火星与地球的生命竞赛

火星 · 2016-10-31 15:19:08

在那遥远的数千万公里之外，一颗红色的行星正在吸引着无数天文学家热情期盼的眼光，来自美国、欧洲和日本的数个探测器正在竞相奔向那颗神秘的星球。 　　那就是火星——在地球运转轨道外侧的陪伴了我们亿万年的邻居。火星是除金星之外离地球最近的行星，与地球的距离在5570万公里～12000万公里之间。 　　火星与地球之间尽管相隔数千万公里的空旷空间，却与地球有着很多神秘的共同之处：它也是一颗固态的岩质行星，半径大约是地球的一半，但体积大约只有地球的1/7；火星上也有两个白色皑皑的极冠，这两块区域冬季增大、夏季消融缩小，与地球极为相似。此外，火星上面也同样有高耸的山脉、幽深的峡谷、飘荡的白云、怒吼的风暴，它与地球一样也是四季分明，甚至一天也是24小时。因此，它被人们称为地球的“孪生兄弟”，与地球一起被认为是太阳系内生命可栖居区域。 　　仅仅在100多年前，人们还普遍相信火星上存在高级智慧生命，有关“火星上的运河”、“火星人大战”、“火星上的狮身人面像”等等的猜测与幻想很多年来一直不绝如缕。但人们对火星的了解越多，人们的失望也就越大。自从上世纪60年代以来，人类已向火星发射了30多个探测器，不仅没有找到智慧生命的踪迹，而且连最简单的微生物也没有找到。火星探测器带给我们的讯息是：火星是一个布满了大小石块的沙漠星球，其表面是一片荒凉、寒冷和死寂的世界，没有一丝生命的气息！ 　　这颗与地球如此相似的星球为何最终没有像地球那样孕育出纷繁复杂的生命？在数十亿年前的早期，它有过生命活动的迹象吗？如果有，那么是什么原因使生命的进程被打断？更深层的问题是：在广阔的宇宙中，只要是与地球相似的星球，就必然会产生生命吗？如果真是这样，那么火星为什么给我们提供了一个反证？生命究竟是偶然还是必然？通过对火星和地球截然相反的命运的比较，我们或许能够更好地揭开宇宙生命之谜。 　　　　两颗洪水泛滥的星球 　　50亿年前，在银河系一个旋臂上，有一块星际气体云坍缩了。这次宇宙中毫不起眼的坍缩事件最终创造了宇宙亘古未有的奇迹——智慧生命。这块星际气体云核心的温度很快上升到1000万K，接着燃烧成一颗黄色的恒星——这就是我们的太阳。围绕太阳旋转的大量宇宙尘粒依靠引力逐渐聚集成团，然后形成了太阳系的九大行星，其中有两个相互靠得很近、禀性相同的兄弟——地球与火星。 　　在诞生之初，这兄弟俩都遭遇了相同的命运。初生太阳系内有无数大大小小的岩石在四处游荡，肆意撞击着尚在襁褓中的行星。巨大的碰撞对这两颗行星来说都是家常便饭，每月至少发生一次。碰撞后抛射出去的烟雾与尘埃遮天蔽日，笼罩在行星上空，久久不能散去。据估计，在太阳系行星形成后，陨石风暴前后延续了约7亿年。直到今天，在砂砾遍地、荒凉沉寂的火星表面，还遍布着遭陨星袭击后形成的坑坑洼洼，但地球上的陨石坑已被长时间的风蚀和水蚀消磨掉了。 　　那时，两颗行星都是没有水、没有生命、漆黑一团、异常酷热的行星。乍看起来，它们都没有形成生命的可能性。 　　然而，陨石通常都含有丰富的水分，正是这持续了数亿年的陨石风暴为两颗行星带来了最初的水气。随后，两颗炽热的星球都经历了频繁的火山活动。火山爆发时，岩浆铺满了较低的盆地，大量气体从岩浆中释放出来，与陨石留下的水气混合，在两颗行星上空形成了饱含水分的原始大气层。原始大气层形成以后，随着两颗行星的温度逐渐降低，某些气体就会冷凝成雨，分别在两颗星球上产生了最早的海洋。 　　火星因为在地球的外侧，受到陨石的撞击比地球还多，得到的水气也比地球多得多。因此，火星早期的水比地球丰富得多。据估计，火星上海洋的深度曾经平均可达10万米深，比现在地球海洋平均5000米的深度要深出20倍。 　　作为火星上曾经洪水泛滥的证据，火星表面现在布满了纵横交错的沟壑，很可能是干涸的河床。它们多达数千条，长度从数百公里到1万公里以上，宽度也可达几公里到几十公里，蜿蜒曲折，极为壮观。它们主要集中在火星的赤道区域附近。河床的存在使科学家们认为，现在干燥异常的火星曾经有过大量的水。而火星两极至今仍有残存的干冰和水冰，这些水冰如果全融化，可在火星表面形成10米的均匀水层。 　　　　生命的曙光同时出现 　　在数亿年不断绝的陨石雨中，与水分子相伴同行的是孕育生命的有机分子，它们不仅投向了地球的怀抱，也同样投向了火星的怀抱——在太阳系初期变化剧烈的环境中，生命的曙光同时出现在火星与地球上。 　　这些有机分子是生命的“种子”，它们需要什么样的条件才能在一个星球上生根发芽、茁壮成长呢？ 　　液态水是生命产生的先决条件，其它都是次要的。因为水能溶解各类化学物质，使分子能亲密接触，进行化学反应，制造生命所需蛋白质，并能运输养分，排泄废物。更重要的是，水能被分解成氢和氧，直接参与生物化学分子反应，成为生命不可或缺的一部分。 　　别的液体能代替水吗？土星的土卫六上有石油类海洋，海王星的海卫一上有液态氮海洋，别的行星上还有硫酸、液态氨、液态甲烷等海洋。但这些液体参与基本生命化学反应的能力有限，更谈不上参加制造复杂的蛋白质和遗传基因了。 　　因此，维持生命，一定需要水，离开水，生命就无法起源和演化。以“水淋淋”来形容生命核心和组织环境，最恰当不过。作为典型例证，我们知道，人体内有70%是水分，即使是地球上最简单的生命大肠杆菌，水也占其总重量的70%。 　　水与生命的分子同时落到两个星球上，这一切表明，在创造生命的历程中，火星与地球曾站在同一起跑线上。但火星与地球生命故事的相同之处，至此结束。从这点起，火星与地球开始分道扬镳，各奔前程。 　　　　火星上水与气的大逃亡 　　太阳系共有四大颗岩石行星——水星、金星、地球与火星，火星是距太阳最远的岩石行星。火星之外，是小行星带，再向外走，除冥王星外，其余的木星、土星、天王星、海王星皆为巨无霸的气体行星。木星强大的引力很可能掠夺了火星轨道上的部分原始材料，使它先天营养不良，长成一个有厚厚的地壳和像小铁球一样的核心的小矮个。由于天生瘦弱，火星在与地球进行的生命竞赛中，很快就处于下风。 　　40多亿年前，初生火星的材料正在进行大分化，重金属类如铁等，向火星地心沉积，轻的物质如二氧化碳、水等，向火星地表之上浮离，而大量氢气因为最轻，所以一直窜升到外大气层。由于瘦弱的火星其重力场仅为地球的38%，平均逃逸速度仅需约每秒5公里(相比之下，地球的平均逃逸速度为每秒11.2公里)，因此火星上的氢气在初生太阳猛烈的紫外线照射下，取得足够的能量，很容易就达到脱离火星的速度，一去不复返。众多逃离的氢原子汇合成一股巨大的朝火星外喷射的气流，还同时拖走了更多的其它成分的大气，造成火星大气集体逃亡潮。 　　数亿年的陨石雨给火星带来了大量的水，但这些水来得快，去得也急，很快又被火星大气裹挟着逃向太空。每次陨石碰撞火星，虽然也带来一些水，但其产生的能量也使火星上原有的水大量汽化，并激起一股高速反弹的气流，轻易逃离火星。更厉害的是陨石以接近切线的角度撞上火星，火星像是在胃部被重重击上一拳，向外太空做抽搐性疯狂大呕吐。专家称这种由陨石碰撞造成的行星水损耗现象，为碰撞侵蚀。很可能，在最初的7亿年中，火星处于既是大得水又是大失水的时期。 　　38亿年前陨石风暴停止，火星得水率和失水率都在减缓，但火星大气仍在绵绵不断地逃亡。最终，整个火星的大气压降成仅为地球的1/150，在这么低的大气压下，火星表面液态水无法存在，其一点残存的水分只能转入地下，或成为深藏不露的地下水，或变成地下永冻层。而火星地表则变得永远荒凉干燥。 　　几十亿年下来，小矮个火星根本无法保住自己的大气层，气压低，则大气吸热和存热能力低，天寒地冻，地表液态水消失。强烈的紫外线与各类宇宙射线长驱直入，把地表消毒得干干净净，连有机分子都被分解怠尽，不复存在。即使生命能耐高温、高压、无氧、高碱、超咸的环境，但是却无法抗拒高辐射能量。辐射能打入细胞内核，击断遗传基因长链，扼杀生命复制演化的契机。因此，数十亿年前火星上的生命，至今恐怕早已灰飞烟灭，或变成化石，或深藏地下，不再露面了。 　　　　生机勃勃的地球 　　而地球是幸运的，它恰倒好处的引力维系住了原始的大气层和液态水。但早期地球的环境也极为恶劣，陨石风暴过后，火山活动活跃、硫磺浓汤漫流、地表灼热、闪电频频，没有一点氧气。今天绝大部分地球生物，是无法在那个环境中生存的。 　　但生命的顽强正表现在这里。从天上来的简单的有机分子，在氮、碳、氢气体丰富、温暖潮湿的环境下，首先进化出来的是厌氧古细菌，它们生活在90℃以上，吸收硫、氢、二氧化碳等化学能量生长繁殖，如果温度低于80℃则停止生长。因此它们具有耐高温、喜硫磺和甲烷等古怪个性，适应了当时异常恶劣的环境——最初的生命在地球上站稳了脚跟。 　　然后，地球生命的转折时刻到了，肩负着伟大转折使命的是一种早已消亡的古细菌——氰细菌。它首次使用太阳能进行光合作用，摄取二氧化碳，吐出氧气，此后对地球大气持续加氧10亿年，彻底改变了地球原有的大气成分，也永远改变了地球的未来命运。它们为未来更高级更复杂的喜氧生命披荆斩棘，开创了崭新的环境，而自身却不幸葬身于这个环境。地球生命史上最悲壮的一幕——“氧的大屠杀”，使第一代地球生命古细菌几乎全部灭绝，目前只有一点残余躲在深海海底。 　　氰细菌的伟大献身换来了地球上湛蓝的天空，当氧气充溢着地球天空时，地球生命开始了一个长达30余亿年的波澜壮阔的进程。 　　在火星与地球的生命竞赛中，地球最终成为胜利者，孕育了万千生命，并成功地诞生了高级智慧生命，现在已是一个生机勃勃、充满活力的行星；而小个子火星则因气力不支，很快就退出了竞争，现在成为一个万籁俱寂、死气沉沉的行星。 　　这两颗星球的生命故事告诉我们：生命诞生所依赖的条件是极为苛刻的，即使是像火星这样同地球如此相似的星球，其艰难的生命历程也半途停顿，那么，在宇宙其它地方，生命产生发展的可能性又有多大呢？ 　　　　寻找火星生命的遗迹 　　火星上寻找生命的遗迹一直扣人心弦，原因有两个：一是人类好奇心驱使想要通过它验证一下到底外星有没有类地文明，哪怕火星上有一点生命的遗迹，也足以让人喜出望外，从而使人们对宇宙的思考改观；另外一个原因则是地球生命起源的谜题尚未完全解开，人们希望火星可以多提供一些线索。 　　据说“海盗”号探测器开始发回科学数据后，一位报业人士向一位科学家约稿，要求对方用100个单词的电报回答火星到底有没有生命，这位科学家就将“Nobody knows”(无人知道)重复了50遍作回复。事实上，到了今天，如果有人问起能否找到火星生命的遗迹，科学家的回答仍然将是“无人知道”。 　　确实，这项工作的开头就非常困难。火星距离地球数千万公里之遥，以现今的科学技术，人类还无法亲临火星，目前只能有三种间接的方法寻找火星生命的证据：一种是对被认为来自火星的陨石进行检测；一种是对火星轨道探测器发回的观测数据和照片进行分析；最后一种是由火星登陆车取得火星土壤样本进行化学和生物试验。 　　火星样本试验取得了积极的结果。从那块著名的火星陨石ALH84001身上，科学家们发现了它内部布满了呈球状的碳化物，球的直径在100-200微米之间；球的交界处有卵圆形的物体，更加微小，形状很像人类熟知的杆菌，但体积最大的也只有杆菌的1/10。进一步分析发现，球内含有数种磁性矿物质，与地球各类含磁铁细菌体内成分相似。 　　火星探测器的探测也取得了一定的成效，科学家们正依据从探测器得到的数据，结合地球经验作出种种最大胆的设想。2001年11月，匈牙利科学家宣称，他们发现火星存在“黑生物”。这个科学家小组表示，“火星全球勘探者”拍摄的照片显示，在火星冰雪覆盖的南极环形山有几千个黑色沙丘点，这些点显示，在冰层下面的地面有生物体，它吸收太阳能，可以融化冰，为自己制造生存的条件。 　　当然，目前最好的方法还是让火星登陆车直接登临火星，让车上先进的精密仪器对火星土壤进行细致地检测。今天，当人类的携带火星登陆车的探测器竞相向火星进发时，我们可望在火星上什么地方找到生命的遗迹呢？目前人类对火星生命模式，可从三方面探讨。 　　第一方面，在火星形成后的10亿年中，自然环境可能促成生命起源。后来环境每况愈下，生命再挣扎了十余亿年，终于全面绝种，只留下化石遗迹。 　　第二方面，火星生命也可能在起源后继续演化，适应环境，深入地下水源，繁殖生长，或长期冬眠潜伏，伺机再出。 　　第三方面，火星生命可能从未成形就胎死腹中，只留下一些氨基酸化学分子演化的蛛丝马迹。 　　火星有巨大的死火山，火山底部可能尚有余热，火星又有大量地下冰源，两个条件放在一起，火星可能还有地底温泉。温泉环境湿热，又可能有硫磺“粮仓”，是类似地球古菌类的生存场所，这最可能是火星细菌生命生长繁殖的温床。 　　陨石风暴后，火星地热丰富，大气厚实，湖泊广布。此时形成的湖底沉积层，如水手号谷内的深壑地层，应是细菌生命的最爱。现在虽然早已斗转星移，海枯石烂，但仍应该是细菌生命或细菌化石的藏匿之地。 　　火星开始冷却后，永冻层逐渐形成。目前火星的冰层都在高纬度，赤道带极度脱水，高纬度冰层底部可能有淙淙细流的地下水溪，那也可能是火星生命的藏身之地。 　　火星肯定还有更多的生命热点，只是人类目前数据贫瘠，仍需努力搜集。现在，种种结论都无法成为定论，人们正在期待着火星探测器给我们揭示火星更多的奥秘。（桂隆） 　　来源：新浪科技

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