火星發(fā)現(xiàn)多樣復雜有機分子 或指向更宜居的遠古環(huán)境

美國宇航局（NASA）“好奇號”火星車在火星表面開展的一項全新化學實驗，首次在另一顆行星上揭示出種類豐富的有機分子，其中包括與地球生命起源密切相關的關鍵成分。這一發(fā)現(xiàn)顯示，火星表層物質具備長期保存復雜有機物的能力，為評估火星過去的宜居性提供了重要線索，同時也為未來尋找遠古生命痕跡的任務奠定基礎。

研究由佛羅里達大學地質學教授、同時也是“好奇號”和“毅力號”科學團隊成員的艾米·威廉姆斯（Amy Williams）領導，她表示，團隊認為這些被檢測到的有機物可能在火星上保存了約35億年之久。“如果我們希望在火星上尋找以有機碳形式保存下來的生命證據(jù)，首先必須確認遠古有機物能否在那樣的環(huán)境中長期保存，而這次結果表明，這是可能的。”她指出，這對評估火星古環(huán)境是否適合微生物生存尤為關鍵。

“好奇號”于2012年在蓋爾隕石坑著陸，主要科學目標是判斷火星在數(shù)十億年前是否存在可供微生物生存的環(huán)境；2021年抵達火星的“毅力號”則更直接地以尋找古老生命痕跡為任務重心。此次公布的新成果針對的是“好奇號”在蓋爾隕石坑中一處名為“格倫托里登”（Glen Torridon）的區(qū)域開展的實驗。這一地區(qū)富含在水環(huán)境中形成的粘土礦物，被認為是有機分子最有希望被捕獲并保存下來的地方。

根據(jù)發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）的論文，這次實驗共識別出20多種不同化學物質，其中包括含氮的有機分子，其結構與參與構建類似DNA分子的化合物相近，這類結構此前從未在火星上被檢測到。此外，團隊還發(fā)現(xiàn)了苯并噻吩（benzothiophene）等大型含硫有機分子，這類雙環(huán)結構化合物在行星演化早期常通過隕石輸送到行星表面，被認為是構成生命前體的重要“原料包”之一。

威廉姆斯指出，降落到火星和地球上的隕石在早期太陽系中經(jīng)歷了類似的富集過程，“當年降落在地球、可能為生命提供起始積木的那一批物質，也同樣降落在火星上”。這意味著，至少在化學原材料層面，火星與地球在早期存在某種程度的共性。研究人員強調，當前的實驗仍無法回答這些有機物究竟是源于古老生命活動、地質過程，還是外來隕石輸入，但它們證實了火星淺層地殼具備保存復雜有機分子的能力。

這項工作依托的是“火星取樣分析”（SAM）科學儀器套件，由美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體生物學家詹妮弗·艾根布羅德（Jennifer Eigenbrode）等人負責。“好奇號”在機載實驗室中使用了一種名為TMAH的化學試劑，將巖石樣品中的大分子有機物裂解成更小的片段，以便SAM儀器進行分析。由于“好奇號”攜帶的TMAH總量只有大約兩杯，科研團隊必須在任務早期就慎重選擇最佳鉆取位置，以最大化科學回報。

實驗樣品來自“好奇號”在“瑪麗·安寧”（Mary Anning）地點鉆取的巖石粉末。這個地點以19世紀英國古生物學家瑪麗·安寧命名，被視為蓋爾隕石坑中最具代表性的遠古湖相沉積記錄之一。此前的地質和礦物學調查顯示，這里曾經(jīng)有持續(xù)存在的液態(tài)水，沉積物富含粘土礦物，為捕獲并封存有機分子提供了“天然保險箱”。最新實驗結果進一步佐證，正是這類粘土富集區(qū)，最有可能保留火星上曾經(jīng)發(fā)生的重要化學乃至生物學故事。

研究團隊強調，盡管發(fā)現(xiàn)的有機物與地球生命的某些關鍵組成非常接近，但現(xiàn)有機載分析能力無法給出它們是否由生命過程產(chǎn)生的明確結論。要確認真正的“生物特征”，仍然需要將火星巖樣帶回地球，在更復雜精細的實驗條件下進行同位素、分子結構和微觀形態(tài)等多層次的綜合鑒別。這也與當前“火星樣本返回”（Mars Sample Return）構想高度契合：軌道器和上升火箭將在未來任務中嘗試把“好奇號”和“毅力號”緩存的樣本送回地球實驗室。

此次TMAH實驗的成功，不僅重新塑造了科學界對火星淺表環(huán)境保存能力的認識，也直接影響了未來深空任務的實驗方案設計。文中指出，歐洲“羅莎琳德·富蘭克林”（Rosalind Franklin）火星車任務以及飛往土星衛(wèi)星——泰坦（Titan）的“蜻蜓”（Dragonfly）任務，預計都將采用類似的化學裂解和分析技術，在更多天體上系統(tǒng)搜尋復雜有機物。在威廉姆斯看來，“我們現(xiàn)在知道，在火星淺層地下保存著體量龐大的復雜有機物，這為未來尋找能夠直接指示生命存在的大型有機分子提供了非常令人鼓舞的前景。”

盡管火星是否曾經(jīng)孕育生命這一根本問題依舊沒有答案，但“好奇號”的這次發(fā)現(xiàn)證明：火星的遠古環(huán)境曾具備豐富的有機化學資源，并且這些資源能夠在地質時間尺度上被鎖存在巖石與粘土礦物之中。隨著后續(xù)火星車繼續(xù)在蓋爾隕石坑和其他目標區(qū)域鉆取樣本，并結合“毅力號”在杰澤羅隕石坑內對三角洲沉積物的探索，人類有望在未來幾十年內，對火星的“生命可能性”給出比現(xiàn)在清晰得多的答案。