火星生命：探索与证据

2018-11-07刘安立

大自然探索 2018年11期

刘安立

当我们想象外星生命可能潜藏于哪些地方时，首先想到的应该就是火星了。几百年来，地球人仰望火星，以為那里也有人居住。过去50多年来，多个火星任务试图探明火星生命的演化可能性。然而，火星上真的有生命吗？

可居环境

在搜寻生命方面，许多天体生物学家认为水是关键。地球上所有形式的生命都离不开水。虽然生命的演化有可能不需要水，但在有水的地方寻找生命总比在没有水的地方容易。

这就必然带来火星水这个问题。今天的火星表面干燥而荒芜，大部分火星水锁定在火星极地冰盖中。火星大气层非常稀薄，太阳辐射直达火星地表，从而增大了生命在火星地表生存的难度。火星水的证据首先出现于2000年。当时，美国宇航局“火星全球勘测者”飞船发现了火星地表疑似由流水形成的沟壑。

一些科学家相信，火星并非一直都是荒原。远古火星有河流和溪流，还有巨大的海洋。虽然火星水后来大量流失到太空，但早期湿润火星的环境条件有可能适合生命演化。有一种观点是，一座远古海洋有可能覆盖火星表面积的19%。与之相比，地球的大西洋覆盖地表的17%。正由于火星过去可能存在大量水，因此有科学家推测火星保持湿润的时间比之前预计的要长一些，火星可居住的时间自然也要长一些。

疑似由流水冲刷出来的火星沟壑。

还有一种可能性，就是今天火星表面或地下可能有液态水流动。火星表面的季节性斜坡纹线是源自流水还是流沙？科学家对此一直有争议。美国地质调查局天体生物学中心在一份声明中说，虽然一些人相信季节性斜坡纹线可能是流水的迹象，但它们实际上与流沙更匹配。这种对季节性斜坡纹线的新理解，与显示今天火星很干燥的其他证据吻合。

火星陨石84001中的疑似化石结构

地下水对火星生命来说可能更友好。地下水能让潜在的火星生命避开火星地表的强辐射。霍尔特等科学家指出，已有证据表明火星存在一个与苏必略湖面积相当的冰层，该冰层比大多数火星水冰都更容易探测，因为它位于一个相对低纬度的平滑区域，飞船在这里登陆比在其他含冰区域容易。

微型飞碟

过去40亿年来，有一些火星来客造访地球。地球一直被来自火星表面的岩石轰击。在地球上能得到的太阳系天体样本提供者不多，而火星是其中之一。在已经发现的34块火星陨石（科学家戏称它们是微型飞碟）中，科学家认为有3块可能携带了远古火星生命的证据。火星陨石84001中的疑似化石结构。

1996年，一块发现于南极洲的陨石——AIH 84001（简称84001）成为头条新闻。科学家当时宣布，它可能包含火星生命的证据。84001包含着像是细菌化石的结构。后续测试表明84001包含有机物，但有关这些有机物是不是由生物学过程产生的争论直到2012年才终结。当时，科学家确定这些有机物的形成并没有生命参与。科学家的结论是，火星在长时间里曾有过有机碳化学过程，但84001包含的有机分子并非源于生物过程，而是源于火山机制。另一方面，尽管这些分子形成于非生物过程，它们的有机特性对于寻找生命来说具有正面意义。在地球上有机化学过程形成了生命，在火星上自然也有这样的可能。

在降落于埃及的一块火星陨石——“那喀拉”上，科学家发现了像是纳米菌化石的结构。他们确定，这块陨石上多达3/4的有机材料都不是源自地球有机材料污染。对这些球形结构的进一步检验表明，它们很可能源自非生物过程。

另一块火星陨石——“休格地”也包含疑似生物膜残迹和微生物菌落的结构。科学家1999年在一份声明中说，生物膜提供了古地球细菌菌落的主要证据。但科学家也指出，要想查明“休格地”陨石中是否包含火星生命证据，首先得查明陨石中的疑似生物结构是不是真的化石。不过，这方面研究似乎不见下文。

所有这些陨石，提供了似是而非却又诱人的火星生命证据。要想确定潜在火星生命的演化历程，对火星地表和地下情况的新探测看来更靠谱。

寻找生命

对火星的首批近观照片是由美国宇航局“水手4”飞船拍摄的。接着，美国宇航局“海盗”轨道器也近观了火星。这两艘飞行器记录的火星表面场景，显示火星地表很干燥，但也有暂时性地貌。疑似沟壑、海底、侵蚀的地貌和巨大的火星极地冰盖，让一些科学家相信火星曾经有过生命。当美国宇航局的第一艘登陆器一“海盗”登陆器（由“海盗”轨道器释放）降落在火星表面后，其进行实验的目的之一是搜寻生命迹象。虽然“海盗”的实验结果不确定，却为其他探测器进入火星环境铺平了道路。

此后，火星探测暂停了20多年。当火星探索重启后，科学家把目光转向了搜寻火星可居住条件，尤其是火星水，而不是搜寻火星生命。一系列火星车、轨道器和登陆器的探测表明，火星地表下可能存在温泉（它们能支持生命演化），火星表面偶尔有降水。虽然美国宇航局“好奇”火星车的任务并不是寻找生命，但科学家希望它能定位可让未来访客探索、检验火星水和火星生命证据的地点。

未来火星任务可能包括火星取样，即把火星地壳样本送回地球研究。在地球上遥控火星表面探测器，能进行更多实验。这样的实验比研究地球上的火星陨石直接得多，因而也准确得多。

美国宇航局计划2020年发射“火星2020”飞船，它有可能把火星样本送回地球。但这项任务预算成本大，目前仍有诸多未知数，计划能否付诸实施依然不确定。宇航局内部一些科学家正在游说该局上层，希望把火星取样任务放在优先位置。

“海盗”在火星上进行实验。

但是，对火星生命的搜寻可能会因为对如何防止地球生物污染火星的担忧而受阻。目前的国际政策对此增加了严重的金融负担，导致探索火星的潜在可居住区域又多了一大挑战。要让一艘完全洁净的飞船在火星上一个特定区域实地搜寻生命，其成本至少达5亿美元。为了降低成本，一些科学家呼吁无需对火星采取过分严格的保护举措。他们指出，花那么多钱，完全可以资助一种类似于美国宇航局“探路者”和“洞察”任务那样的火星发现之旅任务，同时又能附加另一次低成本火星探索任务，这样一举两得不是更好吗？

火星后代

火星与地球之间的材料交换（例如火星陨石降落地球）激起了一场争议：地球生命污染火星，或者火星生命污染地球，是否在生命历史之初就发生过？一些科学家相信，地球陨石也曾到达过火星。此外还有一个争议：微生物是否足够坚韧，能够挺过冰冷、无空气还充满辐射的漫长太空旅途，到达新家园？

如此“种子论”并非限于地球与火星之间的交互。一些科学家甚至提出，来自于太阳系外的残骸有可能播种了地球上最早的生命。说到火星，科学家有可能某一天会找到火星生命，说不定火星生命与地球生命是亲戚。如果是这样的话，那么究竟是谁催生了我们，还是我们催生了谁？眼下科学家还无法回答这样的问题，但这样的问题也不像有些人以为的那样不着边际。

星球间的生命传播（示意图）。

火星富铁矿物可能包含生命材料

科学家2018年8月宣布，英格兰南部一条小溪可能指引他们找寻火星远古生命证据，这种证据以脂肪酸形式保存在一种叫作针铁矿的富铁矿物中。

科学家前往位于英国南部海岸的多塞特郡，从流往圣奥斯瓦尔德湾的一条酸性溪流取样。这条pH值为3.5的小溪，被认为与30亿年前火星上的流水酸性相同。早在白垩纪，这条溪流就流经砂岩床。在这一遥远时期，森林大火把焦炭沉积到沙中。细菌能够依靠焦炭生存，使用硫酸盐降解焦炭，产生一种硫化铁矿物质——黄铁矿。今天，溪水氧化黄铁矿产生的硫酸赋予溪水3.5的pH值。与此同时，另一类铁硫酸盐沉降到小溪底，其中包括一种叫黄钾铁矾的矿物质。

黄钾铁矶很擅长捕捉有机物，尤其是酸，而生命产生的一种常见有机化合物就是酸。随着时间推移，水把黄鉀铁矾转变为另一种矿物质——针铁矿。在火星表面那样的干燥环境中，针铁矿脱水成另一种富铁矿物——赤铁矿。正是赤铁矿赋予了火星表面的铁锈红色。黄钾铁矾、针铁矿和赤铁矿都已被发现在火星上大量存在。

科学家发现，多塞特溪流中针铁矿包含大量完好保存的脂肪酸。基于这些脂肪酸的丰度，并且假定远古火星的单位体积内生物量与多塞特溪流的相当，科学家估计火星的富铁岩石里至少锁闭着286亿千克的脂肪酸。如果在火星上发现由碳原子长链构成的脂肪酸，其意义将是非凡的，因为这些脂肪酸是明确的生物指针。科学家解释说，如果把碳原予以非生物学方式扔到一堆，那么可能有5万种不同的同分异构体，其中包括18碳原子链。而18碳原子链几乎能肯定是由生物学过程产生的。

其中的关键是找到可能存在的火星脂肪酸。美国宇航局“勇气”火星车上的火星取样分析仪器组通过烘烤火星尘埃和岩石样本以蒸发有机分子，让车载的气相色谱一质谱联用仪更容易探察到有机分子。火星取样分析仪器组还搭载了9只密封的“湿化学”杯，其中每只都装有一种混合化学液。当样本与这些化合物混合并且加热到900℃时，化合物会把任何可能存在的有机分子转变为更容易挥发的产物，让气相色谱-质谱联用仪更容易检验。其中两只杯子里装的是羟化四甲铵和甲醇，运用它们可探测到脂肪酸。不过，这两只杯子迄今尚未被用过。“勇气”任务团i队表示，“勇气”火星车的取样检测实验至今只毖试过两次，但该团队正在考虑实验完9只杯子，其中包括对火星表面维拉·鲁宾桥地带附近的富含黏土层取样检测。

虽然有科学家提醒说火星有机分子的来源仍不确定，但火星有机分子的存在依然昭示远古火星生命可能存在。有科学家指出，除了富含黏土的材料，也应该检测富铁矿物——针铁矿。美国宇航局火星登陆器“凤凰”2008年发现，火星表面覆盖着某些在被加热时会释放氧的矿物质，这些氧与有机化合物反应会摧毁有机化合物。黄钾铁矾是这些矿物质中之一，而针铁矿不是。这就意味着，如果远古火星生命留下的脂肪酸被包裹在转变为针铁矿的黄钾铁矾里，那么这些脂肪酸今天应该依然能被探察到。

要想探察这样的脂肪酸，正确取样最关键。仪器再好，技术再好，如果取样错误，就探察不到脂肪酸。在多塞特溪流的工作，就是尝试提供有助于在火星取样所需的信息。在多塞特溪流的发现也表明，前往智利阿塔卡马沙漠、南极洲或西班牙力拓河流域取样既费时又费钱，还不见得能发现与火星类似的条件。而科学家这回研究的多塞特小溪虽然宽度才1米，但却是理想的取样地点。

科学家说，多塞特小溪边缘的pH值为中性，而溪流中心为强酸性，这为他们追踪这些条件的开始和消失提供了绝佳机会。如果能详细了解溪流中的化学过程，那么这些微型类比地点就能揭示大规模类比地点的情况。

未来几年里，“勇气”火星车将与“火星2020'火星车和欧洲一俄罗斯联合的“外火星”火星车联手。后两者的车载实验室将可能探察到火星上脂肪酸或其他化合物的存在，而这些化合物可能证明火星曾经可居住。科学家说，火星充满惊奇，我们永远不可能知道接下来火星将带给我们什么样的惊喜。