构建一个地底世界，如何使光照、水分、生物等条件合理？ 第1页

最简单的方法是照搬现实中的地下生态系，有人怀疑的时候还可以扔论文去砸他们。

“光照”不是地下生态系所必需的，地下生产者可以是化能合成细菌、辐射合成生物。你也可以让细菌、真菌从地下水里汲取溶解的有机物与悬浮的碎屑，让真菌通过菌丝网络从地面上的森林里抽取有机物^[1]，或让蝙蝠那样的生物到地面上去搬运有机物回地下。

“水分”什么的，地下水管够，人类用二十世纪末的技术可抽取的地下水总量约420万立方千米。你可以将生态系摆在地下暗河、地下湖、地下海里。

• 上地幔与海底相接的地方有大量的水，地心还有大量的水（一般是不用去考虑的。早期地球的氢有75%以上可能在地核里，因而地核可能包含着地球上的大部分水^[2]。这可以部分解释地震速度测量所显示的地核密度）。
• 澳大利亚中部和东部的大自流盆地是世界上最大的承压含水层系统之一，面积约200万平方千米^[3]。
• 地下暗河，伏流，是石灰岩地形中的地下水流，在《山海经》中就有记载。水量较大的暗河可以形成地下瀑布、地下湖，可供人类建造地下水电厂。我国广西都安地区的地苏暗河、湖北恩施与重庆奉节之间的龙桥暗河全长约50千米，可以给你参照。也可以去看看北京平谷摩鸵山、重庆武隆芙蓉洞之类的暗河。

比起这些，地球型碳基生物更需要较低功率的能量流。地球地壳中庞大的地热能，源于地球形成时留下的热量（占约20％）和地下放射性物质的衰变热（占约80％），缓慢地朝太空释放，可以在没有恒星的情况下维持地下与深海的温度，让生物在那里继续活动。

地下生态系的一部分细菌可以是从数十亿年前就生活在那里的，多细胞生物则可以是从地面上进入洞穴、地下水并停留在那里，经过数万、数百万年的演化而适应。

• 可以参照美国猛犸洞国家公园中生活在地下洞窟里的昆虫、蜘蛛、虾、鱼、蝙蝠等生物。

我们已经知道许多微生物和真菌能生活在切尔诺贝利核电站、福岛核电站泄漏之后的辐射防护墙内部，并以电离辐射作为能源茁壮成长^[4]。其中，辐射合成细菌Candidatus Desulforudis audaxviator可以在只有铀矿的辐射作为能源的环境下利用岩石和水中溶解的物质合成有机物并增殖，在南非地下1500~3000米深的矿井地下水中建立生态系。相关论文发表在2008年10月10日的Science杂志^[5]。辐射对该物种并非必需，且它们在作为化能自养生物的同时还可以分解同类的死细胞来回收材料。

• Candidatus Desulforudis audaxviator生活的环境里没有其它生物。它的环境耐性和能量获取途径允许它在太阳系的多个天体的地下生存，包括火星^[6]。
• 在科学家检测的五吨地下水里，Candidatus Desulforudis audaxviator的230万个碱基对只有32个突变过不止1次，说明其极度适应该环境。

对于“生活在地下的多细胞生物”，可以想象上述细菌简化为线粒体那样的细胞器，让各种细胞都能利用电离辐射；也可以参照现实存在的多细胞辐射合成生物：

• 斯坦福大学和北卡罗莱纳大学的研究团队探讨了使用切尔诺贝利核电站防护墙内的辐射合成真菌来屏蔽宇宙线的可行性。根据在国际空间站上进行的为期一个月的试验，1.7毫米厚的一层球孢枝孢菌（Cladosporium sphaerospermum）可以阻挡2.17±0.35%的辐射。在与火星土壤合用的情况下，9厘米厚的真菌-土壤可以阻挡火星基地受到的绝大部分辐射。考虑到真菌是生命体、允许人们携带少量真菌到火星上再加注营养物质来培养，可以省略大量的辐射屏蔽材料。

• 这听起来仿佛外星异种的球孢枝孢菌，其实是十分常见的真菌，世界性分布，在许多地方的室内·室外空气里都可以找到^[7]，也许你身上还沾着它的孢子。真菌用黑色素吸收伽马射线，获取的能量用于合成代谢。

“太阳这东西，如果不是它真正存在，本来是可以很容易证明它不存在”的说法，源于“1个质子通过弱相互作用发射1个正电子和1个电子中微子并变为1个中子”的反应难度，因为弱相互作用太弱了。

• 在实验室里根本就没测出两个氕合成氘存在反应截面。这是个吸热反应，至少要吸收1.25兆电子伏特的能量。拿加速器将两个0.7兆电子伏特以上的质子打在一起，形成的双质子（氦2原子核）也有超过99.99%的概率在小于1纳秒的时间内衰变成两个质子并分开。双质子衰变成氘原子核的概率低于万分之一。何况太阳核心里的质子没有这么大能量。
• 此反应的劳森判据（维持核聚变反应堆中能量平衡的条件）则从理论上就不存在，因为这是吸热反应。而且那个中微子会带走最多0.42兆电子伏特的能量，无论在实验室里还是在恒星里都没有回收的方法，也不会参与支撑恒星。即使你把那个正电子跟一个电子湮灭掉，放出的两个伽马光子加起来只有1.02兆电子伏特的能量，我们也没有条件把这能量全都拿来加热聚变等离子体。

但是，人们已经测到来自太阳的压倒性数量的0.42兆电子伏特以内中微子，证明太阳确实在进行质子-质子链反应。pep和CNO循环都可以测出来^[8]，CNO循环占约1%^[9]。目前的解释是质子靠量子隧穿强行越过库伦障壁，如此一来两个质子聚变为氘原子核的反应在太阳核心里平均耗时90亿年~140亿年。

太阳的这些事情跟你“构建一个地底世界”没有关系。

参考

1. ^ 菌丝系统是什么？菌丝系统真的像互联网一样在森林土壤下传递信息供养森林吗？ - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/438842801/answer/1672030997
2. ^ https://doi.org/10.1038/s41561-020-0578-1
3. ^ 澳大利亚岩层上覆盖着不透水层，东部多雨，形成受水区，地下水以每年11米到16米的速度流向西部少雨地区。承压水通过人工打井或天然泉眼涌出地表，支持澳大利亚的畜牧业
4. ^ https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000457
5. ^ Dylan Chivian, Eoin L. Brodie, Eric J. Alm, David E. Culley, Paramvir S. Dehal, Todd Z. DeSantis, Thomas M. Gihring, Alla Lapidus, Li-Hung Lin, Stephen R. Lowry, Duane P. Moser, Paul M. Richardson, Gordon Southam, Greg Wanger, Lisa M. Pratt, Gary L. Andersen, Terry C. Hazen, Fred J. Brockman, Adam P. Arkin, Tullis C. Onstott,"Environmental Genomics Reveals a Single-Species Ecosystem Deep Within Earth", Science, 10.1126/science.1155495
6. ^ 如果人类用航天器将这些细菌送到火星地下，我们就得到了一个有生物圈的星球，其上只有1种活着的生物。这也证明老科幻里经常出现的“单一物种生物圈”在现实中是完全可行的，一些打着科学的旗帜鄙视那些作品的人其实是自己不懂科学。
7. ^ HG Park, JR Managbanag, EK Stamenova, SC Jong Comparative analysis of common indoor Cladosporium species based on molecular data and conidial characters Mycotaxon, 89 (2004), pp. 441-451
8. ^ https://arxiv.org/abs/1110.3230
9. ^ DOI：10.1038 / s41586-020-2934-0