火星上的生命

來源:用戶上傳      作者: 梁炳鑫

　　一直以來，科學家在思考火星上存在生命的可能性，因為這顆行星離地球近，而日與地球相似。雖然大眾娛樂中反復出現虛構的火星人，但火星上是否有生命或者是否有過生命一直是個未解決的問題。
　　
　　早期的推測
　　
　　早在17世紀中期人們已經觀察到火星極地的冰蓋，18世紀后期威廉?赫歇爾首次證實，在每個半球的夏冬兩季其擴展和減縮交替發生。到了19世紀中期，天文學家了解到火星與地球也有其他方面的相似性，比如說火星上的一天其長度和地球上幾乎一樣。他們也了解到火星的軸面刃傾角與地球相似，這意味著它和地球一樣，有季節變化，但長度是地球的兩倍，因為火星年比地球年長得多。這些發現使人們進一步推測較暗的星體反照率特征為水，較亮的部分為陸地，因此就自然地假設火星上居住著某種生命。
　　1854年，劍橋三一學院研究員威廉?惠威爾推測火星上有海、陸地和某種生命形式。19世紀后期，人們通過望遠鏡看到明顯的火星運河之后，對火星上擁有生命的推測急劇升溫，然而不久之后發現是人們的錯覺。盡管如此，到1895年，美國天文學家珀西瓦爾?洛威爾發表了自己的著作《火星》，1897年發表了《火星及其運河》，認為這些運河是一個遠去文明的杰作。這個觀念引導了英國作家H.G.威爾斯于1897年撰寫了《火星人入侵》，描寫火星人為了逃避它們星球上的干旱而對地球的入侵。
　　1894年人們開始對火星大氣進行認真的光譜分析，美國天文學家威廉?華萊士?坎貝爾指出火星大氣中既沒有水，也沒有氧。截止到1909年，隨著更強大的望遠鏡的發明和1877年以來最佳的近日點沖斷然結束了運河理論。
　　“水手4”號探測器1965年低空飛越時拍到的照片表明干旱的火星上沒有江河湖海，沒有任何生命的跡象。這些照片還進一步顯示火星表面(至少在拍到的部分)到處是火山口，說明火星在過去的40億年中還沒有板塊構造和任何風化。探測器還發現火星上沒有保護自身免于潛在威脅生命的宇宙輻射攻擊的全球磁場。探測器也能計算出火星大氣壓，大約是0.6千帕，這意味著水在火星表面不可能存在?！八?”號之后，火星生命的尋找變為探尋細菌之類的生命有機體，而不是多細胞機體，因為生命環境顯然太嚴酷。
　　
　　“海盜”號實驗
　　
　　20世紀70年代發射的“海盜”號探測器其首要使命是探測火星土壤中有無微生物，以尋找類似地球上的生命，共4次實驗，其中僅“標號釋放”實驗發回了一個肯定的結果，表明土壤初次接觸水和營養物時t4C02的增加。針對“海盜”號使命，所有科學家都有著兩點共識：在“標記釋放”實驗中得到了放射性標記14C02，GC―MS沒有探測到有機分子。然而，這些結果具有什么含義，各種解釋截然不同。
　　“標記釋放”實驗設計師之一的吉爾伯特?勒溫認為他的結果是對火星生命的權威判斷。然而，許多科學家對此結果均有爭議，他們認為土壤中過氧化物即使在沒有生命的情況下也能產生這種效果?！皹擞涐尫拧睂嶒灁祿鳛樯淖C據被幾乎異口同聲地廢除，因為為識別自然有機物而設計的氣相色譜質譜儀并未檢測到有機分子。學界對“海盜”號探尋生命結果的觀點是：沒有決定性意義。
　　既然火星在40億年前已經失去其磁場，火星電離層不能阻止太陽風或射線，這樣一來太陽風或射線與暴露的土壤直接作用，使生命無法存在下去。既然大氣壓這么低，氣溫也很低，生命和新陳代謝所需的水在火星表面也無法存在，水只有在最低且帶陰影的區域才能短暫存在，液態水在表面根本就沒有出現過。
　　2007年，美國華盛頓的卡耐基研究所地球物理實驗室的一次研討會對吉爾伯特?勒溫的研究進行了又一次評估，勒溫仍然認為他的原始數據正確，因為正負對照實驗都合乎程序。
　　土壤生態學家羅納爾多?裴普告訴歐洲地球科學聯盟大會，最近在火星土壤中發現頁硅酸鹽可能表明，成土作用或土壤的發生過程可以擴展到火星的整個表面。裴普的解釋將火星表面的大部分視為活性土，由于無數年代水、植物和微生物活性的大范圍磨蝕而變紅。
　　拉斐爾?納瓦羅?岡薩雷斯主持的索爾克生物研究所的一個研究小組認為，“海盜”號使用的探尋有機分子的設備(TV-GC-MS)其檢測低水平有機物的靈敏度不夠高。由于取樣處理的簡單性，該設備仍然是未來火星使命檢測有機物的標準方法，納瓦羅?岡薩雷斯建議設計未來探測火星有機物工具時應該包括其他探測方法。
　　
　　吉爾維尼亞種
　　
　　吉爾伯特?勒溫、拉斐爾?納瓦羅?岡薩雷斯和羅納爾德?裴普將舊數據重新解釋為生命存在的充足證據，認為火星的生命以吉爾維尼亞種的形式存在。支持吉爾維尼亞種微生物存在的證據是探尋生命痕跡的兩次火星“海盜”號著陸器收集到的數據，但是其分析結果還沒有正式定論。
　　2006年，阿根廷布宜諾斯艾利斯博達神經精神病醫院的神經生物學專家馬里奧?克羅考提議創建一個新名類，將這些結果劃分為“代謝類的”，因此屬于一種生命形式?？肆_考建議在生命的新王國系統中建立生物學新等級范疇Taxa，以便能夠對火星微生物歸類。他提出下列分類條目：
　　有機生命系：太陽系
　　生物圈：火星圈
　　國：雅氏國(自神經生物學家克里斯特弗里德?雅克布取名)
　　屬與種：吉爾維尼亞種
　　這樣一來，吉爾維尼亞種就不是細菌(地球分類)，而是太陽系火星生物圈“雅氏”國之成員。
　　這個新術語期望的效用是解除有關生命問題證據的沉重負擔，但這種分類法還沒有得到科學界認可，被看作一個提議；而且火星使命仍然沒有找到生物分子的痕跡。
　　
　　隕石
　　
　　隕石沉積是否真正可以解釋為古代火星生命的證據仍然有爭議，但生物學家對此有著極大的興趣?；鹦巧系膯渭毎词宫F在已經滅絕，但仍然能夠證實生命起源理論。NASA保存著至少57塊火星隕石，極其珍貴，因為它們是唯一的火星實物標本。研究表明其中的三塊中含有火星過去可能存在生命的證據，也因此這方面的研究得到升溫。雖然收集到的科學證據很可靠，但對它的解釋卻五花八門。盡管這些誤解曾向媒體公布過幾次，截止到目前對這些原始的科學證據仍然沒有決定性的結論。
　　在過去的幾十年里，確立了7條辨認地球地質標本中過去生命的標準，它們是：
　　標本的地質環境是否與過去生命相容?
　　標本的年代及其地層位置是否與可能的生命相容?
　　標本是否含有細胞形態學及群體的證據?
　　有無生物礦物證據表明化學或礦物的不均衡?
　　有無生物學獨有的穩定同位素模式的證據?
　　有無有機生物標記?
　　檢測到的特征是否標本固有?
　　地質標本中存在過去生命要獲得普遍認可，必須滿足上述大多數條件或所有條件。
　　ALH84001隕石是南極隕石研究項目組成員于1984年12月在南極發現的，重量1.93千克。該標本大約1700萬年前

被火星甩出，在南極冰蓋里呆了11000年。NASA的復合分析顯示一種磁鐵礦在地球上只與某些微生物有關。
　　2002年8月，NASA的另一個由托馬斯?凱普特拉率領的小組發表了一項研究結果，表明ALH 84001中25％的磁鐵礦呈清一色的小晶體，這種情況在地球上只與生物活動有關，其余部分似乎是正常的無機磁鐵礦。提取技術無法確定可能的生物磁鐵礦是否組織成鏈。隕石表明相對低溫的水次生礦化和地前水蝕變的證據，多環芳烴隨離去表層而水平提高。
　　有些類似陸生細菌的礦化特性及其附件(小纖維)或副品(細胞外聚合物)的結構產生于碳酸鹽小球和地前水蝕變區域的邊緣，大小及形狀與地球礦化毫微細菌一致，但是否存在毫微細菌這本身是有爭議的。
　　透輝橄無球粒隕石于1911年6月28日墜落在埃及亞歷山大里亞的納克拉地區。
　　1998年，NASA約翰遜太空研究中心的一個小組獲得了一小片標本以供分析，研究人員發現與地球上化石標本極微細菌大小和形狀一致的地前水蝕變相和物體，但是極微細菌本身的存在仍然值得懷疑。2000年，NASA的科學家以氣相色譜質譜分析法研究其高分子量多環芳烴，得到的結論是在納克拉多至75％的有機物都“可能不是新近的地球污染”。
　　這給這塊隕石增添了更多的神秘，所以2006年NASA想法從倫敦自然歷史博物館得到另一塊更大的標本，從中觀察到巨大的枝狀碳含量。當2006年公布了這些結果和證據時，有些獨立研究人員稱這種碳沉積源自生物。然而，人們注意到既然碳是宇宙中第四個最豐富的元素，它形成的稀奇圖案不能表明或暗示與生物源有什么關系。
　　
　　無球粒隕石
　　
　　無球粒隕石是一塊4千克重的火星隕石，1865年8月25日墜落在印度的隕石，幾乎是立刻被目擊者撿了回來。這塊隕石比較年輕，根據計算，它是火星上僅僅1650萬年前從火山形成的，成分大多是輝石，科學家認為它經歷了幾百年的地前水蝕變。它的內部某些特征暗示其為生物膜殘余及其相關的微生物群體。搜尋蝕變相里的磁鐵礦工作正在進行中。
　　
　　液態水
　　
　　自“海盜”號之后，火星探測再也沒有直接探測火星風化層以尋找生命跡象。NASA的近期任務集中于另一個問題：火星的表面在遙遠的過去是否有過液態水的湖或海?？茖W家發現了赤鐵礦，這種礦物的形成必須有水。許多科學家一直以來都認為，基于該行星上各種不同的地質地形，這一點幾乎是不言而喻的，但其他科學家提出不同的解釋――風蝕、氧海等等，因此2004年“火星探索者”的使命不是尋找現在或過去是否存在生命，而是尋找火星久遠的過去其表面是否有過液態水的痕跡。
　　2000年6月發現了火星表面下存在水的證據，形式為呈洪水狀的溪谷?？拷鹦且簯B核的深度次表層水沉積可以形成當今生命的居住地。然而，2006年3月，天文學家宣布在月球上發現類似的溪谷，但其表面從來都不會有過液態水。天文學家暗示這種溪谷可能是微小隕石撞擊形成的。
　　2004年3月，NASA宣布其“機遇”號飛船發現證據，表明在遙遠的過去，火星曾經是一顆有水的星球。這給人們帶來了希望：可以在現在的火星上找到其早先存在生命的證據。
　　2006年12月，NASA展示了火星全球測量器拍攝的圖像，暗示在火星的表面偶爾有水流淌。這些圖像沒有流水的真實細節，而是火山口和沉積物的變化，提供了截止到目前最為強有力的證據，以說明幾年前曾有水流過，而且也許現在正在流淌。有些研究人員懷疑從航天器上看到的火星表面的地貌變化為液態水所致，他們說其他物質如沙或塵土也能像液體那樣移動并產生類似的結果。
　　近來利用軌道光譜測定法獲得的數據分析火星沙石表明，先前存在于火星表面的水可能含鹽量過高，像地球上的生命在這種環境下不可能生存。托斯卡等人發現他們所研究的位置的火星水都具有水分活性，aw≤0.78～0.86，這個水平對大多數地球生命來說是致命的。然而，嗜鹽古生物能夠生活在達到飽和點的超鹽度溶液中。
　　NASA的“鳳凰”號火星登陸器于2008年5月在火星北極平原著陸，證實了表面附近存在結冰的水：著陸器的挖掘臂挖出的光亮物三四天之后蒸發和消失。這被看作是地下冰，因挖掘而暴露，然后上升到大氣中。
　　
　　甲烷
　　
　　2003年發現火星大氣中的甲烷痕跡，2004年得到了證實?；鹦巧霞淄榈拇嬖诜浅Ｓ腥?，因為既然它是一種不穩定的氣體，這就表明在火星上有個源頭保持大氣中甲烷的含量水平。據估計，火星每年肯定生產270噸甲烷，但是小行星撞擊只占甲烷生產總量的O.8％。雖然甲烷可能有諸如蛇紋巖化之類的地質源頭，現在缺乏火山活動、水熱活動或熱點，這對地質甲烷的產生是不利的。在可能的來源中有產烷生物等以微生物形式存在的生命，但至今沒有得到證實。如果火星上的微小生命正在生產甲烷，那么很可能就在地面下的深層中，那里的溫度足以讓液態水存在。
　　
　　甲醛
　　
　　2005年2月，歐洲航天局的“火星快車”號飛船上裝載的傅里葉行星光譜儀檢測到火星大氣中甲醛的痕跡。項目主管維托里奧?福彌薩諾推測甲醛可能是甲烷氧化的副產品，他認為，這可以證明火星的地質活性既不太高，也沒有隱匿微生物群體。NASA的科學家認為這些初步的發現很值得繼續下去，但他們也排斥生命存在的主張。
　　
　　硅石
　　
　　2007年5月，“勇氣”號未動的輪子擦了一下地面，結果暴露出一片富含硅石(90％)的地面。這不禁令人想起溫泉水或氣體與火山巖接觸所產生的效果。科學家認為這是過去可能曾有利于微生物生活的環境的證據，因而推斷硅石的一個可能源頭是土壤與火山活動產生的酸在有水的環境中相互作用而形成，另一個來源可能是溫泉環境中的水。
　　
　　沙丘斑點
　　
　　沙丘斑點主要是火星南極地區(經度介于60°～80°)能夠看到的地貌特征，位于極地冰原上或下，屬于1998年。1999年火星全球測量器獲得的圖像中發現的。這些斑點在火星春季初出現，冬季初消失。這些斑點可能是生物起源地的看法是匈牙利的一個研究小組提出來的，他們認為這些點可能是生活于冰蓋下的火星光合微生物群體。早春時當太陽回到極地時，陽光穿透冰層，微生物發生光合作用，加熱它們的身邊環境。一袋液態水在通常情況下會在稀薄的火星大氣中立刻揮發，但是上面有一層冰蓋時，則會截留在它們周圍。如果冰層變薄，微生物透過冰層顯露出灰色。當冰完全融化時，它們會很快變干發黑，周邊呈現出一圈灰色。有人建議把嗜鹽古生物這種“嗜鹽”細菌作為“模特兒”，用它來研究假設中的火星極端微生物。
　　NASA的現行理論是這些斑點或者由玄武巖灰殘片組成，或者由形成升華殘留物的分層沉積物較小的、暗色的塵土聚集而成。歐洲航天局雖然沒有形成一種理論，但已聲明這些斑點的位置和形狀無法用物理學進行解釋。
　　
　　宇宙輻射
　　
　　1965年，“水手4”號探測器發現火星沒有磁場來保護可能威脅生命的宇宙輻射和太陽輻射，20世紀90年代后期火星全球測量器的觀察證實了這一發現?？茖W家推斷，缺乏磁場保護使得太陽風在過去的幾十億年里刮走了大部分火星大氣。
　　2007年，據計算，宇宙輻射對DNA和RNA的傷害使得火星上的生命只能呆在7，5米以下的深度，因此，對火星上生命的最佳期望在尚未研究的環境，即地下。
　　
　　“鳳凰”號登陸器，2008
　　
　　2008年11月10日，“鳳凰”號將一個遙控機器人降落在火星極地。它本次任務的兩大使命分別是：一，在火星風化層尋找一個生命能夠存在的“可居住地帶”；二，研究火星上水的地質史。登陸器有個2.5米的機械臂可以在風化層挖掘一個0.5米的溝。一項電化學實驗對風化層中的離子和火星上的抗氧化物的數量和類型進行了分析?！昂１I”項目數據表明火星上的氧化物可能會隨著緯度而變化，注意到“海盜2”號比“海盜1”號在更北位置發現的氧化物要少，“鳳凰”著陸在更北地帶。“鳳凰”的初步數據顯示火星土壤包含高氯酸鹽，因此不會像早先認為的那樣對生命有利。從生物學的角度看，pH值和鹽度水平是有益的。分析器也表明存在固態水和二氧化碳。
　　
　　未來使命
　　
　　“火星科學實驗室”是NASA的一項研究工程，計劃2011年晚些時候發射。它將包含用來尋找與生物活性相關的過去或現在的條件所設計的儀器和實驗。
　　NASA正在計劃于2016年發射太空生物學野外實驗室，以幫助解答火星生命的問題，火星探險及有效載荷分析小組負責確定這次任務要進行的實驗。
　　有人倡導未來使命應該進行深層鉆探以收集火星表面下不同深度的標本，有人相信那里會有液態水，微生物在那里也會躲避宇宙輻射的攻擊。
　　火星標本回收使命――對于火星生命的最佳檢測應該是在地球上檢查火星土壤標本。然而，目前還無法解決從火星到地球數月的載運必須提供和維持生命的支持環境，提供其他未知的環境和營養要求簡直令人不寒而栗。即便在標本中發現死亡的生命形式，也難以斷定獲得時是否存活。

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