去南极,到万年寒冰之下去寻找生命

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日光照射在南极冰原上熠熠生辉。46岁的冰川学家斯拉韦克・图拉兹克（Slawek Tulaczyk）在斜射的夏日阳光中眯缝着眼睛，眺望着180米外的那出好戏。

一架海格力斯军用运输机搁浅在冰面上，它的雪橇冻在了雪里，无法起飞。就刚才，这架飞机放下了图拉兹克和其他12名工作人员，还有大约4.5吨重的装备。这些人来到这里，为的是探索地球上未经探索的最后一块疆域。这片看似平坦的雪原之下，堆积着近800米厚的坚冰，而在这厚厚的冰层之下，还隐匿着一方人类从未寓目的神秘湖泊。图拉兹克从美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校来到此地，就是为了探索这片与世隔绝的水体――“威兰斯冰下湖”（Whillans）。为此，他已经等待了足足6年。

现在，看着海格力斯第二次尝试起飞，图拉兹克不禁担忧起来。此次飞行的任务是将科学家、工程师、技术员和设备送到冰面之上，它接着还要飞个来回，去搭载其余的人员和物资。一旦被困，就无法将他们准时运到了。

海格力斯的4个螺旋桨呼啸着，卷起一阵雪花。但飞机还是纹丝未动。

4个男人正在海格力斯的雪橇周围铲雪，想要帮它脱困。这只冷血的蝴蝶只能在冰面上逗留片刻，引擎熄火的时间超过几分钟，它或许就无法再次启动了。

威兰斯湖或许已经有几十万年不见天日了，当天在雪原上降落的图拉兹克等人却想看看冰层底下的景象。他们计划凿穿冰层到达湖面，采集湖水和湖泥的样本。他们还要将一台摄像机缒入湖中，在那里寻找可能存在的生命的踪迹。

那一天是2013年1月17日，冰层下的湖泊仍是个谜。研究者用雷达扫描，从卫星上投下激光，在冰上的浅坑埋下炸药，并记下爆炸的震波，种种喧嚣过后，仍然只拼凑出了威兰斯湖的一片剪影。

对于世界各地的科学家而言，探索这片低调的湖泊是研究道路上的一座里程碑。地球上的陆地，有10%还封锁在冰川之下，是人类从未涉足的领域。探索冰川下的湖泊，有助于回答许多重大问题，比如全球变暖是否会加速南极冰川的消退。对威兰斯湖取样，还有望为太阳系其他星球是否存在生命活动的问题提供线索。

到达湖面是一项艰巨的任务。此前，已经有一支拖车队伍从南极沿海的麦克默多站出发，拖着重达540吨的钻探设备跋涉近1000千米，来到了湖泊上方。由于设备先要在麦克默多站测试，恶劣的天气又延误了运输，因此考察队的时间十分紧迫。钻探开始之前，南极的夏天已近尾声，可以工作的条件也即将消失。计算下来，给考察队的时间也就14天而已。几天前

图拉兹克就说过，在南极的这个地区开展研究，“常像是打壕沟战”，先在冰面上挖掘，继而一连工作几个月，然而目前的形势，“更像在打闪电战”。

图拉兹克一边思索，一边看着海格力斯第3次发动了引擎。随着机身一阵抖动，雪橇松动了。57吨重的飞机笨重地向前挪动，在简易跑道上前后移动――这个动作能够燃烧数千千克燃料，从而减轻飞机的负重。

当海格力斯在简易跑道上第4次艰难滑行，装在它两侧的8个固体染料火箭点火，将机身抬上了天空。

图拉兹克叹一口气，如释重负。考察队的目标已经近在眼前，就在脚下800米的地方。然而，飞机起飞时的波折已经预示，在如此恶劣的环境之下，即便是看似简单的任务，比如在冰面上溶出一个洞口，都会遇到重重阻碍。

探索之路

威兰斯湖的故事可以追溯到50多年前。在20世纪的大部分时间里，人们都把南极冰原看作是亘古如此、永恒不变的。有科学家甚至建议，将核废料永久储存在这些冰川之中。

但是到了20世纪下半叶，因为一种叫做“探冰雷达”（ice-penetrating radar）的新技术，科学家得以看穿厚厚的冰层。他们发现，冰层下面埋藏着整条整条的山脉，其中的一些高达2700米。上世纪从60年代后期到整个70年代，海格力斯运输机搭载俯瞰雷达，在这片大洲上空飞出了上千千米的测线，绘制出了冰川下方的地形。有了这些图像，科学家对南极的看法就此改变。

冰川学家还注意到了一个现象：通常而言，冰川下的山脉是起伏不定的，但是在有些地方，地面却一片平坦，雷达图像也明亮得出奇――说明那些地方是水，不是岩石。

那时，人们并没有想到冰川下面会有湖泊，但是今天，南极洲发现的湖泊已经超过200个。它们都是由地球内部渗出的热量造成的，地热自下而上，溶化冰川底部，每年溶化几个硬币的深度，将水从冰中解放出来。

上世纪90年代中期，研究人员在南极洲东部冰面之下约3600米处，发现了一个储水量达5300立方千米的湖泊，储水量与密歇根湖相当。在那之前，俄罗斯科学家已经在湖的上方钻探了好几年，以研究冰层的历史。当俄国人的钻头距离这片如今被称为“沃斯托克湖”（Vostok）的冰下湖不到180米的时候，抽上来的冰块一下子从清澈变为浑浊，中间还夹杂着小块泥土。这说明沃斯托克湖的浑浊湖水已经重新冻结到了冰层底部。

美国蒙大拿州立大学波兹曼分校的湖泊生物学家约翰・皮里斯库（John Priscu），弄到了大约0.7千克的沃斯托克湖脏冰。在此之前，他已经在南极洲沿海的小湖里发现了细菌和藻类。那些湖泊只有表层的3到9米结冰，阳光透过冰层射入，水下的生物得以从光合作用中获得能量。但是沃斯托克湖深埋冰下，应该是一片黑暗，那里的生物想要生存，就必须依靠别的能源。

沃斯托克湖里会有什么样的生物？对于那些在太阳系的其他地方寻找生命的研究者来说，这个问题正变得日益迫切。此前，太空探测器已经在木星的卫星木卫二（Europa）上找到了一片大洋，它被封冻在16千米厚的冰层之下。科学家开始猜想，那片黑暗的大洋中是否会有生命栖息――这是一个激动人心的猜想，因为木卫二和木星、土星的其他卫星上水量充沛，储量达到地球所有大洋之和的5到6倍。想知道那些不见天日的外星海洋里是否栖息着生物、栖息着怎样的生物，沃斯托克湖是一座极好的实验室。

果然，皮里斯库在沃斯托克湖的脏冰里找到了死亡和休眠的细胞――每立方厘米多达3.7万个。怀疑者称，这些细胞可能不是出于冰层本身，而是来自俄国人留在沃斯托克湖上方的重达45吨的煤油钻井液，倒入这些煤油是为了防止钻出的洞口再度冻结。皮里斯库没能在沃斯托克的湖水中直接取样求证，因为钻探工程半途而废――人们担心洞穿冰层之后，钻洞中的煤油会污染纯净的湖水。

到了2007年，另一个计划成形了。卫星图像显示，南极洲西部的冰面之下约800米处有一个湖泊。湖的长度为12千米，宽8千米，深60米。这就是威兰斯湖。

2007年11月，图拉兹克成为了第一位拜访威兰斯湖的研究者。他的身份是冰川学家，而非生物学家，因此他想要探究的问题与气候变化密切相关：冰川下的河流湖泊是否对冰层在陆地上的运动起到了作用？它们是否会加快冰川滑入海洋的速度，进而导致海平面的快速上升？

图拉兹克的团队在威兰斯湖上方的冰面上安装设备，监测冰原的移动状况。

那次考察跨出了重要的第一步，但是要了解威兰斯湖的物理和生态，最终还是得钻入其中。于是图拉兹克、皮里斯库和另外几十位科学家制定了一批计划。他们不准备用浸泡在煤油里的金属钻头，而是要用一股热水溶透冰面。

但是热水也会带来难题：灌满了水的钻孔会迅速结冻，而且在周围冰块的重压之下，钻孔可能崩塌。美国自然科学基金会决定资助这项雄心勃勃的计划，从2012年11月起，已经有30多位科学家、钻探工人和技术员前往南极沿海的麦克默多站，为钻透威兰斯湖做起了准备。这组人马包括几队独立的生物学家、地质学家和冰川学家，来自十几家研究机构。2013年1月，他们会分别乘坐几趟航班，带着若干科学仪器（过于精密，不能靠车队拖拉），从麦克默多站飞抵威兰斯湖上方。

图拉兹克乘坐的是第一趟航班。由于天气原因，它比计划落后了13天，到1月17日才终于在威兰斯湖上方降落。航班延误，加上钻探速度的不确定性，使得钻透冰层的机会变得渺茫起来，在湖中取样的计划可能因此泡汤。但是在接下来的5天时间里，另外3趟航班还是将剩下的科学家和设备运送了过来。接下来要做的，就是钻透冰层，并使那道狭窄短暂的门户开放几天。

向深渊进发

威兰斯钻探营地距南极点约610千米。南极洲西部在夏季往往雾气笼罩，远远望去，营地只有影影绰绰的几个小点。不过走近观察，还是颇具规模。

营地中，每一点都是一只卡车大小的集装箱，焊接在一只巨大的雪橇上。“钻头”由十几只雪橇组成，它们首尾相连，构成了一头一节一节的金属巨兽。前3节是头部，储存着发电机和变压器，它们将飞机燃料转化成45万瓦的电力。在第4节中，融雪产生的水用紫外线和过滤装置杀菌。处理后的水通过凯芙拉材料加固的水管流入第5和第6节，并在那里加热加压。到了第7节，雪水流入一根800多米长的软管，软管再盘绕在一只校车大小的线圈上。随着钻探在1月23日正式开始，软管逐渐从线圈上解套伸入钻孔，并从管口喷出热水。

这台装置出自美国内布拉斯加大学林肯分校的7名钻冰工人之手：他们都受过大学教育，背景五花八门――有人曾在美国宇航局（NASA）从事日复一日的工作，有人曾经是生物医药工程师，现在全都抛下手头的活计，来这里追求冒险。他们穿着破损的工装外套，戴着油迹斑斑的手套，有的操作钻头，有的徒步查看相隔遥远的附属设备。他们一边用阀门调整水流，一边用手提无线电联络。

前任气象学家、现任钻探工达尔・吉布森（Dar Gibson）说：“每一样设备都要尽量保持温暖，保持运转。”说这话的时候是一天夜晚，钻头停工，正在修理。停工就是和时间赛跑：水流变缓，水管里就有可能结冰，相当于机械上的冠状动脉阻塞。

1月25日傍晚6点30分，在两天的钻探之后，向着威兰斯湖的最后进发开始了。

软管在直径6米的钻孔中下垂了756米。首席钻探工丹尼斯・杜林（Dennis Duling）是一位61岁的农场主，他留着灰色的络腮胡，正坐在控制室内指挥。他那只长满老茧的手按在鼠标上，眼睛盯着电脑上的传感数据。这些数据传达的二手知识让他得以了解800米之下的世界。要探索那个世界，只能靠手，不能靠眼。

鉴于钻孔中环境恶劣，杜林和同事没有在钻头上安装摄像机。因此，他们只能凭借3个传感器传回的数据，推断数百米之下的状况。

3个传感器中，一个记录软管从线圈上解套的圈数（这个数字用来估计钻孔的深度），一个用来衡量下垂软管的重量（用来估计软管是否因为碰到障碍而弯曲），还有一个负责记录压力，并监测钻孔中的水平面是上升还是下降――由此可以判断是否已经到达了湖面。

望着传回的数据，杜林下令将钻头的速度降到最低。他担心钻头已经接近湖面，试图避免搅起污泥。他说：“我们不想进去得太突然。”1月25日夜，没有人知道会在什么深度穿透冰层。这个问题很伤脑筋。

钻透冰层

1月26日中午大约12点10分，钻头似乎抵达了湖面。考察队将水管拔出，放了一台摄像机下去确认。但那台摄像机没有到达冰层底部：在700米深处，钻孔分裂成了两条，导致摄像机无法深入。

摄像机被拉了上来，水管再度缒入钻孔分岔处，重新注入热水。他们希望将两条分岔重新溶化成较粗的一条，使得摄像机可以继续下降。

1月26日晚7点，摄像机再度放入。队员们挤到控制室去观看直播。摄像机在700米处再次遇到分叉，看来注入的热水没能解决问题。不过这一次运气较好，摄像机顺利挤过了岔路口。控制室里一片欢腾。

摄像机平稳下降了15米。视野忽大忽小，接着豁然开朗。然后，摄像机不动了。过了一两秒钟，人们才看懂了眼前的景象：摄像机停在了一块白色的地板上――冰的地板。钻孔到头了。“可恶！”有人失望地叹道。

钻探工很快发现了问题所在：钻头上的一个传感器没有校准，高估了垂入钻孔的软管长度。现在的钻头，距湖面至少还有30米。

“到这里来，就要做好鼻青眼肿的准备，”杜林说，“不是大问题，我们可以对付。”说话间，他露出疲惫而认命的表情。“我们再钻一次。”

24小时过后，到了1月27日，钻探工开始苦中作乐。有人在沙沙的无线电中问道：“有人要看《末路狂花》吗？”问话的是一个拿着把大钳子的大胡子，他是想用这部小妞电影来缓解焦躁情绪。

“除非我们能携手同哭，”吉布森在对讲机中回答。吉布森依旧坐镇控制室，身边围了一圈人，都在观看摄像机第三次缒入钻孔的情景。

摄像机经过了490米处。屏幕上不时显出钻孔起伏的内壁，仿佛置身于宇宙虫洞之中。然后，图像模糊起来，一切动感也都消失了。

黑暗的控制室里一下子炸了锅：是下面的湖水太浑，还是摄像机出了故障？“还在下降吗？”吉布森在无线电里发问。

“还在降，”无线电里传来沙沙的回复，“刚过640米。”

时间一分分过去。模糊的图像继续变暗，成了一片棕色。“绳索刚刚弯曲了，”沙沙声说，“我们到底了。”摄像机停留在了800米深处。

搅起的淤泥落定。湖底的景象慢慢呈现了出来。

摄像机横卧在地上，镜头前是一片泥泞的湖底，到处都是土块。湖水里也漂浮着一股股泥浆。图像像素不高，颗粒粗大，仿佛海盗号着陆器在36年前传回的火星表面图像――那是人类从未见识过的风景。

始料未及的是，湖水的深度才1.5米，不是7.5米。雷达将湖水的深度高估了6米，因为它把湖底的淤泥误认作了水。图拉兹克紧急召开会议，宣布了这个发现。他说：“这个湖泊的年代足够久远，大部分都是沉积物。”尽管出人意料，队员们毕竟有机会在冰层下寻找生命了。

1月28日早6点20分，6个身穿白色无菌服的人聚到了钻探平台周围，等待着从威兰斯湖水中取出的第一份样本。

一根拉紧的绳索从钻孔中缓缓升起。美国路易斯安那州立大学的微生物学家布兰特・克里斯纳（Brent Christner）用一把锤子敲掉了绳索上的积霜。绳索尽头，一只不透明的瓶子探出了钻孔。皮里斯库将它送入实验室。人们围了一圈，目睹着来自威兰斯湖的第一瓶水倒入了一个干净的试管。

湖水呈蜂蜜色。研究者在里面泡入一个电极，一台液晶显示器上随即跳出了数字。样品导电性很强，证明湖中富含无机盐，可以喂饱微生物。室内响起一阵兴奋的叫声。

寻找生命

人们常将冰川下方的环境描述得极其恶劣，威兰斯湖倒是出人意料地适合生存。

湖水的温度为只有-0.5℃，

比麦克默多站附近的海水还要稍暖一些，而那里的海水中生活着大量海星、重达40到50千克的南极犬牙鱼（Dissostichus mawsoni）和其他生物。由于上方的冰层施加压力，湖水的冰点比正常低了几度，得以保持液态。

威兰斯湖中还含有氧气，那是上方的冰层溶化时随气泡释放到湖水中去的。有了这些氧气，一些蠕虫、海星和其他海洋无脊椎动物就能在海底生存。

威兰斯湖所在的地区一度是一片浅海海床。美国北伊利诺伊大学的海洋古微生物学家里德・舍勒（Reed Scherer），将湖底的淤泥涂上一片玻璃片后，找到了证据。

舍勒将玻璃片放到显微镜下，旋动按钮。一个玻璃状的物体跃入了眼帘――圆盘形状，锯齿边缘，表面有凹痕――这是一种名叫“硅藻”的古微生物的壳。“大概是中新世的，”他说，“距今可能有1000万到1500万年。”那一片玻璃上，大约就有一百块压碎的硅藻壳。

过去2000万年，随着气候的冷暖变化，冰川大概在现在威兰斯湖所在的地区进进退退了好几十次。冰层最近一次盖上湖面是在12万到100万年之前，具体时间取决于冰层是否挨过了其间较为温暖的几个时期。今天在湖水中存活的任何生物，都有可能是从冰川溶化的时代繁衍到现在的。

然而，任何一个幸存下来的物种都要面对一大难题：冰层隔断阳光，也中止了光合作用――而那正是地球上大多数生态系统的能量来源。因此，冰川下如果有生物存在，它们就必须通过分解矿物来获取能量。

第一份湖水样本的蜂蜜色泽，透露了一点线索：在其中发现的微小矿物颗粒（已被冰川碾碎），有的比红细胞还小。冰川的碾压将矿物加工成了可供细菌消化的食物，好比将麦子碾成面粉，更能为人体吸收一样。

1月28日，皮里斯库的博士生特丽莎・维基-梅杰斯（Trista Vick-Majors）迈出了众人期待已久的一步：她在一份湖水样品中加入了对DNA敏感的染料――这是对威兰斯湖中有无生命的第一次探索。通过显微镜，她看见黑色的背景上闪现出点点绿色，那是细胞对染料的反应。每立方厘米的湖水里，存活着10万个细胞。这是人类首次在冰川下的湖泊中，明确无误地发现细胞。

多方兼顾

研究人员还需要花些时间，才能为南极冰川下的生命绘出一幅完整的画卷。美国路易斯安那州立大学的微生物学家克里斯纳，正在用DNA测序技术，统计威兰斯湖中的数百种微生物。这将使我们约略知道这些生物应该如何分类。

此外，克里斯纳和皮里斯库的团队还在从湖中取得的500多个样品中培育微生物。克里斯纳说：“我们培育出的样品或许能供大家研究50年。”

理解微生物在冰川下对矿物的分解过程，有助于回答一些重大的问题，比如南极冰川的消退是否会加速全球变暖。有科学家认为，冰川下的微生物可能已经制造了数十亿吨甲烷，而甲烷是一种强大的温室气体。冰川消融，它就会逃逸到大气中，加速暖化。

美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的研究生格蕾斯・巴切克（Grace Barcheck），将一枚地震传感器埋入了威兰斯湖水上方的冰层中。图片来源：《发现》

2月1日，图拉兹克和学生对钻孔做了最后一次利用。他们往洞里缒入了一串振动传感器，最低的那个悬在湖面上方约18米处。这些传感器会被冰霜渐渐覆盖，最终完全包裹。在未来的日子里，它们将观察威兰斯湖的私生活，记录下湍流的扰动和被湖水冲掉的滚石。有了这些信息，图拉兹克就能明白冰川下的水体是否为冰川的滑动提供了，以及它们是否在南极的一些地区造成了冰川的加速运动。最后，钻洞用胶合板封闭，板上很快铺满了积雪。

向西大约1.5千米处，盘踞着21个矮矮的黑影，午后的阳光从它们背后照射过来。那些都是考察队员用白雪堆成的平台。很快，20架雪橇和318吨的设备就会停放在上面越冬，以防止它们被雪堆淹没。

当黑暗的冬夜降临，气温跌到-50℃，这些雪橇将会变成希望的象征。到来年，如果经费充足，图拉兹克和皮里斯库还将重返此地，他们会在冰面上再开几个钻孔，继续探索南极洲的隐秘世界。（编译自：《发现》杂志，Life Under Antarctica's Ice）