NASA火星探测器探测到暗示过去生命来源的碳特征

寻找火星上可能的生命遗迹一直是美国宇航局（NASA）派出的火星探测器的主要行动目标之一。一组美国科学家研究发现，NASA的好奇号火星车采集到的岩石样本所捕获的碳富含碳的轻同位素。如果是在地球上，这将被视为古代微生物生命的有力证据。

这一研究1月17日发表在美国《国家科学院学报》月刊上。该研究的主要作者、美国宾夕法尼亚州立大学生物地球化学家克里斯托弗·豪斯（Christopher House）说，该研究确实为微生物曾经存在于火星上、并且今天仍然存在，“增加了合理性”。

碳以两种稳定的同位素形式存在：一种是构成绝大部分碳元素的碳-12，它由6个质子和6个中子构成，也被称为“轻碳”；另一个是额外多了一个中子的碳-13。由于这个额外的中子，碳-13的分子键更强。因此，生命进化出更喜欢比较容易拆开的碳-12的机制，生命创造的大多数有机分子都富含碳-12。例如，与来自海底热泉的非生物甲烷相比，稻田中的甲烷富含碳-12。甲烷是最简单的有机物之一。

该团队研究了好奇号在穿越盖尔陨石坑的旅程中钻探的 24 个不同的岩石样本。盖尔陨石坑有来自一个古老湖泊的泥岩。被粉碎的岩石在火星车腹部的烤箱中烘烤，这一过程将岩石中的微量碳转化为甲烷气体。然后用激光探测气体，揭示了甲烷的同位素组成。结果差异很大，但在六个地点的采样中，碳-12与碳-13 的含量之比，比基于地球的参考标准高出7%以上。“这些都是强烈的信号，”豪斯说。因为最强的数据都是来自山脊顶部的岩石和火山口的其他地形的高点，研究小组认为，这说明富集的碳在数十亿年前以某种方式从大气中沉积出来，而不是由湖泊沉积物留下。

将轻碳浓缩到如此高的水平可能需要采取多个步骤。研究人员设想了一种场景：深层地下的微生物，以火星岩浆中的微轻碳为食，并排放甲烷气体。（火星大气缺乏轻碳，因此研究人员认为它不太可能是微生物的食物来源。）然后，地表的其他微生物将以排放出来的甲烷为食，进一步提高轻碳的水平，并在它们死去时将其固定在化石中记录下来。这一场景暗示了火星上存在过生命。

不过，经过这么多年的探测，火星车仍然没有看到古代微生物的物理痕迹，因此研究人员表示，深部微生物也有可能启动了碳富集，而紫外线完成了碳富集的其余部分。紫外线可能分解了微生物甲烷，进一步丰富了轻碳，同时产生了最终会沉淀在表面上的甲醛等子产物。

研究人员还提供了另外一种假设，即早期的太阳系，包括火星，穿过了星际气体和尘埃云。这种尘埃中的碳很轻，与好奇号看到的水平相匹配。云可能阻挡了阳光并使火星陷入深度冰冻，导致大范围的冰川作用，并防止宇宙尘埃雨中的轻碳被其他碳源稀释。豪斯承认，这种情况需要令人难以置信的事件巧合，并且没有证据表明盖尔陨石坑有冰川作用。但他说不能排除这种假设。

有一些研究表明，紫外线可以在没有生物帮助的情况下产生富集的轻碳。紫外线可以与二氧化碳（占火星大气的 96%）发生反应，产生富含碳-12的一氧化碳。东京工业大学的行星科学家上野雄一郎（Yuichiro Ueno） 说，早期火星可能有不同的大气层，可能富含氢，与一氧化碳反应形成大量有机分子。那些最终会从空中掉下来，沉积形成好奇号探测到的富集轻碳。

总之，所有这些场景都可能在远古时代上演。但好奇号也在嗅探今天火星空气中的碳。它已经检测到甲烷，但浓度太低，无法直接测量碳同位素水平。豪斯说，如果在更厚的甲烷羽流中检测到轻碳，那么它将开启一个更令人兴奋的可能性。他说：“尽管我们正在研究一个潜在的古老过程，但今天的甲烷可能来自一直持续到现在的同一个生物圈。”

好奇号位于薇拉·鲁宾山脊的一个钻探地点的岩石样本中的碳-12含量异常丰富。（NASA）