽一次。」

24小時過後，到了1月27日，鑽探工開始苦中作樂。有人在沙沙的無線電中問道：「有人要看《末路狂花》嗎？」問話的是一個拿著把大鉗子的大鬍子，他是想用這部小妞電影來緩解焦躁情緒。

「除非我們能攜手同哭，」吉布森在對講機中回答。吉布森依舊坐鎮控制室，身邊圍了一圈人，都在觀看攝像機第三次縋入鑽孔的情景。

攝像機經過了490米處。屏幕上不時顯出鑽孔起伏的內壁，彷彿置身於宇宙蟲洞之中。然後，圖像模糊起來，一切動感也都消失了。

黑暗的控制室里一下子炸了鍋：是下面的湖水太渾，還是攝像機出了故障？「還在下降嗎？」吉布森在無線電里發問。

「還在降，」無線電里傳來沙沙的回復，「剛過640米。」

時間一分分過去。模糊的圖像繼續變暗，成了一片棕色。「繩索剛剛彎曲了，」沙沙聲說，「我們到底了。」攝像機停留在了800米深處。

攪起的淤泥落定。湖底的景象慢慢呈現了出來。

攝像機橫卧在地上，鏡頭前是一片泥濘的湖底，到處都是土塊。湖水裡也漂浮著一股股泥漿。圖像像素不高，顆粒粗大，彷彿海盜號著陸器在36年前傳回的火星表面圖像——那是人類從未見識過的風景。

水下攝像機揭示了威蘭斯湖底的模樣。圖片來源：《發現》

始料未及的是，湖水的深度才1.5米，不是7.5米。雷達將湖水的深度高估了6米，因為它把湖底的淤泥誤認作了水。圖拉茲克緊急召開會議，宣布了這個發現。他說：「這個湖泊的年代足夠久遠，大部分都是沉積物。」儘管出人意料，隊員們畢竟有機會在冰層下尋找生命了。

1月28日早6點20分，6個身穿白色無菌服的人聚到了鑽探平台周圍，等待著從威蘭斯湖水中取出的第一份樣本。

一根拉緊的繩索從鑽孔中緩緩升起。美國路易斯安那州立大學的微生物學家布蘭特·克里斯納（Brent Christner）用一把鎚子敲掉了繩索上的積霜。繩索盡頭，一隻不透明的瓶子探出了鑽孔。皮里斯庫將它送入實驗室。人們圍了一圈，目睹著來自威蘭斯湖的第一瓶水倒入了一個乾淨的試管。

湖水呈蜂蜜色。研究者在裡面泡入一個電極，一台液晶顯示器上隨即跳出了數字。樣品導電性很強，證明湖中富含無機鹽，可以餵飽微生物。室內響起一陣興奮的叫聲。

2013年1月，一隻鑽頭在南極冰層中鑽探了800米，到達了冰層下的威蘭斯湖。圖片來源：《發現》

尋找生命

人們常將冰川下方的環境描述得極其惡劣，威蘭斯湖倒是出人意料地適合生存。

湖水的溫度為只有-0.5℃，比麥克默多站附近的海水還要稍暖一些，而那裡的海水中生活著大量海星、重達40到50千克的南極犬牙魚（Dissostichus mawsoni）和其他生物。由於上方的冰層施加壓力，湖水的冰點比正常低了幾度，得以保持液態。

威蘭斯湖中還含有氧氣，那是上方的冰層溶化時隨氣泡釋放到湖水中去的。有了這些氧氣，一些蠕蟲、海星和其他海洋無脊椎動物就能在海底生存。

威蘭斯湖所在的地區一度是一片淺海海床。美國北伊利諾伊大學的海洋古微生物學家里德·舍勒（Reed Scherer），將湖底的淤泥塗上一片玻璃片後，找到了證據。

舍勒將玻璃片放到顯微鏡下，旋動按鈕。一個玻璃狀的物體躍入了眼帘——圓盤形狀，鋸齒邊緣，表面有凹痕——這是一種名叫「硅藻」的古微生物的殼。「大概是中新世的，」他說，「距今可能有1000萬到1500萬年。」那一片玻璃上，大約就有一百塊壓碎的硅藻殼。

研究者在為威蘭斯湖的沉積物樣品做標記。圖片來源：《發現》

過去2000萬年，隨著氣候的冷暖變化，冰川大概在現在威蘭斯湖所在的地區進進退退了好幾十次。冰層最近一次蓋上湖面是在12萬到100萬年之前，具體時間取決於冰層是否挨過了其間較為溫暖的幾個時期。今天在湖水中存活的任何生物，都有可能是從冰川溶化的時代繁衍到現在的。

然而，任何一個倖存下來的物種都要面對一大難題：冰層隔斷陽光，也中止了光合作用——而那正是地球上大多數生態系統的能量來源。因此，冰川下如果有生物存在，它們就必須通過分解礦物來獲取能量。

第一份湖水樣本的蜂蜜色澤，透露了一點線索：在其中發現的微小礦物顆粒（已被冰川碾碎），有的比紅細胞還小。冰川的碾壓將礦物加工成了可供細菌消化的食物，好比將麥子碾成麵粉，更能為人體吸收一樣。

1月28日，皮里斯庫的博士生特麗莎·維基－梅傑斯（Trista Vick-Majors）邁出了眾人期待已久的一步：她在一份湖水樣品中加入了對DNA敏感的染料——這是對威蘭斯湖中有無生命的第一次探索。通過顯微鏡，她看見黑色的背景上閃現出點點綠色，那是細胞對染料的反應。每立方厘米的湖水裡，存活著10萬個細胞。這是人類首次在冰川下的湖泊中，明確無誤地發現細胞。

多方兼顧

研究人員還需要花些時間，才能為南極冰川下的生命繪出一幅完整的畫卷。美國路易斯安那州立大學的微生物學家克里斯納，正在用DNA測序技術，統計威蘭斯湖中的數百種微生物。這將使我們約略知道這些生物應該如何分類。

此外，克里斯納和皮里斯庫的團隊還在從湖中取得的500多個樣品中培育微生物。克里斯納說：「我們培育出的樣品或許能供大家研究50年。」

理解微生物在冰川下對礦物的分解過程，有助於回答一些重大的問題，比如南極冰川的消退是否會加速全球變暖。有科學家認為，冰川下的微生物可能已經製造了數十億噸甲烷，而甲烷是一種強大的溫室氣體。冰川消融，它就會逃逸到大氣中，加速暖化。

美國加利福尼亞大學聖克魯茲分校的研究生格蕾斯·巴切克（Grace Barcheck），將一枚地震感測器埋入了威蘭斯湖水上方的冰層中。圖片來源：《發現》

2月1日，圖拉茲克和學生對鑽孔做了最後一次利用。他們往洞里縋入了一串振動感測器，最低的那個懸在湖面上方約18米處。這些感測器會被冰霜漸漸覆蓋，最終完全包裹。在未來的日子裡，它們將觀察威蘭斯湖的私生活，記錄下湍流的擾動和被湖水衝掉的滾石。有了這些信息，圖拉茲克就能明白冰川下的水體是否為冰川的滑動提供了潤滑，以及它們是否在南極的一些地區造成了冰川的加速運動。最後，鑽洞用膠合板封閉，板上很快鋪滿了積雪。

向西大約1.5千米處，盤踞著21個矮矮的黑影，午後的陽光從它們背後照射過來。那些都是考察隊員用白雪堆成的平台。很快，20架雪橇和318噸的設備就會停放在上面越冬，以防止它們被雪堆淹沒。

當黑暗的冬夜降臨，氣溫跌到-50℃，這些雪橇將會變成希望的象徵。到來年，如果經費充足，圖拉茲克和皮里斯庫還將重返此地，他們會在冰面上再開幾個鑽孔，繼續探索南極洲的隱秘世界。

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