火星巖石中的強(qiáng)碳信號是否表明可能存在生物活動 _火星

火星巖石中的強(qiáng)碳信號是否表明可能存在生物活動
（）據(jù)cnBeta：據(jù)我們所知，碳是生命的關(guān)鍵。因此，只要我們在火星這樣的地方檢測到強(qiáng)烈的碳信號那么就可能表明有生物活動。那么火星巖石中的強(qiáng)碳信號是否表明有某種類型的生物過程？
當(dāng)在尋找生命的時(shí)候，任何強(qiáng)的碳信號都是耐人尋味的。它是我們所知的所有生命形式中的一種常見元素。但有不同類型的碳，并且碳可能因?yàn)槠渌蛟诃h(huán)境中變得集中。這并不自動意味著生命涉及碳的特征。
碳原子總是有六個(gè)質(zhì)子，但中子的數(shù)量可以不同。具有不同中子數(shù)的碳原子被稱為同位素。有三種碳同位素自然出現(xiàn) 。C12和C13是穩(wěn)定的，而C14是一種放射性核素。C12有六個(gè)中子，C13有七個(gè)中子，而C14有八個(gè)中子。
當(dāng)涉及到碳同位素時(shí)，生命更喜歡C12 。它們在光合作用中使用它或用來代謝食物。原因相對簡單。C12比C13少一個(gè)中子，這意味著當(dāng)它跟其他原子結(jié)合成分子時(shí)，在同樣的情況下，它的連接數(shù)比C13要少。生命本質(zhì)上是懶惰的，它總是會尋求最簡單的方法來做事情。C12更容易使用，因?yàn)樗纬傻逆I比C13少，它比C13更容易得到，而且當(dāng)有更容易的方法時(shí)生命永遠(yuǎn)不會采取困難的方法。
好奇號探測器正在火星的Gale環(huán)形山努力工作以尋找生命的跡象。它鉆進(jìn)巖石、提取粉碎的樣本并將其放入其機(jī)載化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。好奇號的實(shí)驗(yàn)室被稱為SAM 。在SAM中，火星車使用熱解法來烘烤樣品，然后將巖石中的碳轉(zhuǎn)化為甲烷。熱解是在惰性氦氣流中進(jìn)行的，這樣可以起到防止發(fā)生任何污染的情況發(fā)生。隨后，它會用一個(gè)名為可調(diào)諧激光光譜儀(TLS)的儀器探測氣體來尋找甲烷中的碳同位素。
好奇號SAM背后的團(tuán)隊(duì)用這種方法觀察了24個(gè)巖石樣本，最近它發(fā)現(xiàn)了一些值得注意的事情。其中6個(gè)樣本顯示出C12和C13的比例升高。跟地球上的C12/C13比率參考標(biāo)準(zhǔn)相比，來自這六個(gè)地點(diǎn)的樣本中C12的含量多出千分之七十以上。在地球上，98.93%的碳為C12，而C13形成了剩下的1.07% 。
發(fā)表在《PNAS》上的一項(xiàng)新研究提出了這些發(fā)現(xiàn) 。它的標(biāo)題是《Depleted carbon isotope compositions observed at Gale crater, Mars》，第一作者為來自賓夕法尼亞州立大學(xué)的好奇號科學(xué)家Christopher House 。
這是一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)，如果這些結(jié)果是在地球上獲得的，它們將預(yù)示著一個(gè)生物過程產(chǎn)生了大量的C12 。
在古代地球上，地表細(xì)菌產(chǎn)生甲烷作為副產(chǎn)品。它們被稱為甲烷菌，它們是來自古細(xì)菌領(lǐng)域的原核生物。今天，甲烷菌仍存在于地球上--在缺氧的濕地、反芻動物的消化道以及像溫泉這樣的極端環(huán)境中。
這些細(xì)菌產(chǎn)生的甲烷會進(jìn)入大氣層，然后跟紫外線發(fā)生作用。這些相互作用產(chǎn)生了更復(fù)雜的分子并雨點(diǎn)般地落在地球表面。它們和它們的碳特征一起被保存在地球巖石中。同樣的事情可能發(fā)生在火星上，如果是這樣，它可以解釋好奇號的發(fā)現(xiàn) 。
“我們在火星上發(fā)現(xiàn)了一些令人感興趣的東西，但我們真的需要更多的證據(jù)來說明我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了生命，”好奇號火星實(shí)驗(yàn)室樣品分析的前首席調(diào)查員Paul Mahaffy說道，“因此，我們正在研究，如果不是生命，還有什么可能造成我們所看到的碳特征。”
研究人員們在他們的論文中道：“對于在進(jìn)化的甲烷中觀察到的異常貧化的13C ，有多種合理的解釋，但沒有進(jìn)一步的研究就無法接受單一的解釋。”
理解像這樣的碳信號的困難之一是我們所謂的地球偏見。科學(xué)家對大氣化學(xué)和相關(guān)事物的了解大多是基于地球的。因此，當(dāng)涉及到火星上這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的碳特征時(shí)，科學(xué)家們會發(fā)現(xiàn)要保持他們的思想開放并接受火星上可能不存在的新的可能性則成為了一個(gè)挑戰(zhàn) 。
參與碳研究的戈達(dá)德天體生物學(xué)家Jennifer L. Eigenbrode指出：“最困難的事情是放下地球、放下我們的那種偏見，真正嘗試去了解火星上的化學(xué)、物理和環(huán)境過程的基本原理。”此前， Eigenbrode曾帶領(lǐng)好奇號科學(xué)家組成的國際團(tuán)隊(duì)在火星表面發(fā)現(xiàn)了無數(shù)的有機(jī)分子--含有碳的分子。
“我們需要打開思路，跳出框框，”Eigenbrode說道，“而這正是這篇論文所做的。”
研究人員在他們的論文中指出了對不尋常的碳特征的兩種非生物解釋。其中一個(gè)涉及到分子云。分子云假說指出，我們的太陽系在數(shù)億年前經(jīng)過了一個(gè)分子云。這是一個(gè)罕見的事件，但它約每1億年發(fā)生一次，所以科學(xué)家們不能不去考慮它。
分子云主要是分子氫，但其中可能富含好奇號在Gale環(huán)形山探測到的那種較輕的碳。分子云會導(dǎo)致火星急劇冷卻，在這種情況下導(dǎo)致冰川運(yùn)動。冷卻和冰川會阻止分子云中的輕質(zhì)碳跟火星上的其他碳混合從而形成高濃度的C12沉積。該論文指出--“冰川期的冰川融化和冰川期后的冰川退縮應(yīng)該在冰川地貌表面留下星際塵埃顆粒。”
這個(gè)假設(shè)是合理的，因?yàn)楹闷嫣栐谏郊沟捻敳堪l(fā)現(xiàn)了一些升高的C12含量--如Vera Rubin山脊的頂部和Gale環(huán)形山的其他高點(diǎn) 。論文指出，這些樣本是從各種巖性中收集到的，另外在時(shí)間上分布在迄今為止的任務(wù)操作中。盡管如此，分子云假說是一個(gè)不太可能的事件鏈。
另一個(gè)非生物假說則涉及紫外線。火星大氣中95%以上是二氧化碳，在這種情況下，紫外線會跟火星大氣中的二氧化碳?xì)怏w發(fā)生作用從而產(chǎn)生新的含碳分子。這些分子會落在火星的表面并成為那里的巖石的一部分。這個(gè)假說類似于地球上甲烷菌間接產(chǎn)生C12的方式，但它完全是非生物的。
“這三種解釋都符合數(shù)據(jù) ， ”論文的第一作者Christopher House說道，“我們只是需要更多的數(shù)據(jù)來排除它們。”
“在地球上，會產(chǎn)生我們在火星上探測到的碳信號的過程是生物性的，”House補(bǔ)充道， “我們必須了解同樣的解釋是否適用于火星或是否有其他解釋，因?yàn)榛鹦欠浅２煌?。”
幾乎一半的好奇號樣品的C12含量意外地升高了。它們不僅高于地球的比例，也高于科學(xué)家在火星隕石和火星大氣中發(fā)現(xiàn)的比例。這些樣本來自Gale環(huán)形山的五個(gè)地方，所有的地方都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們有古老的、保存良好的表面。
不過科學(xué)家們?nèi)栽趯W(xué)習(xí)火星的碳循環(huán)，并且有很多我們?nèi)匀灰粺o所知。根據(jù)地球的碳循環(huán)對火星的碳循環(huán)做出假設(shè)是很誘人的。但碳可能以我們甚至還沒有猜到的方式在火星上循環(huán) 。無論這種碳特征最終是否成為生命的信號，在了解火星的碳特征時(shí)它仍是寶貴的知識。
“界定火星上的碳循環(huán)絕對是試圖了解生命如何融入該循環(huán)的關(guān)鍵，”駐華盛頓特區(qū)卡內(nèi)基科學(xué)研究所的好奇號科學(xué)家Andrew Steele說道， “我們已經(jīng)在地球上真正成功地做到了這一點(diǎn)，但我們剛剛開始為火星界定該循環(huán) 。”
但根據(jù)地球的碳循環(huán)得出火星的結(jié)論并不容易。Steele清楚地表明了這一點(diǎn)--“地球上的碳循環(huán)有一大塊涉及到生命，并且由于生命的存在，地球上的碳循環(huán)有一大塊我們無法理解，因?yàn)槲覀兯吹降娜魏蔚胤蕉加猩?。”
眼下，好奇號仍在火星上工作，并且還將持續(xù)一段時(shí)間。這些樣本的意義以及對火星碳循環(huán)的更好理解就在前方。好奇號將對更多的巖石進(jìn)行采樣以測量碳同位素的濃度。它將從其他保存完好的古代表面取樣巖石看看結(jié)果是否與這些相似。理想情況下，它將會遇到另一個(gè)甲烷羽流并對其進(jìn)行采樣，但這些事件是不可預(yù)測的并且也沒有辦法為其做好準(zhǔn)備。
不管怎樣，這些結(jié)果將有助于為毅力號在Jezero火山口的樣品采集提供信息。毅力號可能會確認(rèn)類似的碳信號，甚至確定它們是否是生物信號。
實(shí)際上，毅力號也在收集樣本以送回地球。科學(xué)家們將比火星車上的實(shí)驗(yàn)室更有效地研究這些樣本。
對火星古代生命的研究是一個(gè)誘人的前景，但至少現(xiàn)在，它仍是不確定的。