很遗憾,火星上的甲烷和“有机物”并不是存在生命的有力证据

从 1976 年夏天着陆火星的维京号开始,美国太空总署(NASA)派出无人探测器前往火星寻觅有机分子已逾 40 年,苦苦等待,NASA 终于在2018年 6 月 8 日宣布重大消息,2012 年 8 月着陆火星地表的火星探测车好奇号(Curiosity),首度从火星一块拥有 30 亿年历史的沉积岩中发现有机分子,包括噻吩(thiophene)、甲硫醇(methanethiol)、二甲基硫醚(dimethylsulfide)、2-and 3-methylthiophenes 等,表明该星球数十亿年前的环境条件有能力滋养生命。


该图片是欧空局(ESA)罗塞塔飞船(Rosetta)于2007年2月24日飞经火星时,其上的OSIRIS仪器拍摄到的火星真彩色图像。

地球上出现生命这一事实是无疑是现代科学的巨大奥秘之一。 我们从很多方面了解生命如何从数十亿年前的单细胞,相对简单的状态演变成为现在我们的生态系统和生物圈中的多样,复杂,差异化以及宏观的生物体。我们知道早期的太阳系充满了生命的成分,早期的地球有这些成分。当然除了地球之外,年轻的火星也可能拥有同样的条件。


美国宇航局(NASA)的好奇号探测器在火星上发现了古老的有机分子,这是嵌入了数十亿年的火星沉积岩中发现的。它们含有碳和硫,可能与地球以外的生命有关。(或者,也也有可能仅仅来自于地质。)

但是,为这个世界上的生命活动提供物质条件的情况并不能一定要有生物存在。事实上,尽管我们取得了很多科技进步和成就,但我们还没有能力从科学实验室的非生命中创造生命。就在前天,NASA宣布其好奇号火星探测器取得了两个重大发现:

在30亿年前的岩石中发现了古老又耐寒的有机分子。

火星大气中的甲烷随着季节的变化而变化,而且可以重复地在多年的时间内进行。

这些无疑是非常有趣的发现。但是他们是否意味着火星上的生命?很可惜答案是——几乎不。




这是在火星好奇号探测器的地球化学实验中发现了多年重复的季节变化。 甲烷在夏季出现峰值,冬季出现下降,但始终存在。

首先,我们必须认识到,我们所认知的有机分子和科学家称之为有机分子的东西可能是非常不同的东西。我们倾向于将“有机”这个词认为是通过自然过程产生的生物的一部分。有机分子可能是脂肪酸,蛋白质,糖或淀粉,甚至像DNA一样复杂。这些生物学上有趣的分子确实是有机的,并且对我们所知道的生命至关重要。


普遍的有机分子遍布宇宙,包括最大的附近恒星形成区域:猎户座星云。不久的将来,我们可能能够在其他恒星周围的大气中寻找生物印记。

由于碳是整个宇宙中第四丰富的元素,仅次于氢,氦和氧,无论你在哪里看,它都会很常见。大多数恒星的碳含量很高,我们在太阳系中发现的所有岩石都是如此。有机分子可以像一氧化碳一样简单,它们在年轻的大质量恒星,星际气体云层,小行星和陨石周围,广泛存在。

这是由Mars Exploration Rover拍摄的赤铁矿球体(或“火星蓝莓”)。这几乎可以肯定是火星上以前的液态水,甚至可能是过去生活中的液态水。

不可否认火星是个非常有趣的星球,因为它包含了过去存在液态水这一历史的有力证据。有几层暴露的沉积岩,有充满赤铁矿球体的平坦的地方,干涸的河床以及其中的牛仔弯,等等。经过分析,我们甚至发现大量的冰冻结在火星地表下面,并且证明了存在沿着地表流动的水

牛顿陨石坑内的颜色增强视图,显示了反复出现的倾斜线条,为今年发现在火星表面上流动的液态水提供了最有力的证据。

火星的大部分表面在很久以前就变得干燥和寒冷,但十亿年年前,液态水和适宜生命温度这样的条件是存在的。虽然这是推测性的,但可能的是,在很久以前火星上就有生命的存在,而且某些形式的微生物生命可能依然在这低温中存在。这也是许多致力于火星研究的科学家最大的希望。在20世纪70年代,第一批火星登陆舰(海盗1号和2号)在火星表面着陆,并进行了着名的标记释放(LR)实验

标记释放(LR)实验采取了一个火星土壤样本,并在其上施加了一滴营养液,所有的营养物都被放射性碳-14标记。然后放射性碳-14将被代谢成放射性二氧化碳,只有在生命存在的情况下才能检测到放射性二氧化碳。

在航天器发射到别的星球之前必须其进行灭菌的过程(通常是“干热灭菌”),被认为是保持其他世界免受地球污染的执行标准。

检测到放射性二氧化碳,这是LR背后的逻辑。但存在问题。放射性二氧化碳也可以通过纯化学反应无机生产。早在2008年,凤凰登陆器曾检测到土壤中的高氯酸盐,这可能是LR实验中第一次正面解读的原因。由于在加热时,高氯酸盐可以在某些化合物存在的情况下产生氯甲烷和二氯甲烷,检测到Viking 1和2的确切化合物。但问题在于,当火星土壤暴露在强烈的紫外线辐射下时,可能已经产生了这些化合物,而这根本不需要存在生命。

火星上产生的甲烷有多种潜在途径,包括生物和地质,这是问题的所在。

通过好奇号火星探测车,我们现在已经发现,火星表面有甲烷排放,并且甲烷是季节性的。这可能来自被称为甲烷包合物的地下矿物,其可能以多种不同的方式出现。相比较地球上的甲烷主要来自生物活动:比如哺乳动物和微生物。但是你可以简单地通过让水流过并穿过某些亚表层岩石,如橄榄石来得到这种气体。

在科学中,如果你想解释新的东西,你总是默认最简单的解释。但是最简单的解释是什么?这是一个需要最少数量的新假设,超出我们已知的必须存在的假设。

火星上的大风陨石坑是好奇号探测车的着陆点,并且包含大量暴露的沉积层。在里面发现的是过去在火星上所发生的事情的证据。

好奇号火星探测车降落并获取数据的大风口曾经是一片充满水的湖泊,而如今已经干涸。它看到的甲烷可能有最终的有机成因,但没有理由认为必定如此。无机过程在这里也是可能存在的,并且它们充分考虑了数据,不需要生命过程。

但不要担心,预计在2020年将推出两款下一代的漫游车:欧空局的ExoMars和美国宇航局的“火星2020”。不是通过间接的推论和可能性,我们可以通过这辆车实际上了解这些分子的来源是地质还是生物。其次保持开放的心态很重要,让科学而不是我们的希望或恐惧来决定答案。证据正在建立,我们终于对火星的工作方式有了更加深入的了解。

对火星上产生甲烷的活动最可能的解释包括地热活动,如热水流动,如果火星具有地质活动性(看起来是活跃的)并且具有地下水(它的确如此),这几乎是给定的。 但是,我们似乎也不能排除生物学,虽然可能性比较小。

所以这些有机物是来自地质还是其他生物,在2018年,我们还尚缺有力的证据。但在短短几年后,我们可能就会有答案。

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