土卫二南极附近，水冰和水蒸气构成的羽状物从多出地方喷出。照片由“卡西尼-惠更斯号”拍摄。图自：NASA/JPL/太空科学研究所
我们或许能在太空中找到微生物。可是如果真的找到了，我们该怎么判断它们是什么，或者它们是否还存活呢？
本月《天体生物学》（Astrobiology）发布了一份特刊，主题是在寒冰星球土卫二上寻找生命的痕迹，其中有一篇由加利福尼亚理工学院的杰伊·纳多（Jay Nadeau）和她的同事们共同完成的论文。论文提出证据，认为数字全息显微术——一项通过激光记录3D影像的技术——或许是我们寻找外星微生物的最佳方法。
自上世纪70年代末NASA的“海盗号”项目之后，就再也没有探测器明确搜寻过外星生命——这里指的是活体生物。相反，搜寻的重点一直是水的存在。土卫二有很多水——一大片海洋的水，就藏在覆盖着整颗卫星的冰层之下。但是即便那里真的有以某种微生物形式存在的生命，科学家们也难以从7.9亿英里外的地球确认该微生物的存在。
“要区分一个微生物和一粒尘土比你想的要困难得多，”工程及应用科学学院医学工程和航空航天研究教授纳多说道，“你要区分物质的随机运动——即布朗运动，和生物的自主运动之间的区别。”
土卫二是土星的第六大卫星，质量比地球小10万倍。因此，它的逃逸速度——卫星上物体要逃离卫星表面所需的最小速度——只有239米/秒。与地球略超1.1公里/秒的逃逸速度相比简直不值一提。
不过土卫二极低的逃逸速度使其能产生一种不同寻常的现象：大量的间歇泉通过该卫星表面冰层的一条条裂缝，规律地将水蒸气喷向太空。2005年，当土星探测器“卡西尼号”飞掠土卫二时，它发现在该卫星的南极地区，有水蒸气构成的羽状物将细小的冰粒以将近每小时2000公里的的速度喷射到距离卫星表面大约500公里的高度。科学家们计算，每道羽状物每秒大约会喷射出250千克的水蒸气。从首次发现之后，已经有超过100个间歇泉相继被发现。有观点认为，这些水补充了土星透明的E环，否则这一环很快就会消失。最近，NASA还在一项声明中将土卫二描述为，它到目前为止所找寻到的最接近地球的拥有宜居必要元素的“海洋世界”。
纳多称，喷射到太空中的水为我们提供了一个绝佳的机会。在外星降落难度大成本也高，所以一项更方便廉价的选择便是将探测器送往土卫二，使其穿过这些喷泉，采集可能含有微生物的水样本。
假设真的有探测器打算这么做，像纳多这样研究在极端环境下生存的微生物的工程师们又会面临许多新的问题。水蒸气喷出后微生物还能存活吗？如果还活着，探测器怎么才能在采集样本的时候不危及这些微生物？如果采到了样本，我们又怎么确定它们是活生生的细胞呢？
在水样本中寻找微生物的困难之处，就在于我们难以识别它们是不是生命。“最困难的地方在于，细菌并没有多少细胞特征，”纳多说道。细菌通常都是水滴形的，而且很小——直径比一根头发丝还小。“有时候，我们很难将它们和灰尘区分开来。”
许多用来证明微小颗粒其实是微生物的方法，都要求研究者找到其身体结构，或研究其特定的化学成分。纳多表示，虽然这些方法很常用，但它们都要求直接对潜在的微生物进行观察。
“观察身体结构和化学成分是很有用的方法，但我认为，我们必须后退一步，去寻找更加普遍的生命特征，例如运动。即，如果你看到一个大肠杆菌，你知道它是活的，它不是一颗沙粒，因为它会动，”纳多说道。在早前的一项研究里她就提出，运动是一种寻找外星生命的可能的生物特征。这是一种强大的方法，而且不依赖化学分析。我们还可以通过给这些微生物“喂”电子来使其变得更加活跃，从而激发或增强它们的运动。
为了研究土卫二的羽状物里可能存在的微生物的运动，纳多提出，我们可以使用一种名为数字全息显微术的方法。这种方法已经经过特殊改良以适用于天体生物学。
通过数字全息显微术，一束激光会射在物体上，随后光波会反射到一个探测器上进行分析。这些散开的光波带有光波的振幅（光强）和相位（这一特性能用来判断光波散开之后穿越了多长的距离）信息。有了这两项信息，我们就能通过电脑重塑物体的3D图像——该图像能以3D的形式展示物体的运动。
“数字全息显微术让我们能够观察并记录最微小的运动，”纳多说道。此外，我们还能利用与各类暗示生命可能存在的分子（蛋白质、糖、脂肪、核酸）相对应的荧光染料，给潜在的微生物加上标签，“以此判断微生物的构成，”她补充道。
为了研究该技术在外星标本分析方面的运用潜力，纳多和她的同事们从北极取来了极其寒冷的水，里面鲜有细菌存在。即便运动存在，也因为低温而极其微弱。
通过全息显微术，纳多识别出了每毫升水里只有1000个细胞存在的生物体，这已经接近地球的一些最极端环境下——例如冰下湖的生命密度了。与之相比，辽阔的大海里，每毫升水含有大约10000个细胞，某些区域可能每毫升含有100-1000万个细胞。纳多表示，该技术在生命密度极低的情况下也能检测出生命，还能快速分析大量的样本（每小时大约能分析1毫升），而且不需要进行大量的空间移动，因此是理想的天体生物学研究方法。
接下来，该团队将尝试利用从其他微生物稀少的地球区域——例如南极——取回的样本来重复
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