自19世紀(jì)以來，人們一直癡迷于在這顆紅色星球上尋找生命，但是否有任何真正的基礎(chǔ)來假設(shè)它存在，或者曾經(jīng)存在過?
調(diào)查仍在繼續(xù)。美國宇航局的洞察號(hào)著陸器于2019年2月12日在火星表面安裝了名為“熱與物理特性包”(HP3)的熱探測(cè)器。
1877年，意大利天文學(xué)家喬瓦尼·斯基亞帕雷利將他的21.8厘米的望遠(yuǎn)鏡——當(dāng)時(shí)最好的望遠(yuǎn)鏡之一——對(duì)準(zhǔn)了神秘的火星圓盤。
科學(xué)家們?cè)缇椭溃鹦遣粌H僅是天空中的一個(gè)光點(diǎn)，它本身就是一個(gè)完整的世界，但斯基亞帕雷利是第一個(gè)嘗試?yán)L制詳細(xì)地圖的人。
他觀察了黑暗的區(qū)域，他認(rèn)為這些區(qū)域是海洋，由數(shù)百公里長的線性特征連接在一起。他稱后者為“canali”，這個(gè)術(shù)語在技術(shù)上是渠道的意思，但在英語中被翻譯成“運(yùn)河”。
在19世紀(jì)70年代和80年代，斯基亞帕雷利一次又一次地繪制了火星地圖，讓自己相信運(yùn)河系統(tǒng)正在迅速擴(kuò)張——就好像面對(duì)干旱，一個(gè)先進(jìn)的文明正拼命地試圖保護(hù)自己的水源供應(yīng)一樣。
即便是在那個(gè)時(shí)候，斯基亞帕雷利的許多同事也對(duì)此表示懷疑。美國天文學(xué)家戴維?溫特勞布在2018年出版的《火星上的生活》一書中寫道，他們想知道，這些特征是否只是“斯基亞帕雷利的望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)性能不好，或者是他自己腦子里想出來的”。
但斯基亞帕雷利的設(shè)想吸引到了公眾的想象力。其他人甚至認(rèn)為，這顆紅色星球的顏色是由于紅色的植被，就像被日本楓樹覆蓋一樣。1938年，奧森·威爾斯根據(jù)廣播節(jié)目改編的《世界大戰(zhàn)》讓數(shù)十萬聽眾驚慌失措，他們相信，致命的火星“三腳架”即將出現(xiàn)在他們家門口。
1976年，當(dāng)美國宇航局的海盜1號(hào)軌道飛行器提供了火星的第一張清晰照片時(shí)，一張被稱為“火星上的臉”的照片作為證明類人外星人曾經(jīng)在我們的行星鄰居上存在過并創(chuàng)造了偉大的足夠讓古埃及讓蒙羞的遺跡的證據(jù)登上了小報(bào)。
我們現(xiàn)在知道，火星上的臉，就像運(yùn)河一樣，是光和影的把戲。但是，在這個(gè)星球上尋找生命的工作仍在繼續(xù)。軌道飛行器和著陸器已經(jīng)證明，火星曾經(jīng)與地球非常相似，有海洋、湖泊和河流，大氣的密度比現(xiàn)在的薄膜要大得多。
這顆紅色星球最早的紀(jì)元現(xiàn)在被正式命名為“諾契亞紀(jì)”，這個(gè)名稱是為了讓人聯(lián)想到大量的水。
今天，最迫切的問題不是火星是否曾經(jīng)適宜居住——在很久以前的不同時(shí)期，它幾乎肯定是適宜居住的——而是在氣候變得過于寒冷和干燥之前，它是否可能已經(jīng)有了生命。如果是這樣的話，這將成為天體生物學(xué)家所稱的生命“第二種形式”(第一種是我們自己)的證據(jù)。
即使第二種生命形式從未在單細(xì)胞微生物之外出現(xiàn)過，這也意味著在我們的太陽系中至少出現(xiàn)過兩次生命。如果這種情況發(fā)生在這里，那么在天文學(xué)家正在尋找的圍繞遙遠(yuǎn)恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)千顆行星上，這種情況發(fā)生的幾率有多大呢?而且，這些微生物多久會(huì)進(jìn)化成像我們這樣的生物?
在火星上發(fā)現(xiàn)生命的最簡單的方法是，一個(gè)多觸手的東西從一塊巖石后面跳出來，向我們招手:“歡迎，地球人，我在這里!”“第二理想的情況是，探測(cè)器采集土壤樣本，發(fā)現(xiàn)一群蠕動(dòng)的微生物。
但是火星的表面是一個(gè)極其惡劣的環(huán)境，生命的跡象，如果它存在或曾經(jīng)存在過，可能很難探測(cè)到。但這并不意味著沒有更多的好方法來尋找它。
1｜在巖石中尋找結(jié)構(gòu)
在地球上，這意味著化石。歐洲航天局(ESA) ExoMars項(xiàng)目科學(xué)家Jorge Vago說道，這是“恐龍骨頭”?！叭绻憧吹竭@樣的東西，你就知道它是活的?！?/p>
Vago補(bǔ)充道：“但遺憾的是，這并不適用于微生物。你需要一個(gè)電子顯微鏡才能看到它們，而且你不能把它飛到火星上去?！奔词鼓憧梢?，它們是小棒和球體，有各種各樣與生命無關(guān)的過程可以產(chǎn)生棒和球體”。
到目前為止，對(duì)火星的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)一直未能提供生命存在的證據(jù)，無論是現(xiàn)在還是過去。
這正是1984年的問題所在，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們?cè)谀蠘O洲的艾倫山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一塊重達(dá)1.9公斤的隕石:一塊被證明是古代小行星撞擊而從火星表面炸飛的碎片。
當(dāng)電子顯微鏡圖像顯示的棒狀結(jié)構(gòu)很像微生物化石時(shí)，科學(xué)界的興奮之情如此強(qiáng)烈，以至于美國總統(tǒng)比爾?克林頓(Bill Clinton)在白宮的新聞發(fā)布會(huì)上也談到了這個(gè)問題。然后這個(gè)推測(cè)就被推翻了。
“它很快就被證明與火星生命無關(guān)，”美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)的澳大利亞地質(zhì)學(xué)家和天體生物學(xué)家阿比蓋爾·奧爾伍德說。“這既不是陸地上的巖石污染，也不是生物污染?！?/p>
奧爾伍德說，從那以后，人們認(rèn)為艾倫·希爾斯隕石的其他特征有生物起源的特點(diǎn)，但也有人認(rèn)為這些特征可能是地質(zhì)作用的結(jié)果。
問題是，她說，火星隕石只是脫離了它們的地質(zhì)環(huán)境的巖石?！叭绻覀儗?duì)巖石形成的環(huán)境有一些了解，”她補(bǔ)充說，“我們就能確定生物學(xué)或非生物學(xué)假說是否正確。隕石的問題是我們沒有那種環(huán)境?！?/p>
然而，這個(gè)問題不適用于在火星表面工作的探測(cè)車，因?yàn)樗赡苣軌蛱綔y(cè)到整個(gè)微生物群落留下的印跡?！安皇且粋€(gè)微生物，”Vago說，“而是數(shù)十億個(gè)微生物?！?/p>
在地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這樣的巖層，比如在西澳大利亞的皮爾巴拉地區(qū)。在那里，由奧爾伍德領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在34.3億年前的巖石中發(fā)現(xiàn)了疊層石的特征。
Vago認(rèn)為類似的結(jié)構(gòu)可能在火星上被發(fā)現(xiàn)，特別是在那些曾經(jīng)被發(fā)現(xiàn)的區(qū)域。
曾經(jīng)是湖底，靠近噴吐火山灰的火山。他說:“如果有生命的話，火山灰沉降的方式是不同的。如果沒有生命，火山灰就會(huì)沉淀在底部，這些層就會(huì)形成大致水平的地平線?！?/p>
但如果湖底有微生物群落，這些微生物最終可能會(huì)把沉積物顆粒困在類似疊層石的結(jié)構(gòu)中，“這是一種印記，告訴你那里有微生物”。
2|古代巖石中的生物特征
發(fā)現(xiàn)含有與生命有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)幾乎與發(fā)現(xiàn)化石一樣容易。
科學(xué)家們并不是在尋找與我們自身的脂肪、蛋白質(zhì)和DNA相同的化學(xué)物質(zhì)。相反，他們會(huì)尋找火星上任何可能用來替代這些化學(xué)物質(zhì)的殘留物。Vago和他的同事在2017年寫道，這些殘留物可能足夠耐久，可以持續(xù)數(shù)十億年，可能有四個(gè)特征使它們脫穎而出，即使它們與地球生命使用的化學(xué)建筑材料有很大的不同。這些都是:
同手性
許多有機(jī)分子形狀不對(duì)稱，這意味著它們有“左手”和“右手”之分。非生物過程往往產(chǎn)生每種相同數(shù)量。生物過程只產(chǎn)生其中之一。在火星上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，但是探測(cè)到它們的“好奇號(hào)”漫游者并沒有裝備來測(cè)試它們的手性。
分子結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的“聚類”
地球上的生命傾向于建造體積有限的結(jié)構(gòu)。例如，脂質(zhì)傾向于聚集在14到20個(gè)碳的范圍內(nèi)，盡管理論上沒有理由不增加或減少碳的數(shù)量。同樣，我們的DNA和RNA使用的5個(gè)核苷酸堿基(4個(gè)DNA堿基，另一個(gè)RNA堿基)的分子量在112到151之間，而我們用來制造蛋白質(zhì)的氨基酸的分子量在75到204之間?！叭绻惆l(fā)現(xiàn)有化合物的聚集，”Vago說，“這種聚集是一種生物特征?！?/p>
重復(fù)的分子子單元
正如我們所知，生命喜歡把化學(xué)物質(zhì)分解成小塊，一次添加一個(gè)亞基。我們?cè)诘鞍踪|(zhì)和DNA中看到了這種現(xiàn)象，但它也出現(xiàn)在更小的分子中，如脂質(zhì)，它們以雙碳單元組裝——這意味著它們往往有偶數(shù)個(gè)碳(14、16、18等等)。異戊二烯類化合物——包括葉綠素在內(nèi)的精油和色素的成分——以五碳亞基的形式組裝。即使這些化學(xué)物質(zhì)隨著時(shí)間的推移已經(jīng)分解，它們的降解產(chǎn)物仍然保持類似的模式?！俺巧婕暗缴?，否則這種事情是不會(huì)發(fā)生的，”Vago說。
同位素比值
生物過程——至少是我們所知的過程——的運(yùn)作方式往往略有不同，其化合物中含有碳等重要原子的不同同位素。非生物的通常沒有這種偏好。在地球上，最明顯的例子是碳的兩種穩(wěn)定同位素:碳12和碳13，較重的碳13同位素不受歡迎。這種影響并不大，但它是可以測(cè)量的，因此這兩種同位素的比例可以用來確定含碳化合物是否具有生物或非生物起源。它甚至可以用來確定被懷疑是興奮劑欺詐的運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)的類固醇和激素是實(shí)驗(yàn)室合成的還是他們自己身體產(chǎn)生的。在火星上，任何12C/13C比率的變化都是生命活動(dòng)的危險(xiǎn)信號(hào)，而不是地質(zhì)學(xué)。
3|嗅探甲烷
當(dāng)然，未來的漫游者可能會(huì)捕獲活的有機(jī)體，而不是包含在古代巖石中的降解的化學(xué)物質(zhì)。但這不是問題，Vago說?！叭绻阌幸粋€(gè)有效載荷，用來探測(cè)過去生命中更具挑戰(zhàn)性的跡象;如果你拿起一個(gè)含有活微生物的樣本，去檢測(cè)這些微生物的化學(xué)成分簡直是小菜一碟?！?/p>
但另一種尋找生命跡象的方法是測(cè)試火星大氣中的甲烷含量。在地球上，甲烷主要是由生物活動(dòng)產(chǎn)生的，從牛屁到分解植物。但它也是由地質(zhì)過程產(chǎn)生的，比如水與一種叫做橄欖石的礦物的相互作用，這種過程叫做蛇形作用，因?yàn)樗a(chǎn)生一種被稱為蛇形的綠色巖石。
2004年，歐空局的火星快車軌道器在地球的不同地方探測(cè)到甲烷的蹤跡，但噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家克里斯·韋伯斯特說，這令人沮喪，因?yàn)槊恳粋€(gè)都是一次性的事件，沒有可識(shí)別的模式。
然后在2018年,韋伯斯特報(bào)道,六個(gè)地球年的測(cè)量由好奇號(hào)火星(三火星年)發(fā)現(xiàn)大氣中的甲烷含量,在夏季達(dá)到頂峰,在秋季和冬季——這可能會(huì)也可能不會(huì)顯示產(chǎn)甲烷微生物的存在，產(chǎn)甲烷微生物在溫暖的天氣醒來,然后再進(jìn)入冬眠?！斑@是我們第一次在甲烷的故事中看到可重復(fù)的東西，”韋伯斯特說，“但我們不知道它是來自巖石化學(xué)還是微生物?！?/p>
美中不足的是還有一點(diǎn)。幾個(gè)月后，在華盛頓特區(qū)舉行的2018年美國地球物理聯(lián)盟年會(huì)上，Vago的團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，自2016年以來一直環(huán)繞火星運(yùn)行的歐洲航天局(ESA)微量氣體軌道飛行器(Trace Gas Orbiter)，一直無法在火星大氣的任何地方發(fā)現(xiàn)可測(cè)量的甲烷含量。這并不意味著不能像在蓋爾環(huán)形山觀測(cè)到的“好奇號(hào)”那樣局部噴發(fā)，但它確實(shí)提出了一個(gè)問題，即它們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)的重要性如何。
4|挖吧，寶貝，挖吧
科學(xué)家們一致認(rèn)為，如果火星上有甲烷，那很可能是由于微生物活動(dòng)的季節(jié)性變化，或者更有可能是由于火星表面允許氣體從地下逸出的能力的季節(jié)性變化。
我們還知道，由于大氣層太薄，無法阻擋強(qiáng)烈的輻射和高氯酸鹽等高水平的氧化化學(xué)物質(zhì)，火星表面極其荒涼?！拔覀冇?高氯酸鹽)消毒，”來自加拿大安大略省約克大學(xué)的行星科學(xué)家John Moores說。
推薦
我們需要的是深入到地表以下，遠(yuǎn)離有害的輻射和氧化劑。美國宇航局于2018年11月26日著陸的“洞察號(hào)”著陸器，將通過監(jiān)聽火星地震的地震回聲來啟動(dòng)探測(cè)過程。但這一結(jié)果將主要引起地球物理學(xué)家的興趣。Stamenkovi?(JPL的行星科學(xué)家和物理學(xué)家）表示,下一步,噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)是使用遙感尋找可能有水的地方,然后鉆深。
這聽起來像是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但它實(shí)際上并不需要把成噸的建筑材料運(yùn)到火星，并建立一個(gè)類似于石油井架的東西。Stamenkovi?說,相反,它可以用一個(gè)叫做有線鉆的東西來完成。他說:“只要有電線，你就可以挖足夠深?！薄坝行╇娋€一公里不到一公斤重。他和同事們今年1月在《自然天文學(xué)》(Nature Astronomy)雜志上撰文稱，通過壓縮火星大氣中的二氧化碳，用它代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆井液將物質(zhì)沖回地表，也可以減輕重量。
下面會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，誰也說不準(zhǔn)。但是在2018年的一篇論文在《地理科學(xué)》另一個(gè)Stamenkovi?領(lǐng)導(dǎo)的研究小組認(rèn)為,我們可能會(huì)鉆到一個(gè)地區(qū)能夠支持不僅產(chǎn)甲烷細(xì)菌,而且能夠?qū)崿F(xiàn)有氧生活。
目前,氧氣是只占火星大氣的0.145%(相對(duì)于地球上21%的),但是在溫度和壓力條件下只發(fā)生在地表附近,Stamenkovi?的小組總結(jié)道：,令人吃驚的是，大量的水可能會(huì)溶解在火星的鹽水中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過維系像地球海綿一樣復(fù)雜的需氧生物所需。
并不是說這些生物只需要氧氣。西雅圖華盛頓大學(xué)的行星科學(xué)家David Catling說:“有氧生活還有許多其他要求?！钡牵缃衲抢锟赡苡凶銐虻难鯕鈦砭S持一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，這一想法仍然令人興奮。
5|的古代空氣痕跡
不管你是在尋找現(xiàn)在的生命還是早已消失的生命跡象，一個(gè)主要的問題是，火星的大氣是否曾經(jīng)厚到足以使星球有足夠的熱量來形成。
有大量的地質(zhì)證據(jù)表明火星曾經(jīng)溫暖到有液態(tài)水。但這是在很長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，還是在時(shí)斷時(shí)續(xù)的時(shí)期內(nèi)發(fā)生的呢?摩爾斯說，這是一個(gè)懸而未決的問題。
進(jìn)入火星大氣與揮發(fā)性演化(MAVEN)，這是一艘NASA的航天器，自2014年以來一直環(huán)繞火星運(yùn)行，研究火星大氣如何與星際空間相互作用?！拔覀円呀?jīng)能夠確定大部分已經(jīng)丟失了，”它的首席研究員，科羅拉多大學(xué)大氣和空間物理實(shí)驗(yàn)室的Bruce Jakosky說。
這聽起來像是一開始大氣層很厚的證據(jù)，可能需要一段時(shí)間才能被侵蝕到足以使地球進(jìn)入深度凍結(jié)狀態(tài)。但事實(shí)未必如此。火星大氣可能有時(shí)厚，有時(shí)薄，產(chǎn)生摩爾建議的間歇增溫和降溫的類型。
“把它想象成你錢包里的錢，”Jakosky說?！澳憧梢曰ê芏噱X，但這并不決定你在任何時(shí)候擁有的是少還是多。你可能會(huì)不斷地從自動(dòng)取款機(jī)上取錢，而且每次只取幾美元。“這一差異可能是至關(guān)重要的，它決定了地球是否曾經(jīng)足夠溫暖，是否曾經(jīng)有足夠長的時(shí)間讓生命有一個(gè)現(xiàn)實(shí)的機(jī)會(huì)開始?！?/p>
6|選擇正確的地方看
美國宇航局的下一個(gè)任務(wù)，火星2020探測(cè)器，將前往一個(gè)45公里寬被稱為Jezero隕石坑的盆地。之所以選擇這里，是因?yàn)檫@里曾經(jīng)有一個(gè)湖泊，一條河流從周圍的高地流入，形成了一個(gè)巨大的三角洲。“三角洲非常擅長保護(hù)生物特征,[他們]生命的證據(jù)可能存在于湖水中,或在湖沉積物和水之間的間隙中,或者,可能東西被沉積在河邊和三角洲,”項(xiàng)目科學(xué)家肯·法利在2018年晚些時(shí)候的新聞發(fā)布會(huì)上說。
但是像Jezero三角洲這樣的地方并不是唯一可能保存生命跡象的地方。新南威爾士大學(xué)澳大利亞天體生物學(xué)中心主任Martin van Kranendonk認(rèn)為，在生命起源的地方尋找生命跡象也是可能的。
科學(xué)家們?cè)?jīng)認(rèn)為這些地方可能是海底熱液噴口，在那里重要的化學(xué)物質(zhì)從地殼深處噴發(fā)出來。但是，目前的理論認(rèn)為，像美國黃石國家公園的溫泉池可能是更好的選擇，因?yàn)?，不管海底噴口可能?huì)釋放出多少有趣的化學(xué)物質(zhì)，它們沒有多少時(shí)間來形成更復(fù)雜的前生物制劑?！八鼈兙瓦@樣消散并消失了，”van Kranendonk說。
另一方面，溫泉池不存在這樣的問題。他們也會(huì)經(jīng)歷波動(dòng)的水位，從而產(chǎn)生變化的濕循環(huán)和干循環(huán)——實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明，這正是使小分子連接成更大的鏈所需要的?！八鼈兪菑?fù)雜的機(jī)器，”van Kranendonk說。
這些溫泉也會(huì)產(chǎn)生二氧化硅，被van Kranendonk稱為“地質(zhì)世界的埃及墳?zāi)埂?。它完美地保存了特征，包括生命的跡象”。
此外，它們已知存在于火星上，因?yàn)樵?007年，美國宇航局的勇氣號(hào)火星車在古謝夫隕石坑的哥倫比亞丘陵地區(qū)的一個(gè)叫做“本版”的地方發(fā)現(xiàn)了它們的殘骸?！拔覀冋J(rèn)為另一種生命形式很可能在火星上出現(xiàn)，因?yàn)樗鼡碛鞋F(xiàn)在被認(rèn)為是地球上的配方的正確成分，”van Kranendonk說。
那么火星上是否存在另一種生命形式呢?目前唯一的證據(jù)就是我們還沒有找到它。
如果生命仍然存在，那么它很可能已經(jīng)深埋到地下，以至于我們迄今為止使用的軌道儀器和探測(cè)車都無法觀測(cè)到。但這并不意味著它不存在。到目前為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)任何古代生命的真實(shí)特征，這一事實(shí)也不能提供它不存在的證據(jù)。即使在地球上，古代生命的痕跡也是罕見而分散的。
如果有一天我們發(fā)現(xiàn)了這樣的痕跡，科學(xué)的口頭禪之一就是非凡的主張需要非凡的證據(jù)。以火星上的生命為例，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的奧爾伍德說，這意味著“你能想到的每一個(gè)生物學(xué)假說”都必須先被排除，然后才能被接受。沒有“如果”、“但是”或“可能”?；鹦巧嫌猩淖C據(jù)需要絕對(duì)的證據(jù)。
這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但奧爾伍德認(rèn)為并非不可能?！拔艺J(rèn)為，如果生命存在，證據(jù)就會(huì)存在，”她說?！瓣P(guān)鍵是我們能把工作做得多好?！?/p>
作者: Richard A. Lovett
FY: COKEDAYTOY
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