火星和生命的“第二起源”

火星 · 2016-11-23 02:27:26

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<h2>各异其趣的两种“火星人”。</h2>

大部分科学家都在用火星车、太空望远镜和巨大的射电抛物面天线寻找外星人，但地质生物学家Joseph Kirschvink却认为外星生命的首个证据可能就端坐在NASA约翰逊太空中心的书架上，隐藏在一块偶然落到地球的火星岩石内。 　　 　　Kirschvink在加州理工学院的办公室内挂着一幅黑白的陨石照片。放射性测定结果表明，这块石头形成于40亿年前。那时火星还是个温暖湿润的地方。在一次陨石撞击事件中，它从火星表面飞溅而起，在太空中游荡。1600万年前，它到达地球。　　 　　这块石头落在了南极冰盖上，直到1984年才被人发现，并命名为ALH84001。科学家对封存在岩石小孔内的气体进行了分析，结果表明它来自火星。依据是这些气体的化学特征符合1970年代水手号探测器的火星大气探测结果。 　　 　　不仅如此，ALH84001身上似乎还有生命的遗迹。如果真是这样，那么这不仅意味着火星上存在过生命，而且它们已经飞越浩瀚的太空，来到了地球。Kirshvink认为，生命在太阳系内出现了不止一次——而且并非起源于地球。“我认为，40亿年前火星上就已经有了细菌，”他说。　　 <blockquote>　　这就意味着——地球上的一切生物——都是火星微生物的后代。</blockquote>　　 　　但是对Chris McKay来说，这样的结果会有点儿令人失望。“我的工作是寻找其他世界的生命，”McKay说，他是加州山景城NASA阿姆斯研究中心的行星科学家。“而且不单是要寻找外星生命，还要寻找所谓的生命‘第二起源’。” 　　 　　McKay说这两者间有本质的区别。假如我们在太阳系内的其他地方发现了生命，而它们的生化结构——如DNA或常见蛋白质——和我们的相似，那我们仍然无法判断宇宙中是否充满着生命。因为火星有可能会被地球生命污染，反之亦然。在这种情况下，无论谁被谁感染，两者都是幸运的，都是荒芜宇宙中的特例。　　 　　但是假如我们发现了生命的第二个起源，那它就是宇宙充满了生命的有力证据。“一个起源和两个起源之间存在着极大的差异，”McKay说。

生命的迹象：Allan山84001陨石是1984年在南极洲发现的。这块源自火星的石头内含有微小的磁铁晶体，这些晶体是某些地球细菌用来感知磁场的工具。维基百科　　 　　能够说明ALH84001内含生命遗迹的线索有四条。最上镜的是岩石内存在的微型管状结构，这些结构类似于地球细菌细胞结构的化石。另外科学家还从中检测出了通常属于生物活动副产品的矿物质踪迹，以及地球微生物产生的有机物球体。第四条证据最让Kirschvin感到兴奋——陨石内存在着微小的磁铁晶体，也就是所谓的“磁小体”。地球上的细菌把它们当作是感知磁场的工具。　　 　　在这四条线索的鼓舞下，NASA于1996年举行了新闻发布会，宣布“火星上可能有生命”，并在《科学》杂志上发表了相关论文。克林顿总统也曾称赞这项研究。“假如这个发现被确认，那么毫无疑问将成为人类对宇宙中那些科学未知的领域最令人震惊的感悟之一，”他说。生物学家、地质学家、行星科学家和物理学家纷纷要求NASA提供岩石样本，以便他们确认这个发现。　　 　　多年以后，大多数科学家得出的结论是，这些证据不充分，至少不能成为其他行星上存在生命的确证。通过大量实验，人们发现这些所谓的“细菌化石”、矿物质和有机物都可以通过自然方式产生，而未必是生物学方式。　　 　　然而Kirschvink却坚信，磁铁晶体这条线索是个例外。1996年时，他也曾收到过陨石样本，随后便从中发现了数百个磁铁晶体。在用电子显微镜对这些直径只有数十亿分之一米的晶体扫描后——他们发现其中的27%与地球细菌所产生的晶体几乎完全一致。　　 　　他们于2000年发表了这一成果，Kirschvink说，还没有哪种非生物机制能够产生这些磁小体。“最显而易见的解释是什么？生物。”　　 <blockquote>　　假如火星是生母，那地球就是养母。</blockquote>　　 　　Kirschvink在他的办公室电脑屏幕上拉出了几张磁小体照片；它们看起来像是极其微小的球体。他说，在地球细菌身上发现的磁小体和火星陨石内的磁小体在两个方面极其相似：外形和纯度。磁小体是由磁铁晶体构成的，是一种常见的磁性矿物质。自然形成的磁铁晶体外形是八面体。但是在细菌体内，它们是长球状，这样的外形能够强化磁性，成为细菌的“指南针”。　　 　　磁小体的晶体纯度比普通磁铁高。“磁铁是矿物质‘垃圾收纳袋’，”Kirschvink说。“因为有磁性，因此它们体内会堆积起很多污染物。但晶体是纯净的，”他指着电脑屏幕上的照片说。“我们还从未在生物学范畴之外见到过这类东西。”NASA学者1996年发布的四条线索中，只有磁小体还未被证伪，他说。“根本没有。人们大多已经厌倦，但是我还从未见过非生物学机制能够产生具有这种特点的晶体——一个都没有。”　　 　　Kirschvink的许多同事不怎么同意他的看法。McKay说，细菌产生的磁小体通常会形成长链，就象珍珠项链一样，而不是单个的晶体。“假如磁小体是排成项链状的，那不仅是Joe，所有人都会被说服。假如Joe在陨石内发现了这个，那我就会说‘确实是这样！’”成串磁小体是否就可以证明火星上曾经有生命？“可以，”McKay说。“但是单个晶体不能。”　　 　　佛罗里达盖恩斯维尔应用分子演化基金会主任、生化学家Steven Benner同意McKay的说法，但是认为Kirschvink并没有失败。“Joe拥有一个少数派观点，”他说。“这是一个有趣的假说。我不认为陨石内存在火星生命的可能性已经完全被排除。我认为Joe手中有的是陨石内存在生命遗迹的最有力样本。”　　 　　Kirschvink对质疑已经习以为常，他知道必须找到磁小体长链来说服他的同事。问题在于，他说，要想从坚硬的火星陨石里分离出磁小体，而同时又不破坏它，是件极为困难的事。唯一能用的精密切割工具是所谓的“离子铣削机”，它能够向陨石发射原子束，把磁小体周围的物质切割开来。这样就能够揭示这些晶体是单个的，还是附着在深入岩石内部的长链上的。Kirschvink打算在日本研究人员的协助下对石头进行解剖研究。

大峡谷：火星上的水手谷是太阳系最大的峡谷之一，它长约2500英里，深约23000英尺。科学家认为，水在它的形成过程中起到了一定作用。维基百科　　 　　陨石ALH84001的年龄比最早出现的地球生命还要大。因此假如Kirschvink的猜想没错，那么就意味着在地球生命出现之前，火星上就已经有了生命。虽然今天的火星十分寒冷干燥，大气密度只有地球的百分之一，但在40亿年前，那里却是温暖湿润的。NASA的火星车现在正在火星表面行进，它们已经发现火星远古时期曾经存在过湖泊和河床，这表明火星曾一度被浅海覆盖，大气也比今天浓厚得多。　　 　　尽管许多科学家认为，水是生命最重要的成份，但是地球上的水曾经一度过于丰富。“有确凿的证据表明，早期地球曾被水完全覆盖，”Kirschvink说。没有陆地，形成生命的基本化学原料就难以产生。“原因很简单……例如要把两个氨基酸连接成蛋白质，就必须排除水的影响。”氨基酸分子泡在海里是没有办法结合在一起的。生命也需要陆地——具体地说，是滩涂——才能够启程。远古地球可能一点儿陆地都没有，但是火星却有。　　 　　“我们讨论的是一个40亿年前的世界，所以这一切还有争议，”Kirschvink说。“但是很明显，火星南半球有高地，同时也极有可能存在一个北极海床。假如我们同时考虑火山、降雨和河流——那么生命就可能会在那些地方产生，而且会非常繁盛。”这个在Kirschvink看来极有可能出现过的场景意义非凡：生命起源于火星，在陨石的传播下，扩散到了地球。随后我们——以及地球上的一切生命——才得以出现。我们都是火星微生物的后代。按照Kirschvink的观点，我们无需在其他世界寻找外星人——而只要照一下镜子。“我真的认为我们是火星人，”他说。在Kirschvink看来，火星上的生命并非是McKay致力于寻找的所谓“第二起源”。　　 　　虽然一个多世纪以来，有不少人认为地球生命的种子是彗星或陨石带来的，但在科学家那里，这仍是一种少数派观点。大部分科学家都还没有准备好接受地球生命拥有火星血统这样的想法。火星距地球至少有3000万英里——无论对人类，还是对微生物来说，都是一段极其漫长的旅程。但是从火星表面飞溅而起的石头到达地球可能只需六个月。细菌有惊人的耐受力，躲藏在岩石内的细菌能够活着到达地球。国际空间站舱外的细菌孢子，在完全暴露在真空和致命宇宙辐射的条件下能够存活18个月。最近瑞士学者通过实验又发现，火箭壳体外的细菌DNA，在经受重入大气层的灼烧后仍然具有活性。　　 <blockquote>　　他们必须挖得很深才行，但是我认为发现外星生命的机率高于50%。</blockquote>　　 　　假如火星细菌在数十亿年前到达地球，就会掉进一锅营养浓汤——海洋里。那里充满了溶解的二氧化碳、铁和磷。虽然在一个彻底的水世界里生命可能难以成形，但是它们一旦已经在某些较为干燥的地方出现，那么在地球的海洋里就可以生长得非常繁盛。而且新来的火星生命没有竞争对手。“生命所需的一切都已备好，”Kirschvink说。“然后：啪！一块来自火星的陨石落了下来，那里面隐藏着细菌的孢子。繁殖是呈指数级的，因此只要有一个能够自我复制的细菌到达，它就会接管一切。”　　 　　那么火星呢？为什么生命起源于那里，那里却没有变成另一个地球，没有形成一个遍布多样植物和动物的生态系统？为什么火星上的远古河流和海洋消失了？主要原因可能在于火星的体积。火星太小，以致于无法长久地维持生命。它的质量只有地球的十分之一，引力不到地球的一半，因此留不住大气。对生命来说必不可少的大气注定会在太空中慢慢流失。失去了大气的火星逐渐变成了一个寒冷而荒芜的世界。　　 　　“假如火星是生母，那地球就是养母，”Kirschvink说。他认为，生命的起源有一个悲剧性因素。使火星成为理想生命诞生地的条件之一是它较小的体积，较小的体积能够让火星从原始熔融状态中快速冷却，因此生命能够更早启程——但与此同时，较小的体积也意味着生物无法在那里持久繁盛。“我们的太阳系可能具有某种特殊性，它既有火星那样能够产生生命，并把它们传播出去的生母，也需要有地球那样与之相邻，能够领养她孩子的养母。而火星却注定会很快死去。”

当Kirschvink在地球上搜寻ALH84001磁小体的同时，其他科学家也打算去火星做同样的事。NASA喷气推进实验室的科学家制定了一个计划，想要从火星表面获取岩石样本，并把它们带回地球。虽然这个任务还没有时间表，目前也还没有获得资助，但McKay说，假如火星上曾经存在细菌，那么它们的化石就会留在那里，等着我们去发现。“磁小体是极好的目标，”他说。“它们相当于细菌的骨骼。”　　 　　还有人认为，在未来的任务中，我们有机会发现更多。火星上的生命可能仍然幸存着，只是它们深藏在地底，比利时根特大学的生化学家Gaetan Borgonie这样说。这些有机体可能和地球地底深处的生命很像，而人类对它们还知之甚少。　　 　　Borgonie从2008年末开始领导着一个小组，他们在南非的一个金矿里发现了一种蠕虫。这种新的蠕虫生活在地底2英里处，是迄今为止发现的生活得最深的陆生生物。研究人员给它起名为魔鬼蠕虫（Halicephalobus mephisto），意取浮士德传说中的魔鬼。虽然这些蠕虫的长度不过半毫米，但是比那些生活在同样深度的细菌要复杂庞大得多。这些蠕虫被某些新闻报道称为“地狱蠕虫”，它们靠吃细菌生存，而作为食物的细菌赖以生存的是岩石内的矿物质。　　 　　这些发现对科学家的外星生命搜寻工作具有指导意义。许多地球生命都很微小，默默无闻，生活在地底深处，火星上可能也是一样。“假如生命源自那里，那动物和植物可能会有30至40亿年的时间来演化，它们可能现在仍然在那里。生命总会找到办法。总是这样，”Borgonie说。“假如NASA和ESA开始在火星上发掘生命，他们必须挖得很深才行，但是我认为发现外星生命的机率高于50%。”　　 <blockquote>　　他在头顶挥舞着双手，模仿着这些冰喷泉的喷发。“这就像是个免费的样本，来拿点儿吧！”</blockquote>　　 　　Kirschvink对此也有同感。笔者以“火星人对火星人”的方式向他发问：假如今天生命仍然在火星上存在，那它们会在哪里？他明确表示，它们不太可能在火星表面。“气压太低，水都沸腾了。大部分地区的气温几乎终年低于冰点。但是我们知道，生命一旦开始演化，就能够向极端环境迁移。在地球上。它们既能够入地，也能够上天。它们没有办法在那样的环境里产生，却能够迁移到这样的环境里。假如火星上能够产生生命，那它们很可能已经迁移到了其他环境里，并且在那里艰难地生存下来。”　　 　　但并不是所有人的看法都相同。Steve Mojzsis是博尔德科罗拉多大学的行星地质学家，他认为我们缺乏能够表明火星上存在生命的明显迹象，因此生命可能从未在那里存在过。“地球上生命无处不在，从最干旱的荒漠，到最寒冷的冰川；从最高的山脉，到最深的地底——它们扩散在整个行星上；我们的行星拥有一个生物活动外壳。而火星呢？却没有任何迹象。我们向火星派遣了庞大的探测器舰队——与1950年代恐怖电影里所描述的恰好相反——但是我们却一无所获。”　　 　　“挖地三尺”是个好方法。McKay正在推动一项在火星地底寻找生命的计划，想在火星北极的冻土上钻一个大约1米深的洞。这个计划名为“生命破冰”，假如获得NASA的同意，探测器将于2018年发射。McKay原本想钻10米深，这样就能够到达地表以下不受太阳辐射影响的地方。但是在探测器上装一个30英尺长的钻头让预算超支了。　　 　　虽然可以把钻头拆解后装在探测器上，再在火星上重新组装——但这也行不通，因为当前还没有一种机器人能够如此灵巧。因此McKay和他的小组只能把钻头的长度缩短到1米，它能够在探测器着陆后旋转着钻入火星地表较浅的地方。　　 　　McKay在南极对“生命破冰”组件进行了测试。其中一种原型能够在大约一个小时内钻入3英尺深的冻土。开发完成后，“生命破冰”每钻2英寸就会用刷子收集样本，然后送入分析仪，寻找酶等生命迹象——甚或是任何完整的、活着的生命。

家园，冰封的家园：假如有得选的话，Chris McKay会在土卫二（Enceladus）上寻找外星生命。这是土星的一个卫星，表面有100多个间歇喷泉，能够把冰喷入太空。维基百科　　 　　假如在火星上发现了生命，那么它和地球生命的关系要通过基因分析来确定。分析结果既可能支持Kirschvinkr的生命起源火星说，也可能符合McKay的火星“第二起源”说。但即便火星并非“第二起源”，在宇宙的不同地方，生命能够独自产生的可能性仍然存在——它们可能存在于几光年外围绕其他恒星运行的数以百计的系外行星上，也可能存在于我们太阳系内的其他天体上。　　 　　在McKay的愿望清单上，土卫二（Enceladus）被排在了榜首。它数英里的冰盖下隐藏着一个海洋，同时拥有一百多个间歇喷泉，能够向太空喷出数百英里高的冰。假如土卫二的海洋里存在生命，那么这些冰喷泉可能会透露出与它们有关的化学线索。McKay在描述这个卫星的羽状喷出物时，无法掩饰心中的热情：他在头顶挥舞着双手，模仿着这些冰喷泉的喷发。“这就像是个免费的样本，来拿一点儿吧！”他说。　　 　　McKay已经和日本研究人员会面，商讨进行土卫二联合探测。他希望NASA和日本能够向土卫二的冰喷泉发射探测器。穿越喷泉时，覆盖着粘性凝胶的机械手能够收集喷出物，随后探测器会把样本带回地球。同样的技术曾在2006年用过，当时用来获取的是彗尾物质，因此并不存在新的技术障碍。由于土星距我们比火星要远十倍以上，因此土卫二和地球生命共享同一生命起源可能性较小，而且也会提升McKay在这个遥远海洋深处发现第二个生命起源的概率。　　 　　即便事实证明火星和土卫二，以及我们太阳系内的其他天体上都没有生命，宇宙中仍然存在着大量对生命友好的行星。NASA开普勒太空望远镜已经记录了1000多个围绕其他恒星运行的行星，而据天文学家估计，仅我们银河系内就可能拥有400亿个与地球类似的世界。假如那里有生命，那么由于和我们距离极远，存在生命的“第二起源”将会是确凿无疑的。如此众多的宇宙家园，怎么可能都没有生命？正如一个多世纪前，苏格兰哲学家托马斯·卡莱尔所说，“假如它们都不适宜居住，那实在是太浪费了。”　　 　　文/Tim Folger 图/Jing Wei 译/老孙

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