火星生命| 張晉瑜 陳宏毅

火星早期有生命活動嗎？

目前還沒有答案

1996年，美國的科學家在《Science》上報道稱，南極洲發(fā)現(xiàn)的一塊火星隕石ALH 84001中發(fā)現(xiàn)了疑似地球細菌的化石，一石激起千層浪，從此，圍繞火星生命的探索和討論長盛不衰。近日，《Science》的另一篇報道稱，研究表明火星隕石ALH 84001無法證明火星有過生命活動。

究竟火星早期是否有過生命活動呢？目前仍然是未解之謎。火星早期曾經(jīng)擁有廣闊的水體已經(jīng)是不爭的事實，目前火星上遍布的沉積巖就是最好的證明。

火星表面廣泛分布的沉積巖

（好奇號火星車拍攝，據(jù)NASA）

即使過去了幾十億年的今天，火星淺表層依舊可能有液態(tài)水的活動。按照地球生命誕生和演化的邏輯，水是生命誕生的必要條件，但有了水不等于有了生命。

現(xiàn)今火星淺表層存在季節(jié)性流水的證據(jù)（據(jù)NASA）

在火星南部中緯度的一處山坡，暗色的線條（紅色箭頭所示）每到夏季就會增長，夏季過后的秋季會衰退，被認為是季節(jié)性流水的證據(jù).

火星表層水體藝術構想圖（據(jù)sustainable.media）

如果能把火星不同時期的沉積巖標本采集返回地球，按照我們對地球化石的認知，絕大多數(shù)化石均產(chǎn)于沉積巖中，那么火星早期是否存在過生命的謎底才能最終揭開。

一、（ALH 84001）最古老的火星巖石之一

火星隕石ALH 84001形成于火星的諾亞期，巖漿結晶年齡約為40.9億年，主要由硅酸鹽礦物——斜方輝石組成，同時也包括有與火星39億年前早期水過程有關的碳酸鹽小球。在ALH 84001早期的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了有機碳和含氮有機化合物等地球生命存在的前提物質。

ALH 84001火星隕石（據(jù)NASA）

ALH 84001 隕石中卵形和拉長形的碳酸巖小球

（據(jù)David et al., 1996）

火星濕潤的早期，在ALH 84001隕石母體附近至少有兩次撞擊事件發(fā)生，撞擊使它周圍地表溫度升高，然后數(shù)百萬年前第三次撞擊將其從紅色星球上濺射至太空。在太空漂流數(shù)百萬年后，隕石于數(shù)千年前降落在南極洲的冰原上，最終在1984年在南極洲橫貫南極山脈艾倫山（Allan Hills）周邊被發(fā)現(xiàn)，因此最終被命名為Allan Hills 84001。作為已知最古老的火星巖石之一，ALH 84001是一個觀察早期行星演化過程的窗口，而這些早期行星演化過程也可能在早期地球上發(fā)生。

1996年8月7日，休斯頓約翰遜航天中心實驗室的一名科學家手中拿著一塊標有ALH 84001的隕石，團隊宣布其中有機化合物可能是生物留下的，因此這塊火星隕石中有古老的火星生命證據(jù)，消息引起了巨大轟動。但是也有科學家對此持懷疑態(tài)度，從而引發(fā)了研究人員幾十年來不斷地研究。

ALHA 84001隕石在掃描電子顯微鏡下的碳酸鹽小球被認為是生命活動的痕跡（據(jù)NASA）

二、（SCIENCE）最新研究發(fā)現(xiàn)

最近，由卡內基研究所的Andrew Steele領導的一組科學家于2022年1月13日在《Science》雜志上公布了他們的發(fā)現(xiàn)，二十多年前引起巨大轟動的火星隕石ALH 84001并沒有證據(jù)表明火星上有古老的原始生命。Steele說：“隕石的微區(qū)樣本表明，富含碳化合物實際上是水反應的結果，很可能是由于含鹽的水，或鹽水長時間流過巖石之后形成的。”

最近研究表明，ALH 84001不能提供火星生命證據(jù)

研究人員認為當巖石還在火星上時，地下水穿過巖石的裂縫，水和巖石相互作用，形成了現(xiàn)在存在的微小碳酸巖小球，并且同樣的事情過去和現(xiàn)在都在地球上發(fā)生著。水—巖相互作用與行星宜居性相關，也影響礦物多樣性和有機分子的產(chǎn)生。他們研究了火星隕石ALH 84001中的碳酸鹽和硅酸鹽，使用原位納米級分析來表征早期火星上的水—巖反應的性質，發(fā)現(xiàn)了與由礦物碳酸巖化和蛇紋石化反應形成的復雜難熔有機材料的礦物組合。有機分子與納米相磁鐵礦共存，它們都是在火星諾亞晚期（39—41億年前）上的水—巖相互作用過程中原位形成的。

早期火星上進行著兩種可能截然不同的非生物有機合成機制。蛇紋石化是一種非生物有機合成機制，玄武質巖石與含水流體反應，產(chǎn)生蛇紋石礦物、磁鐵礦和氫。然后，該反應中產(chǎn)生的氫氣可用于將含水二氧化碳還原為甲烷、一氧化碳和其它有機物，如甲酸和甲醛。一氧化碳和氫氣也可以通過費—托反應（Fischer–Tropsch–type reactions）生成烷烴和其它有機分子，包括含氮有機物。在ALH 84001中，有機物與磁鐵礦在兩種不同的礦物組合中共存，部分樣品中，磁鐵礦與類似于滑石的礦物相共存，表明火星蛇紋石化反應是形成觀察到的有機化合物的原因。與之相對應的，在樣品的另外一些區(qū)域中僅在含有無定形二氧化硅、碳酸鹽和有機碳的區(qū)域內存在磁鐵礦，表明火星礦物碳酸巖化反應也是有機物形成的原因。

該研究表明火星早期巖石中會發(fā)生蛇紋石化和碳酸巖化反應，即含二氧化碳和水的流體與鎂鐵質巖漿巖礦物組合發(fā)生含水蝕變，形成蛇紋石、碳酸巖和磁鐵礦，以及有機物。ALH 84001隕石中的有機合成以類似于地球巖石蛇紋石化的方式進行，從含二氧化碳和水的流體中中產(chǎn)生芳香族、脂族、羰基、羧基和碳酸鹽類物質?；鹦窃谄溲莼瘹v史中的大部分時間里都有非生物有機合成反應，也可以用來解釋火星大氣中甲烷的存在。

中國天問一號著陸點位于火星北方的烏托邦平原，原來為大型撞擊坑，后來被火山熔巖和沉積巖覆蓋

但兩位參與最初研究的科學家對這個最新發(fā)現(xiàn)提出了異議，并稱其“令人失望”。在一封共享的電子郵件中，表示他們堅持1996年的觀察結果。美國休斯頓宇航局約翰遜航天中心的天體材料研究人員Kathie和Simon寫道：“雖然現(xiàn)在的數(shù)據(jù)逐漸增加了我們對該隕石的了解，但這種解釋并不新鮮，也沒有得到相關研究的支持?！彼麄冄a充說，未經(jīng)證實的推測對解決關于隕石中“有機物質”起源的難題沒有任何幫助。

論文作者Steele肯定了最初研究人員的觀測數(shù)據(jù)，并指出他們提出的生命痕跡假設在當時“是一個合理的解釋”。他通過對斜方輝石、有機碳和納米相磁鐵礦的共生以及蝕變礦物組合的觀察，得出發(fā)生在諾亞晚期的蛇紋石化和碳酸巖化反應是內源性火星有機碳來源的結論是一項非常令人興奮的發(fā)現(xiàn)，而不是一項推翻“原始前提”的研究。

Steel在一封電子郵件中說，這一發(fā)現(xiàn)“極大地幫助我們了解生命是如何在行星上誕生的，也有助于完善我們在火星、土衛(wèi)二和木衛(wèi)二上其他地方尋找生命所需的技術?！盨teel認為，證明火星是否曾經(jīng)或仍然有微生物生命的唯一方法是將樣本帶到地球進行分析。

三、（IN THE FUTURE）天問一號：遠瞻未來

紅色火星過去是否有生命存在過？如今的干燥氣候是如何形成的？能否改造為人類在太陽系中的第二個地球家園？多個國家的研究團隊積極參與其中，2020年中國發(fā)射了天問一號火星探測器，目前正在火星上積極開展工作，讓我們拭目以待吧。

火星表面形貌（據(jù)中國國家航天局）

中國“祝融號”火星車到達火星表面后拍攝的第一幅火星地形地貌影像圖，可見近處表面較平坦，分布有大小不同的石塊，多數(shù)顏色較淺、呈半掩埋狀，較遠處有一環(huán)形坑，環(huán)形坑邊緣分布有顏色較深、棱角分明的石塊，更遠處是幾處沙丘。

相關參考文獻：

· Steele, A. et al., Organic synthesis associated with serpentinization and carbonation on early Mars. Science, 2022.7, 375 (6577), 172-177. DOI: 10.1126/science.abg7905.

· Beard, B. L.et al., Pre-4.0 billion year weathering on Mars constrained by Rb–Sr geochronology on meteorite ALH 84001. Earth and Planetary Science Letters, 2013, 361, 173–182. DOI: 10.1016/j.epsl.2012.10.021.

· David, S. M. et al., Search for Past Life on Mars: Possible Relic Biogenic Activity in Martian Meteorite ALH84001. Science, 1996, 273 (16), 924-930. DOI: 10.1126/science.273.5277.924.

作者|張晉瑜 陳宏毅