火星隕石中發(fā)現(xiàn)生命新證據(jù)

當(dāng)你仰望星空，是否想過在浩瀚的宇宙中，或許還有其他星球也存在生物？人類未來有一天如果需要離開地球，是否有其他宜居的行星？數(shù)百年來，人類從未停止過對(duì)地外生命的探索，甚至已經(jīng)找到了1100多個(gè)類似太陽系的行星系統(tǒng)。但是，最有可能、方案最可行的，應(yīng)該是在火星上首先發(fā)現(xiàn)地外生命。

宇宙大進(jìn)軍，火星大探測

火星上有生命嗎？如果表面上找不到生命的痕跡，那火星的深處呢？如果現(xiàn)在沒有，那過去呢？生命的孕育和進(jìn)化，需要一定的條件，火星擁有怎樣的氣候條件？

以美國國家航空航天局（簡稱NASA）為主導(dǎo)的火星探測，發(fā)射了一系列的軌道探測器和火星車，其最重要的目標(biāo)就是去了解火星過去的氣候和環(huán)境，這也是探索火星生命的第一步。大量高分辨率的圖片顯示，火星的地形地貌與河流和湖泊的侵蝕特征很相似，火星表面還探測到一些很可能從水體中沉淀出來的特有礦物（如石膏和碳酸鹽），以及跟水反應(yīng)后形成的粘土礦物，利用雷達(dá)波還探測到了地下冰層的存在。所有這些都顯示，火星表面應(yīng)該有過河流、湖泊、甚至海洋，完全具備維持生命的基本條件。

2004年歐空局發(fā)射的火星快車更是在火星大氣中探測到天然氣—甲烷，雖然含量極微（<30/100萬），且甲烷也可以是在巖漿或熱液中形成的，與生命活動(dòng)無關(guān)，但這一發(fā)現(xiàn)仍然極大地鼓舞了人類探索火星生命的熱情。

2012年抵達(dá)火星的好奇號(hào)是迄今為止最復(fù)雜和最先進(jìn)的火星車，已在火星上工作了2年多的時(shí)間，進(jìn)一步確認(rèn)了火星在歷史上曾經(jīng)是一個(gè)宜居的星球。2014年12月16日，NASA發(fā)布新聞，宣布好奇號(hào)在火星大氣中探測到7/100萬左右的極微量甲烷，并在火星土壤中首次檢測到有機(jī)質(zhì)。

NASA計(jì)劃在2020年發(fā)射新的火星車，將進(jìn)行就位探測并收集樣品。這些樣品將儲(chǔ)存在密封罐里放置于火星表面，有待今后發(fā)射的火星探測器將這些封裝好的樣品帶回地球，繼而在地球上的實(shí)驗(yàn)室做精確和微細(xì)的分析，期待能發(fā)現(xiàn)生命存在的直接證據(jù)。

天外隕石落，信息巧捕捉

除了發(fā)射一系列昂貴的火星探測器之外，要想了解火星還有沒有其他途徑呢？按照目前的計(jì)劃，人類預(yù)計(jì)要到2030年才能從火星返回樣品。但是，早在1815年人類就獲得了火星的樣品，即一塊名叫沙西尼（Chassigny）的火星隕石。這塊隕石于1815年被目擊降落在法國名為沙西尼的地區(qū)，隨后被當(dāng)?shù)鼐用袷占?。此后，又有另?塊火星隕石降落后被收集到，其中最近的一次是1962年降落在尼日利亞的扎加米（Zagami）火星隕石。但是，當(dāng)時(shí)人們并不知道這些隕石來自火星，因?yàn)榛鹦呛艽螅瑪[脫火星的引力場至少需要5千米/秒的速度。

月球比火星小很多，其引力也比火星小，石塊只要能達(dá)到2.4千米/秒的速度就能逃出月球。但是，之前一直沒有發(fā)現(xiàn)有類似于阿波羅的月巖。這種情形一直維持到1982年，科學(xué)家終于確認(rèn)1979年在南極發(fā)現(xiàn)的一塊隕石是來自月球。這一發(fā)現(xiàn)表明，在理論上是可以通過小行星的撞擊，從火星表面拋射出石塊，并最終掉落在地球上。

火星隕石攜帶的最關(guān)鍵證據(jù)，是其捕獲的火星大氣成分與1976年海盜號(hào)火星探測器所分析的火星大氣成分完全相同?；鹦请E石中普遍存在由于小行星撞擊所產(chǎn)生的高溫熔融而形成的玻璃，這些玻璃中會(huì)包裹當(dāng)時(shí)的火星大氣成分。近年來，人類發(fā)射的火星車對(duì)火星表面石塊進(jìn)行的的分析，也與火星隕石的分析結(jié)果相一致，因此，這些隕石來自火星在隕石學(xué)界已被公認(rèn)。提森特（Tissin）火星隕石于2011年7月降落在摩洛哥的沙漠中，并很快就被收集到。它是迄今為止最新鮮的火星巖石樣品，因此具有極大的科學(xué)價(jià)值，特別是對(duì)于研究火星古環(huán)境和有機(jī)質(zhì)而言，這是因?yàn)樗畲笙薅缺苊饬说厍虻奈廴竞惋L(fēng)化。

火星隕石，編號(hào)GR 020090，由我國第十九次南極科考內(nèi)陸隊(duì)采自格羅夫山。表面為黑色熔殼，是隕石以十幾千米/秒速度穿過大氣層產(chǎn)生的高溫熔融形成的玻璃，可以看出從下端向上的流紋。下端左側(cè)可見熔殼脫落后露出的灰色內(nèi)部巖石

提森特火星隕石。該樣品是一個(gè)大的碎塊，露出的表面是隕石內(nèi)部新鮮的巖石，其中黑色物質(zhì)是玻璃，是該巖石仍在火星表面時(shí)，被小行星高速撞擊后高溫熔融形成。在這一過程中，火星大氣會(huì)被包裹進(jìn)這些玻璃，類似于地球上的玻璃隕石或又稱“雷公墨”。因此，這些玻璃實(shí)際上保存了火星大氣的樣品。左側(cè)黑色表面為殘留的隕石熔殼

如今不毛地，曾有地下川

雖然主流觀點(diǎn)認(rèn)為火星表面有過水體，但那應(yīng)該是大約30億年前的情況。從那以后，火星的表面基本上處于一個(gè)寒冷、干旱的環(huán)境?；鹦潜砻娴乃?，有相當(dāng)一部分可能通過大氣、然后是電離層、最后被太陽風(fēng)吹走而丟失;另一部分可能以凍土和地下冰川的形式保存下來。

我國第19次南極科考內(nèi)陸隊(duì)在格羅夫山發(fā)現(xiàn)了一塊火星隕石。經(jīng)過科學(xué)家的研究，這塊火星隕石大約在2億年前由巖漿冷卻形成。我們利用國內(nèi)唯一的一臺(tái)納米離子探針，對(duì)這塊火星隕石進(jìn)行了細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)火星當(dāng)時(shí)存在地下水活動(dòng)，并且可能持續(xù)了25萬年之久。

納米離子探針是細(xì)至50納米的離子束，用它轟擊樣品的表面，使極其微小區(qū)域的樣品發(fā)生電離，產(chǎn)生的離子通過一個(gè)磁場之后，由于這些離子的質(zhì)量不同，偏轉(zhuǎn)程度也不一樣，繼而被分開，然后用離子檢測器統(tǒng)計(jì)各種離子的數(shù)量。我們用納米離子探針來分析隕石樣品中玻璃狀包裹體內(nèi)的水含量（即H的含量），發(fā)現(xiàn)從中央向邊緣水的含量不斷升高，這說明有液態(tài)的水從外部加入。另外，根據(jù)水在玻璃中遷移的速度，可以計(jì)算出這一過程持續(xù)了25萬年之久。這項(xiàng)研究證明，火星的巖漿侵入，其熱量會(huì)使凍土或地下冰川融化，形成地下水系統(tǒng)，并能持續(xù)相當(dāng)長一段時(shí)間，從而為生命的存在提供必要的條件。

雖然主流觀點(diǎn)認(rèn)為火星表面有過水體，但那應(yīng)該是大約30億年前的情況。從那以后，火星的表面基本上處于一個(gè)寒冷、干旱的環(huán)境。火星表面的水，有相當(dāng)一部分可能通過大氣、然后是電離層、最后被太陽風(fēng)吹走而丟失;另一部分可能以凍土和地下冰川的形式保存下來。

我國第19次南極科考內(nèi)陸隊(duì)在格羅夫山發(fā)現(xiàn)了一塊火星隕石。經(jīng)過科學(xué)家的研究，這塊火星隕石大約在2億年前由巖漿冷卻形成。我們利用國內(nèi)唯一的一臺(tái)納米離子探針，對(duì)這塊火星隕石進(jìn)行了細(xì)致的分析，發(fā)現(xiàn)火星當(dāng)時(shí)存在地下水活動(dòng)，并且可能持續(xù)了25萬年之久。

納米離子探針是細(xì)至50納米的離子束，用它轟擊樣品的表面，使極其微小區(qū)域的樣品發(fā)生電離，產(chǎn)生的離子通過一個(gè)磁場之后，由于這些離子的質(zhì)量不同，偏轉(zhuǎn)程度也不一樣，繼而被分開，然后用離子檢測器統(tǒng)計(jì)各種離子的數(shù)量。我們用納米離子探針來分析隕石樣品中玻璃狀包裹體內(nèi)的水含量（即H的含量），發(fā)現(xiàn)從中央向邊緣水的含量不斷升高，這說明有液態(tài)的水從外部加入。另外，根據(jù)水在玻璃中遷移的速度，可以計(jì)算出這一過程持續(xù)了25萬年之久。這項(xiàng)研究證明，火星的巖漿侵入，其熱量會(huì)使凍土或地下冰川融化，形成地下水系統(tǒng)，并能持續(xù)相當(dāng)長一段時(shí)間，從而為生命的存在提供必要的條件。

有機(jī)碳顆粒，生命新證據(jù)

利用電子顯微鏡，我們在提森特火星隕石中發(fā)現(xiàn)了僅有幾個(gè)微米大小的碳顆粒。第一個(gè)隨之而來的問題是，這些碳顆粒是無機(jī)的石墨，還是有機(jī)碳？為了確定這一點(diǎn)，我們利用激光拉曼光譜儀對(duì)這些碳顆粒進(jìn)行分析，將光束直徑1微米大小的單色激光照射在樣品表面，然后分析產(chǎn)生的散射光頗率，其結(jié)果與化合物分子的振動(dòng)有關(guān)，是鑒定化合物的有效手段。分析結(jié)果表明，這些碳顆粒不是石墨，而是一種不溶于水和有機(jī)溶劑的大分子有機(jī)物，學(xué)名為干酪根，跟煤相似。

火星有機(jī)質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，是件令人振奮、令人期待的事情。但緊接著第二個(gè)重要問題是，這些有機(jī)質(zhì)真的是來自火星嗎？會(huì)不會(huì)是該隕石落到地球上后受到了污染？讓人欣慰的是，提森特火星隕石非常新鮮，因此污染的可能性很小，但這還不夠令人信服。我們有兩個(gè)關(guān)鍵的證據(jù)，可以證明這些有機(jī)質(zhì)確實(shí)來自火星。首先，這些有機(jī)碳顆粒中有一部分是被包裹在小行星撞擊熔融產(chǎn)生的玻璃中，說明這些有機(jī)質(zhì)碳顆粒的形成早于這一撞擊事件，因此，它們顯然是來自火星;其次，我們用納米離子探針分析了這些有機(jī)碳顆粒的氫同位素組成。氫有2個(gè)穩(wěn)定同位素，即氫（只有1個(gè)質(zhì)子）和氘（1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)中子）。分析的數(shù)據(jù)顯示，這些有機(jī)碳顆粒具有高的氘/氫比值，完全不同于地球物質(zhì)，這也是火星來源的重要證據(jù)。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所引進(jìn)的國內(nèi)唯一納米離子探針大型分析設(shè)備。在這個(gè)平臺(tái)上我們開發(fā)了很多分析方法，可以對(duì)小至1微米（千分之一毫米）的樣品測定其年齡、分析化學(xué)元素組成，以及各種元素的同位素組成?；鹦请E石有機(jī)碳的全部成分分析就是在這臺(tái)儀器上完成的

生物成因有依據(jù)

雖然地球上絕大部分有機(jī)質(zhì)是生命活動(dòng)的產(chǎn)物，但火星上的有機(jī)質(zhì)有三種可能的成因。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，巖漿活動(dòng)或熱水溶液中能夠形成有機(jī)質(zhì)，如一些甲烷氣體（天然氣的主要成分）。美國有科學(xué)家團(tuán)隊(duì)也在包括提森特在內(nèi)的多塊火星隕石中發(fā)現(xiàn)了有機(jī)碳，但他們將這些有機(jī)碳解釋為巖漿成因，因而與生命沒有任何關(guān)系。他們得出這一結(jié)論的依據(jù)是，這些有機(jī)碳是出現(xiàn)在巖漿包裹體中，是隨巖漿從深部被帶上來的。實(shí)際上，他們基于光學(xué)顯微鏡的這種觀察很可能是不正確的，這些有機(jī)碳顆粒與巖漿包裹體實(shí)際上并無聯(lián)系。在我們發(fā)現(xiàn)的有機(jī)碳顆粒中，除了一部分被包裹在沖擊玻璃中以外，另一些主要充填在一些微裂隙中，是從含有有機(jī)質(zhì)的流體中沉淀下來，因此可以排除巖漿成因這種可能性。

第二種可能性是這些有機(jī)碳是外來的。同月球表面布滿隕石坑一樣，火星表面也遭受了小行星的撞擊，因此會(huì)有這些小行星的物質(zhì)加入，其中也包括了含有機(jī)質(zhì)可達(dá)百分之幾的碳質(zhì)球粒隕石。這些碳質(zhì)球粒隕石中的大部分有機(jī)碳也是干酪根，跟我們發(fā)現(xiàn)的有機(jī)碳顆粒十分相似。但是，一方面火星土壤中外來加入的小行星物質(zhì)量極少，另一方面這些有機(jī)碳是不可溶的，如何將其提取出來、然后遷移并沉淀在巖石的微裂隙中？這顯然是一件難以做到的事情，雖然不能完全排除這種成因，但我們認(rèn)為可能性很小。

第三種可能性是生物成因。生物活動(dòng)形成的不溶有機(jī)質(zhì)能夠以膠體的形式存在，然后隨流體沉淀在巖石裂隙中。更為重要的是，生物活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大的碳同位素分餾，并且我們的分析數(shù)據(jù)顯示，這種有機(jī)質(zhì)輕的碳同位素，其碳同位素的比值較標(biāo)準(zhǔn)樣品輕12.8/1000～33.1/1000。地球上的有機(jī)碳相對(duì)于海相碳酸鹽、空氣中的二氧化碳、地球深部碳等均以富輕的碳同位素為特征。我們利用納米離子探針分析了提森特火星隕石中有機(jī)質(zhì)的碳同位素組成，發(fā)現(xiàn)有類似于地球上同類物質(zhì)（沉積物有機(jī)質(zhì)、石油、煤）的碳同位素組成特征，這也是目前支持這些有機(jī)質(zhì)生物成因的最有利證據(jù)。

火星隕石中有機(jī)碳的電子顯微鏡照片。（a）呈細(xì)脈狀充填在微裂隙中;（b）為a圖的局部放大照片;（c）隕石樣品切片的局部照片，中間是由于小行星撞擊產(chǎn)生高溫熔融而形成的熔脈。箭頭所指處為包裹在其中的有機(jī)碳顆粒;（d） c圖虛線框中的局部放大，反時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)了90度;（e） d圖虛線框中的放大圖