來自火星的生命痕跡 火星隕石25%細(xì)菌形成

　　2009年11月30日，美國宇航局(NASA)發(fā)布消息稱，利用高分辨率電子顯微鏡對(duì)火星隕石“艾倫—希爾斯84001”做出的最新分析顯示，這塊隕石晶體結(jié)構(gòu)中的大約25%確實(shí)是由細(xì)菌形成的。這一最新結(jié)論提供了迄今為止火星曾存在生命的最有力證據(jù)。“來自火星的生命痕跡”又一次引起了全世界的關(guān)注。

　　為什么關(guān)注火星

　　科學(xué)家們一直認(rèn)為，生命的起源跟演化是宇宙中的普遍現(xiàn)象，浩瀚宇宙中不應(yīng)該僅有孤單的地球生命存在。帶著開展不同生命和文明的比較學(xué)習(xí)、研究生命起源等渴望，科學(xué)家們一直在孜孜不倦地尋找著地外生命，而火星就是那個(gè)最有可能發(fā)現(xiàn)它們的地方。

　　1976年，美國宇航局的“海盜1”號(hào)和“海盜2”號(hào)探測器成功著陸火星，但卻沒有發(fā)現(xiàn)任何有機(jī)化合物和生命的跡象，這給期望找到“火星人”的科學(xué)家們潑了一瓢冷水，人類探索火星的熱情頓時(shí)減弱不少。而其后近20年時(shí)間里，美國沒有再發(fā)射新的火星探測器。直到1996年，NASA宣布在來自于火星的隕石“艾倫—希爾斯84001”中發(fā)現(xiàn)含有火星細(xì)菌化石的證據(jù)，火星生命才又一次引起人們的興趣。時(shí)任美國總統(tǒng)的克林頓甚至在一次演講中說：“它(隕石)說明可能有火星生命的存在。如果這個(gè)發(fā)現(xiàn)最終被證明是真實(shí)的，這將會(huì)是人類對(duì)宇宙最輝煌的發(fā)現(xiàn)。”

　　盡管存在爭議，這個(gè)唯一的地外生命痕跡仍激起了人們的無限遐想，科學(xué)家的目光也都匯集到了這個(gè)遙遠(yuǎn)的星球上。不過就人類目前的認(rèn)識(shí)水平而言，有機(jī)物和水構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)細(xì)胞組成的一類具有穩(wěn)定的物質(zhì)和能量代謝現(xiàn)象、能回應(yīng)刺激、能進(jìn)行自我復(fù)制(繁殖)的半開放物質(zhì)系統(tǒng)才能稱之為生命。換句話說，鑒別火星生命只能通過類比地球生命的方式提出，因?yàn)檫@是我們知道的唯一的生命形式。而在人類目前探測能力范圍內(nèi)，也的確只有火星的條件與地球最為接近。

　　火星是距離地球最近的行星，在橢圓軌道上繞日公轉(zhuǎn)。火星公轉(zhuǎn)一周相當(dāng)于地球的兩年，自轉(zhuǎn)一周和地球一晝夜差不多。火星和地球一樣是硅酸鹽星球，內(nèi)部也有核、幔、殼的結(jié)構(gòu)。火星兩極被二氧化碳組成的白色冰帽覆蓋。火星上還有大氣圈，水圈和一年四季的氣候變化。盡管火星氣壓僅為地球的1%，大氣也比地球的稀薄，且其中95.3%是二氧化碳，但其中還是有氮?dú)夂蛿?shù)量極少的氧和水汽的存在。

　　科學(xué)家們認(rèn)為，早期的火星有著可供生命開始的條件和材料。即使到了今天，火星上有的地方仍是“可生存”的。根據(jù)登陸火星的探測器搜集到的資料，科學(xué)家們認(rèn)為，火星在過去是富水的、溫暖的和潮濕的，并有厚厚的大氣圈，具有可能維持生命的環(huán)境。火星大氣中還發(fā)現(xiàn)了氮?dú)猓�這對(duì)生物的形成也有重要意義。關(guān)于火星峽谷的照片也表明曾有大量的水侵蝕火星表面。近年來科學(xué)家們甚至在火星上發(fā)現(xiàn)了固態(tài)的水。水是生命之源，它不僅是生命化學(xué)反應(yīng)必備的一個(gè)要素，更是傳送營養(yǎng)、排泄廢料必要通道。有固態(tài)的水，就有可能找到液態(tài)水，進(jìn)而就有希望找到適合于生命存在的環(huán)境。

　　如何確認(rèn)隕石來自火星

　　引起全世界極大興趣的火星隕石“艾倫—希爾斯84001”是美國宇航局、美國國家科學(xué)基金會(huì)和史密森學(xué)會(huì)聯(lián)合組成的南極隕石搜尋計(jì)劃(ANSMET)小組于1984年12月27日在南極洲艾倫丘陵中發(fā)現(xiàn)的。讓很多人迷惑不解的是，為什么科學(xué)家們能確認(rèn)這塊隕石來自火星？它是如何從火星上飛到地球的？科學(xué)家們對(duì)此有什么樣的證據(jù)？要解釋這些問題，得從隕石的形成開始。

　　太陽系中有無數(shù)的大小不等的流星體繞太陽以橢圓軌道運(yùn)行，而其他天體的攝動(dòng)或各天體間的碰撞會(huì)改變流星體的運(yùn)行軌道。當(dāng)流星體與地球相遇時(shí)，有可能穿越地球大氣層隕落到地面，其殘存物質(zhì)便是隕石。隕石大多數(shù)與地球巖石一樣，基本由礦物組成。不過隕石含有的礦物質(zhì)中有一些非常獨(dú)特，在地球巖石中從未發(fā)現(xiàn)。除月球樣品和宇宙塵外，隕石是目前可供直接研究的主要地球外物質(zhì)，可提供大量的宇宙信息。

　　地球上大部分的隕石都是由小行星帶飛越而來的，科學(xué)家們可以通過追蹤化學(xué)元素等多種方法來追根溯源。由于目前人類已經(jīng)對(duì)月球和火星有了一定的了解，取回了月巖的樣品，也發(fā)射探測器登陸過火星等等，所以通過對(duì)比分析等方法可以確認(rèn)其中極少數(shù)隕石來自于月球或者火星。

　　對(duì)于火星隕石的確認(rèn)始于1983年，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)有一類隕石的化學(xué)同位素和巖石學(xué)的特性符合當(dāng)時(shí)可以參考的火星資料，據(jù)此推斷這類隕石來自于火星。后來，科學(xué)家們又分析了這類隕石中惰性氣體的同位素濃度，確認(rèn)它們與登陸火星的海盜號(hào)探測器觀測到的火星大氣中惰性氣體的濃度一致。到了2000年，科學(xué)家們?cè)俅螌?duì)比分析所有已知參數(shù)，又一次證實(shí)了這一結(jié)論。

　　至于隕石是如何從火星進(jìn)入太空的，科學(xué)家們認(rèn)為，這可能是小行星等天體撞擊火星的結(jié)果。已觀察到的巨大隕石坑在一定程度上可以說明撞擊產(chǎn)生的威力。不過，進(jìn)入太空的火星巖石，要穿越數(shù)億公里來到地球并不容易。因此，截至2009年10月，在地球上發(fā)現(xiàn)的成千上萬顆隕石中，科學(xué)家們一共才發(fā)現(xiàn)了53塊來自火星，總重92公斤，僅相當(dāng)于阿波羅計(jì)劃中宇航員帶回的整個(gè)樣本量的10%。

　　火星隕石被分成無球粒隕石(石質(zhì)隕石)的三個(gè)稀有的群：輝玻無球隕石、輝橄無球隕石和純橄無球隕石。它們的同位素比率有著一致性，并且和地球上的不同。火星隕石整體被稱為SNC群，這個(gè)名稱衍生自該種隕石最初被發(fā)現(xiàn)的地點(diǎn)：印度的Shergotty、埃及的Nakhla和法國的Chassigny。

　　隕石中有什么樣的生命痕跡

　　“艾倫—希爾斯84001”是輝玻無球隕石，屬于直輝石巖，由98%粗粒狀的斜方輝石和隕玻長石、橄欖石、鉻鐵礦、二硫化鐵、碳酸鹽和頁硅酸鹽組成。通過同位素法和對(duì)宇宙射線影響的研究，科學(xué)家們認(rèn)為“艾倫—希爾斯84001”隕石的歷史可以追溯到火星形成時(shí)的45億年前，而且它從火星表面脫落后，在宇宙空間漂泊長達(dá)1300萬年到1600萬年，降落在地球上的時(shí)間距今也已經(jīng)有1.3萬年。

　　通過對(duì)這顆隕石長達(dá)10多年的研究，科學(xué)家們?cè)陔E石內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了一些與生命有密切關(guān)系的痕跡：碳酸鹽小球、多環(huán)芳香烴(PAHs)和微磁鐵礦晶體的存在，并由此推論火星至少在13億年到36億年前很可能有生命形態(tài)存在。

　　首先，科學(xué)家們排除了隕石內(nèi)的痕跡被地球生物污染的可能性。PAHs有機(jī)物分子存在于“艾倫—希爾斯84001”隕石內(nèi)部，其密度大大高于南極冰層中多環(huán)芳烴的密度，其他的南極隕石沒有多環(huán)芳烴，即便人造的污染也只會(huì)出現(xiàn)在表面，而且與這些多環(huán)芳烴有關(guān)的碳酸脂形成于36億年前，說明有機(jī)分子不是隕石在星際旅行過程中附著到隕石上的，也不會(huì)來自于地球，應(yīng)該來自于火星。科學(xué)家們分析稱，這種比較簡單的PAHs有機(jī)物分子可能是火星遠(yuǎn)古時(shí)代的微生物腐朽后的產(chǎn)物，它們?yōu)橐环N液體(很可能是水)所攜帶，并在碳酸鹽小球形成時(shí)被截獲。

　　其次，科學(xué)家們分析了火星上可能存在過水的證據(jù)。科學(xué)家們?cè)凇鞍瑐悺�希爾�?4001”隕石的新鮮破裂面上發(fā)現(xiàn)的扁圓形碳酸鹽，像壓扁的球，直徑20毫米到50毫米。由于碳酸鹽是遇水結(jié)晶的一種無機(jī)物，因此，科學(xué)家認(rèn)為，火星水可能從這些火星巖石縫隙中滲透過。這顆紅色星球在過去也許曾經(jīng)有著適合生命生存的條件。

　　最后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了微磁鐵礦晶體，并認(rèn)為這是由火星細(xì)菌產(chǎn)生的。火星隕石的碳酸鹽小球內(nèi)部富含菱鎂礦、菱鐵礦及少量碳酸鈣、碳酸錳與磷灰石。外面是富鐵和富鎂互層分布的邊緣。富鐵環(huán)帶邊緣主要成分為單邊長度10納米到100納米的磁鐵礦與二硫化鐵晶體。用高分辨率的透射電鏡(TEM)與掃描電鏡(SEM)結(jié)合能量分散光譜學(xué)方法對(duì)樣品進(jìn)行分析表明，這些礦石晶體的尺寸、純度、形態(tài)與晶體結(jié)構(gòu)都和由地球上的細(xì)菌產(chǎn)生的晶體的特征一樣。

　　地球上有一種主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥的趨磁細(xì)菌，它的體內(nèi)會(huì)生成一些微小的磁鐵礦晶體，每個(gè)只有50納米到100納米，而且純度高于一般由無機(jī)作用形成的天然磁鐵礦。趨磁細(xì)菌會(huì)把10個(gè)到20個(gè)微磁鐵礦晶體排成鏈狀，像指南針一樣利用地球磁場來感測方向，然后借鞭毛游向?qū)υ摼�最有利的微氧環(huán)境處。因此，這種微磁鐵礦晶體就如同生命的簽名一樣。而科學(xué)家在“艾倫—希爾斯84001”隕石內(nèi)發(fā)現(xiàn)的微磁鐵礦晶體尺寸也是40納米到60納米，還有一些磁鐵礦晶體呈鏈狀排列。因此，科學(xué)家們認(rèn)為這是有關(guān)火星生命痕跡最令人信服的證據(jù)。

　　科學(xué)界關(guān)于隕石研究的爭論

　　自從1996年宣布這塊火星隕石可能有生命痕跡后，科學(xué)界關(guān)于該項(xiàng)研究的爭論就沒有停止過。各種支持與反對(duì)的觀點(diǎn)激烈碰撞，爭論的焦點(diǎn)主要集中在碳酸鹽球體的形成溫度和微磁鐵晶體的成因上。反對(duì)的科學(xué)家認(rèn)為“艾倫—希爾斯84001”隕石的各種特性可以是非生物成因的。他們進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)，想論證碳酸鹽小球等一系列構(gòu)造是在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生，從而推翻所有對(duì)火星生命的推測，因?yàn)楸日盏厍蛏�物，高溫下火星生物也是無法存活的。支持的科學(xué)家則用氧和硫的同位素分析，以及碳酸鹽年齡測定等方法來說明碳酸鹽低溫下形成的可能，以及火星生命存在的可能性。

　　而近期美國宇航局科學(xué)家的最新研究結(jié)果就是想說明，熱分解假說不能解釋“艾倫—希爾斯84001”隕石中大部分磁鐵礦晶體的成因，加熱隕石成分的方法不能生成微磁鐵晶體。科學(xué)家們解釋說，純菱鐵礦加熱后可以轉(zhuǎn)化為純磁鐵礦，而“艾倫—希爾斯84001”隕石成分中含有碳酸鹽嵌入式純磁鐵礦，卻沒有純菱鐵礦的存在，而且從來沒有。科學(xué)家們認(rèn)為“艾倫—希爾斯84001”中磁鐵礦成分不是來自于碳酸鹽，而來自于另外一個(gè)過程。對(duì)比地球上的現(xiàn)象，與在“艾倫—希爾斯84001”隕石中磁鐵礦成分相同的磁鐵礦晶體大多數(shù)由超磁細(xì)菌制造，因此通過生物模式得到是可行的。科學(xué)家們應(yīng)用最新的高分辨率電子顯微鏡得到的新分析顯示，“艾倫—希爾斯84001”隕石的磁鐵礦晶體結(jié)構(gòu)中約有25%是由細(xì)菌形成的。

　　盡管關(guān)于“隕石上是否存在火星生命痕跡”的爭論仍在繼續(xù)，關(guān)于“艾倫—希爾斯84001”隕石的研究目前也不能讓我們探知更多關(guān)于火星生命的秘密，但越來越多的證據(jù)表明這個(gè)來自火星的樣本具有重大的科研價(jià)值。科學(xué)家們的分析認(rèn)為，“艾倫—希爾斯84001”隕石中碳酸鹽球形成時(shí)火星上的溫度可能為0攝氏度到80攝氏度，而不是生物無法存在的700攝氏度。假如生命存在于遠(yuǎn)古時(shí)期的火星，那么生命很可能今天仍存在于火星。火星環(huán)境的改變不一定會(huì)撲滅所有地下微生物的生命。在這方面，地球上微生物抵御惡劣環(huán)境的實(shí)例可以給火星生命依然存在的推測帶來一絲希望。

　　繼續(xù)探索火星的使命

　　火星上存在生命的可能性總是那么扣人心弦，但目前還沒有任何單個(gè)證據(jù)可以令人信服地證實(shí)地外生命的存在，僅憑落在地球上的一塊石頭來說明火星上曾有生命存在也似乎有些單薄。因此，近年來人們陸續(xù)發(fā)射多個(gè)探測器登陸火星來尋找新的證據(jù)，不過它們的觀測和科學(xué)家們的研究至今沒有給人們一個(gè)圓滿的答案，反而帶來了更多的疑問，引起人們對(duì)火星更大的興趣。

　　首先是火星上有水。2008年7月31日，美國宇航局的“鳳凰”號(hào)火星探測器在火星上加熱土壤樣本時(shí)鑒別出有水蒸氣產(chǎn)生，從而確認(rèn)火星上有水存在。科學(xué)家們分析認(rèn)為火星極地的二氧化碳冰層下可能有水冰。最近還有報(bào)道稱火星上的水可能以泥漿的形式存在。

　　其次是在火星上發(fā)現(xiàn)了甲烷。2009年1月15日，美國宇航局的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)火星表面有一層甲烷氣體形成的薄霧。而2004年歐洲航天局的“火星快車號(hào)”探測器也曾發(fā)現(xiàn)過火星上的甲烷跡象。科學(xué)家認(rèn)為，甲烷氣體可能是由生活在火星表面數(shù)千米之下的微生物所產(chǎn)生，那里的溫度或許可以保證液態(tài)水的存在。有的人甚至相信，這些“火星生命”如今一定還活著，否則火星的大氣中將不可能有持續(xù)不斷的甲烷。

　　為了一探究竟，世界各國陸續(xù)規(guī)劃了探測火星的項(xiàng)目。美國宇航局推出的“火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室”計(jì)劃，預(yù)計(jì)2012年夏季登陸火星，其主要使命是尋找火星上過去和現(xiàn)在是否存在微生物等生命跡象。而多次推遲的歐洲的火星生命探測計(jì)劃“ExoMars”，其登陸火星的探測器上將載有一個(gè)“漫游”機(jī)器人，攜帶一系列研究宇宙生物學(xué)的儀器，目的也是探測火星上可能存在的生命。俄羅斯則在2009年7月，成功完成了代號(hào)為“火星-500”的長達(dá)105天的載人航天地面模擬第二階段實(shí)驗(yàn)，向著人類登陸火星又邁進(jìn)一步。

　　追尋著水、碳、生存環(huán)境和生命信號(hào)的痕跡，人類一步步走近火星。展望未來，火星地表之下將成為新的探測熱點(diǎn)，但繼續(xù)探索火星的使命仍然將緊緊圍繞“火星的生命”。