來(lái)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(guó)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)�！皝�(lái)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(guó)宇航局的“海盜1”號(hào)和“海盜2”號(hào)探測(cè)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(guó)沒有再發(fā)射新的火星探測(cè)器。直到1996年，NASA宣布在來(lái)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(guó)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(zhēng)議，這個(gè)唯一的地外生命痕跡仍激起了人們的無(wú)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(cè)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)�；鹦枪�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�；鹦呛偷厍蛞粯邮枪杷猁}星球，內(nèi)部也有核、幔、殼的結(jié)構(gòu)�；鹦莾蓸O被二氧化碳組成的白色冰帽覆蓋�；鹦巧线�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(cè)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)�，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(lái)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(yíng)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(lái)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(guó)宇航局、美國(guó)國(guó)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(lái)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(yáng)系中有無(wú)數(shù)的大小不等的流星體繞太陽(yáng)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(lái)的，科學(xué)家們可以通過追蹤化學(xué)元素等多種方法來(lái)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(cè)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(lái)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(lái)自于火星。后來(lái)，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(cè)器觀測(cè)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(lái)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(wàn)顆隕石中，科學(xué)家們一共才發(fā)現(xiàn)了53塊來(lái)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(wú)球粒隕石(石質(zhì)隕石)的三個(gè)稀有的群：輝玻無(wú)球隕石、輝橄無(wú)球隕石和純橄無(wú)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�；鹦请E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(guó)的Chassigny。

　　隕石中有什么樣的生命痕跡

　　“艾倫—希爾斯84001”是輝玻無(wú)球隕石，屬于直輝石巖，由98%粗粒狀的斜方輝石和隕玻長(zhǎng)石、橄欖石、鉻鐵礦、二硫化鐵、碳酸鹽和頁(yè)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(zhǎng)達(dá)1300萬(wàn)年到1600萬(wàn)年，降落在地球上的時(shí)間距今也已經(jīng)有1.3萬(wàn)年。

　　通過對(duì)這顆隕石長(zhǎng)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(lái)自于地球，應(yīng)該來(lái)自于火星�？茖W(xué)家們分析稱，這種比較簡(jiǎn)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)�？茖W(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(wú)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�；鹦请E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(zhǎng)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(wú)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(chǎng)來(lái)感測(cè)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(zhēng)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(zhēng)論就沒有停止過。各種支持與反對(duì)的觀點(diǎn)激烈碰撞，爭(zhēng)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(cè)，因?yàn)楸日盏厍蛏�物，高溫下火星生物也是無(wú)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(cè)定等方法來(lái)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(guó)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�？茖W(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(lái)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(lái)自于碳酸鹽，而來(lái)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(zhēng)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(lái)越多的證據(jù)表明這個(gè)來(lái)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(wú)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�；鹦黔h(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(cè)帶來(lái)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(lái)說明火星上曾有生命存在也似乎有些單薄。因此，近年來(lái)人們陸續(xù)發(fā)射多個(gè)探測(cè)器登陸火星來(lái)尋找新的證據(jù)，不過它們的觀測(cè)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(lái)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(guó)宇航局的“鳳凰”號(hào)火星探測(cè)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�？茖W(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(guó)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(cè)器也曾發(fā)現(xiàn)過火星上的甲烷跡象�？茖W(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(guó)陸續(xù)規(guī)劃了探測(cè)火星的項(xiàng)目。美國(guó)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(cè)計(jì)劃“ExoMars”，其登陸火星的探測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(lái)，火星地表之下將成為新的探測(cè)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”。