出品：科普中國(guó)

作者：馬小軍

(資料圖)

自1970年代啟動(dòng)“維京”任務(wù)以來(lái)，人類一直在不斷嘗試尋找火星上的生命跡象。然而，半個(gè)世紀(jì)后，盡管各國(guó)的火星探測(cè)項(xiàng)目不斷努力，但僅在火星上發(fā)現(xiàn)了含量極低的簡(jiǎn)單有機(jī)分子。想要斷言火星生命的確存在，這些證據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。上周，一項(xiàng)發(fā)表在《自然——通訊》上的最新研究顯示，**搭載于火星車上的檢測(cè)設(shè)備能力的限制，很可能是阻礙人們尋找火星生命證據(jù)的瓶頸。**換句大白話講，沒發(fā)現(xiàn)不意味著火星上沒有生命，還可能是探測(cè)設(shè)備不夠給力。

羅塞塔探測(cè)器拍攝的火星照片

（圖片來(lái)源：ESA & MPS for OSIRIS Team）

火星——地球的姐妹行星

火星是太陽(yáng)系內(nèi)第四顆行星，也是第二小的行星，很多方面與地球非常相似。雖然火星上的平均溫度為-63℃，但某些季節(jié)的局部溫度卻可高達(dá)20-35℃，已經(jīng)進(jìn)入了人類生存的宜居范圍。這顆紅色的星球存在以二氧化碳為主的大氣層，不過(guò)非常稀薄，氣壓只有地球的1%。此外，火星儲(chǔ)存著大量的固態(tài)水資源，這也讓它成為未來(lái)人類移民的希望之地。諸多研究結(jié)論顯示，火星可能存在或者曾經(jīng)存在微生物一類的低等生命形式，這也是全球各國(guó)熱衷于探索火星的重要原因之一。

地球與火星的大小比較

（圖片來(lái)源：維基百科）

人類在過(guò)去幾十年中進(jìn)行了多次火星探測(cè)任務(wù)，包括環(huán)繞、飛越、登陸等。探測(cè)火星上是否存在生命正是這些任務(wù)的核心使命之一。人類發(fā)射的探測(cè)器可以對(duì)火星的地表、大氣、地下和水文系統(tǒng)等進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)和分析，以探索火星是否具有生命存在的條件或生命存在的證據(jù)。它們搭載的生命探測(cè)儀主要基于以下幾種原理。

歷次火星探測(cè)任務(wù)著陸點(diǎn)的相對(duì)位置

（圖片來(lái)源：維基百科）

第一，表面成分探測(cè)，如祝融號(hào)上搭載的相關(guān)設(shè)備就能夠分析火星表面的元素、礦物和巖石類型，為判斷火星是否適合生命提供依據(jù)；第二，大氣成分探測(cè)，如Maven號(hào)攜帶的太陽(yáng)風(fēng)離子分析儀等儀器，能夠觀測(cè)火星大氣受太陽(yáng)的影響，從而探索它們與生命活動(dòng)的可能關(guān)系。第三，有機(jī)物探測(cè)，如好奇號(hào)和毅力號(hào)，它們攜帶的儀器，除了能夠檢測(cè)礦物質(zhì)，還能夠發(fā)現(xiàn)有機(jī)物存在的證據(jù)。

祝融號(hào)火星車與著陸器在火星表面的合照，由其釋放的一臺(tái)分離式相機(jī)拍攝

（圖片來(lái)源：中國(guó)新聞社）

實(shí)際上，火星探測(cè)器都會(huì)同時(shí)搭載多種探測(cè)設(shè)備，以毅力號(hào)為例，它攜帶的探測(cè)設(shè)備就非常的豐富多樣。

Mastcam-Z：位于桅桿上的變焦全景相機(jī)，能夠產(chǎn)生高清晰的全景和立體圖像；

MEDA：一套微型氣象站，能夠測(cè)量溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、壓力、濕度和塵埃粒子；

MOXIE：試驗(yàn)性的儀器，能夠利用二氧化碳從火星大氣中提取氧氣；

PIXL：X射線熒光光譜儀，能夠分析巖石和土壤的化學(xué)成分；

RIMFAX：地質(zhì)雷達(dá)，能夠探測(cè)地下的結(jié)構(gòu)和層次；

SHERLOC：激光成像系統(tǒng)，能夠檢測(cè)有機(jī)物質(zhì)和礦物質(zhì)；

SuperCam：多功能儀器，能夠使用激光、紅外線和聲波來(lái)分析巖石和土壤。

毅力號(hào)火星車上的各種科學(xué)載荷

（圖片來(lái)源：NASA）

那么，這些設(shè)備的具體原理是怎樣的呢？我們以好奇號(hào)上的火星樣本分析儀（SAM）為例進(jìn)行說(shuō)明。SAM是一種用來(lái)檢測(cè)火星土壤和巖石中有機(jī)物和其他化學(xué)成分的儀器。它的原理是使用一個(gè)微型爐子對(duì)樣品進(jìn)行加熱，并對(duì)其釋放出來(lái)的氣體進(jìn)行質(zhì)譜、氣相色譜和激光分光等分析。這些分析可以用非常高的精度確定出巖石樣品中含有的成分以及它們的存在形態(tài)，例如是否含鐵？鐵的存在形式是單質(zhì)還是化合物？是氧化亞鐵還是四氧化三鐵？等等。

火星樣本分析儀SAM

（圖片來(lái)源：NASA）

假如火星存在或者曾經(jīng)存在碳基生命，那么它們的機(jī)體、尸體等遺留物以及生命活動(dòng)中向外界釋放的各種物質(zhì)都將留下有機(jī)物痕跡。我們便可以根據(jù)這些有機(jī)物分子來(lái)探尋生命存在的可能性。

火星上甲烷的可能產(chǎn)生途徑，微生物正是其中之一

（圖片來(lái)源：NASA）

很好但是不完美，探索火星生命還是得靠地球?qū)嶒?yàn)室？

從探索化學(xué)成分的角度來(lái)看，這類設(shè)備已經(jīng)足夠能讓我們了解火星土壤和巖石的性質(zhì)了。不過(guò)，在探索生命方面，類似設(shè)備的有效性還是遭到了科學(xué)家們的質(zhì)疑。

由于除了隕石，人類至今沒能獲得真正的火星巖石樣本，所以在地球上對(duì)火星生命進(jìn)行研究暫時(shí)不可行。在本次最新研究中，科學(xué)家們測(cè)試了一系列來(lái)自于地球的樣本。不過(guò)這些樣本可不是我們身邊隨處可見的巖石火山土壤，它們來(lái)自一處極為荒涼的秘境——位于南美洲西岸中部的阿塔卡馬沙漠。

毅力號(hào)采集到的一塊火星巖石標(biāo)本

（圖片來(lái)源：NASA）

在這里，科學(xué)家們從一處名為紅石（Red Stone）的地方，采集到了非常理想的研究對(duì)象。紅石位于阿塔卡馬沙漠中，巖層富含赤鐵礦和泥巖，其中含有蛭石和蒙托石等粘土礦物，因此在地質(zhì)上類似于火星，甚至它的名字紅石，都和火星有著強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)。最妙的是，紅石形成于1-1.6億年之前的極度干旱條件下，與毅力號(hào)在火星主要研究的耶澤羅隕擊坑具有非常類似的地質(zhì)學(xué)特征。從論文作者們同時(shí)發(fā)布的視頻來(lái)看，紅石的地貌簡(jiǎn)直就是火星的翻版。

紅石

（圖片來(lái)源：Armando Azua-Bustos/攝）

除了利用與火星探測(cè)設(shè)備類似的巖石成分分析方法，科學(xué)家們還用多種生物化學(xué)的分析手段對(duì)來(lái)自紅石的樣品進(jìn)行了測(cè)試。這些技術(shù)可以直接提取，或者通過(guò)培養(yǎng)再提取出巖石樣本中的微生物遺傳物質(zhì)，如DNA和RNA等。在對(duì)這些遺傳物質(zhì)片段進(jìn)行演化學(xué)分析后，還能確定這些微生物樣本和已知微生物之間的關(guān)系。

令科學(xué)家們頗為意外的是，紅石樣品中存在大量微生物，這些微生物的遺傳物質(zhì)具有現(xiàn)存和古代微生物的混合特征。并且，這些微生物遺傳物質(zhì)中的大部分從未被人類所認(rèn)識(shí)和描述?？赡苁鞘艿搅擞钪嬷袝簳r(shí)無(wú)法被觀測(cè)的“暗物質(zhì)”的啟發(fā)，科學(xué)家們將這類微生物稱之為“暗微生物群落”。

雖然在地球上沒法找到與火星探測(cè)器上一模一樣的分析設(shè)備，科學(xué)家們還是用類似于好奇號(hào)上SAM的設(shè)備，對(duì)紅石樣品進(jìn)行了生命痕跡的探測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然類似SAM的儀器可以很好地獲得紅石樣品的礦物組成，但是并不能發(fā)現(xiàn)樣品中含量非常微小的微生物有機(jī)物質(zhì)，更不用說(shuō)具有決定性證據(jù)意義的遺傳物質(zhì)了。

火星上的耶澤羅隕擊坑照片

（圖片來(lái)源：NASA）

所以，科學(xué)家們斷言，目前火星探測(cè)器所搭載的儀器和技術(shù)，很難，甚至不可能檢出火星巖石中含量相似的有機(jī)物，更不可能將微生物具體的遺傳物質(zhì)片段破解出來(lái)。總而言之一句話，想要弄清火星存在生命與否，還是要把樣品帶回地球。畢竟，各國(guó)的火星探測(cè)器再先進(jìn)，其搭載的設(shè)備機(jī)能也不可能和地球上實(shí)驗(yàn)室中的各種大型設(shè)備相媲美。而且，想要把尖端設(shè)備做到小型化、高可靠性、長(zhǎng)壽命、無(wú)維護(hù)，性能上的妥協(xié)自然無(wú)可避免。同時(shí)，在火星探測(cè)設(shè)備上也很難進(jìn)行微生物的培養(yǎng)，而正是培養(yǎng)帶來(lái)的遺傳物質(zhì)擴(kuò)增，才使得檢出變得更加容易。

不過(guò)，理想豐滿，現(xiàn)實(shí)骨感。雖說(shuō)人類已經(jīng)從月球獲得了大量的月壤樣品，但火星上的土壤和巖石卻一直入手無(wú)方。畢竟和月球相比，火星距離遙遠(yuǎn)，飛行器前往火星時(shí)就要經(jīng)歷千難萬(wàn)阻，回程起飛時(shí)還要克服比月球更大的引力和大氣阻力，所以人類至今尚未達(dá)成這一目標(biāo)。不過(guò)，在2030年前后，中國(guó)和美國(guó)以及歐洲都有從火星帶回“火壤”的計(jì)劃，屆時(shí)，我們可能就有機(jī)會(huì)確定火星生命是否存在了。

毅力號(hào)火星車采集的火壤樣本位置，它們將在未來(lái)被后續(xù)探測(cè)器帶回地球

（圖片來(lái)源：NASA）

參考文獻(xiàn)：

[1] 探測(cè)火星生命有何挑戰(zhàn)？國(guó)際研究稱當(dāng)前部署科學(xué)儀器靈敏度不夠

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1758537162727420797&wfr=spider&for=pc

[2] Dark microbiome and extremely low organics in Atacama fossil delta unveil Mars life detection limits

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36172-1

標(biāo)簽：