稀有元素可以說明火星過去的生命之路

【博科園-科學科普】在過去的幾十年里我們對火星的研究揭示了一些關於地球的非常有趣的事情。在20世紀60年代和70年代初水手探測器顯示火星是一個乾燥的、寒冷的行星，很可能沒有生命。但隨著對火星的了解不斷加深已經知道火星曾經有一個溫暖的、濕潤的環境，可以支持生命存在。

火星2020號火星探測器的概念圖，圖片：NASA

這反過來又激發了多個任務，他們的目的是尋找過去生活的證據。然而在這個搜索中，關鍵的問題是去哪裡看找什麼？在一項由堪薩斯大學的研究人員領導的新研究中，一個國際科學家小組建議未來的任務應該尋找釩。他們聲稱這種罕見的元素可以指向化石的生命跡象。

在堪薩斯大學的地質學副教授克雷格·p·馬歇爾(Craig p . Marshall)領導下，國際團隊成員包括來自Argonne國家實驗室的成員，沙烏地阿拉伯Aramco的地質技術服務部門列日大學和悉尼大學，研究名為「微化石中釩的成像：一個新的潛在生物特徵」，最近發表在科學雜誌《天體生物學》上。

這幅插圖用激光拍了一塊石頭。圖片：NASA/JPL-Caltech

要清楚在火星這樣的星球上發現生命的跡象並非易事。正如克雷格·馬歇爾在堪薩斯大學的新聞發布會上所指出的：

「如果你是在地球上的微化石上尋找古老的沉積岩，那麼你的工作就被砍掉了——甚至在火星上也如此。在地球上岩石已經存在了35億年，構造碰撞和重新排列已經給岩石帶來了很大的壓力和壓力。而且這些岩石可以被掩埋，溫度也會隨著深度的增加而增加。

在論文中馬歇爾和他的同事們建議像NASA的「火星2020」號火星探測器，歐洲航天局的ExoMars 2020探測器，以及其他的表面任務，可以將拉曼光譜與尋找釩的搜索結合起來，以找到化石生命的證據。在地球上這種元素在原油、瀝青和黑色頁岩中被發現，它們是由生物有機物質的緩慢衰變形成的。

此外古生物學家和天體生物學家利用拉曼光譜技術，在火星上尋找生命跡象，這一技術揭示了樣品的細胞成分。在這方面釩的加入將提供作為生物標誌的材料，以證實在研究的樣本中有機生命的存在。

人們說如果它看起來像生命，有一個碳的信號那麼就有生命。但是，當然我們知道在其他過程中也可以有碳質材料，比如熱液噴口，與看起來像微化石一樣，也有一些碳信號。人們也會人為地製造奇妙的碳結構看起來像微化石。所以現在正處於一個關鍵時刻，很難判斷是否只有在形態學和拉曼光譜的基礎上才有生命。

火星2020著陸系統，圖片：NASA/JPL

這並不是馬歇爾和他的合著者第一次提倡使用釩來尋找生命的跡象。這是他們在2015年的天體生物學科學會議上發表的演講的主題。更重要的是馬歇爾和他的團隊強調，使用已經成為NASA火星2020任務一部分的儀器，將有可能完成這項技術。

他們提出的方法還包括一種叫做x射線熒光顯微鏡的新技術，它可以觀察元素組成。為了測試這一技術，研究小組研究了一種被稱為「尖酸」的有機物-壁微化石。從數據中證實了在微化石中存在著釩的痕迹，這些化石是無可辯駁的有機來源。

馬歇爾說：我們測試了在一個微化石上的一個概念驗證，在那裡沒有任何疑問，我們正在研究保存的古代生物學，認為這個微化石的時代是泥盆紀。這些人是水生微生物——他們被認為是微藻，一種真核細胞，比細菌更先進。我們發現了在藍藻材料中你所期望的釩含量。

這些微生物化石可能與數十億年前火星上存在的生物不同。其他的科學研究也表明，釩是由生物體經歷由熱和壓力引起的轉換過程(即成岩蝕變)所產生的有機化合物(如葉綠素)的結果。

圖註：

ESA的ExoMars rover(前景)和俄羅斯靜止的表面科學平台(背景)的概念圖。圖片：ESA/ATG

換句話說在生物死後被埋在沉澱物中，在他們的遺體中，有一種被埋在越來越多的岩石層(即石化)的遺迹。或正如馬歇爾解釋的那樣：

釩在葉綠素分子中被完全分解。葉綠素通常在中心有鎂——在埋藏的過程中，釩取代了鎂。葉綠素分子與碳質物質糾纏在一起從而保護了釩。這就像如果你把一根繩子放在你的車庫裡，然後把它放在你的車庫裡，這樣你就可以在下次需要的時候把它解開。但隨著時間的推移，在車庫的地板上，它變得混亂，東西被捲入其中。即使你使勁搖晃東西也不會出來這是亂作一團。同樣地如果你看碳質材料發現有一堆雜亂的碳層把釩混合在一起。

這項工作得到了ARC國際研究基金會(IREX)的支持，該研究資助了旨在尋找細胞外生命的生物特徵的研究——得到了澳大利亞同步加速器和位於阿貢國家實驗室的先進光子源的額外支持。展望未來馬歇爾和他的同事們希望進一步研究利用拉曼光譜研究碳質材料。

目前他們的研究似乎已經引起了歐洲空間局的興趣。豪厄爾·愛德華茲(Howell Edwards)也在使用拉曼光譜(他的工作得到了ARC grant的支持)進行研究，他是ESA的火星探索者團隊的一部分，他負責在2020年的「漫遊者」(ExoMars)上使用儀器。但是正如馬歇爾所指出的，該團隊也希望NASA考慮他們的研究：

希望美國宇航局的人能讀到這篇論文。有趣的是作為太空探測器x射線光譜儀的首席研究員的科學家，預計未來十年將是探索火星任務的大好時機。多艘漫遊者將探索火星表面，希望找到難以捉摸的生命跡象。這些任務還將為美國航空航天局(NASA)在本世紀30年代登陸火星的任務鋪平道路，這將是歷史上第一次宇航員登陸火星表面。

事實上如果這些任務能夠找到生命的證據，它將對未來的火星任務產生深遠的影響。它也將對人類的自我認知產生不可估量的影響，在數十億年前，生命並沒有在地球上出現！

參考：University of Kansas，Astrobiology

作者：Matt Williams

來自：Universe Today

編譯：中子星

審校：博科園

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