火星生命探索争论简史

发表时间:2018-04-11

这些数据清楚地显示,当无机化合物添加到火星土壤中时会释放出二氧化碳,而不是混合物被超低温加热的时分。这是生命存在的迹象,而且与发作在地球上的实验后果相反。当把水添加到火星土壤中时,还会释放出氧气,就像在地球上一样。这台远离地球的探测器,在头两个实验中就发现了生命能够存在的迹象。第三个实验是加热土壤,就像在烤箱里加热食物一样,实验后果有好有坏。

随着第四个实验的矛盾数据传回,争议变得越来越大。声称火星上存在生命将具有史无前例的意义。假如这些数据错了,置信没有一名团队成员可以承受。但是,世界上大少数人并不晓得,在海盗号着陆器的4个实验中,有3个实验的后果可以被解读爲阳性的微生物检测后果,与地球上被检测数千次的后果一样。研讨者帕特里夏·斯特拉特(Patricia Straat)对另一位义务参与者吉尔·莱文(Gil Levin)说:“那就是生命!”

火星上能否存在微生物生命仍然是一个谜

第四个实验采用了一台气相色谱仪——与詹姆斯·洛夫洛克(James Lovelock,英国独立迷信家、环保主义者和将来学家)运用的是同类仪器——和一台质谱仪,用来精细测量分子的大小。后果发现,火星上不只没有生命,而且完全没有发现无机物的存在。这是个令人震惊的后果,由于宇宙空间中四处都有无机物,从小行星、彗星、陨石到星际尘埃。不只如此,该实验还指出,火星外表是有毒的,或许说能杀灭微生物。海盗号义务的迷信家发生了剧烈的争论,而美国航空航天局(NASA)最终决议以慎重的方式停止解释。他们的结论是,由于火星土壤中含有的强氧化剂,使火星外表能“自我消毒”,并且使其出现出白色。海盗号发现了一个荒芜而狂风大作的白色星球,下面布满了陨石坑,像月球一样冰冷和死寂。

多数参与义务的迷信家支持这一结论,他们以为第四个实验只是失败了而已,在地球上也常常呈现这种状况。包括吉尔·莱文在内的一群活泼人士,不时写信和演讲,敦促NASA发布全部的海盗号数据。在2016年NASA庆贺该义务40周年的活动上,莱文重申了这一呼吁。他预测猎奇号(Curiosity)火星车会找到更复杂的无机物,现实也的确如此。当看到猎奇号探测到甲烷迸发时,莱文指出,甲烷的消逝发作得太快了,不能够是紫外辐射惹起,“这种消逝能够是由甲烷氧化菌惹起的,它们能应用甲烷,并构成一个完满的小型生态循环。”

火星地表遍及沙丘和砾石,没有波动的液态水

其他火星探测器也给出了矛盾的后果。NASA在21世纪初开端了机遇号(Opportunity)和勇气号(Spirit)火星车义务,这两个探测器传回的报告令世界各地数以百万计的人感到兴奋。不过,两辆火星车都是由地质学家设计和建造,与生物学家有关。2008年,凤凰号(Phoenix)着陆器第一次传回了火星上有水存在的证据。该探测器的相机捕获到了水滴在冰冷的钢制着陆脚架上凝结的明晰画面。模仿后果给出了两种能够,一是被风吹过去的高氯酸钙颗粒四周有水凝结,这种盐型矿物具有能从大气中撷取水分的特性;二是探测器登陆时搅动了火星外表下的脏冰,水冰在脚架上消融并构成水滴。参与该义务的密歇根大学迷信家尼尔顿·伦诺(Nilton Renno)说,关键在于,“在地球上,有液态水存在的中央,就会有微生物生命”。地球上这样的盐水中也确实有微生物存在。

略显矛盾的是,寻觅火星生命证据最好的中央其实是地球。在冰冻的南极大陆下行走,你有时会发现一些小石头,而它们正是来自火星的陨石。现实上,每年有大约4.5千克的火星陨石落在地球上。假如有宏大的陨石撞击火星,火星的局部岩石碎块就会解脱重力约束,被抛向太空。作爲这颗白色星球最近的邻居,地球的引力会捕捉其中一些石块,而它们在荒芜并且掩盖冰雪的南极大陆最容易被发现。对这些陨石的化学剖析显示,它们的冲击玻璃(冲击实验发生的熔体凝聚物)含有与火星大气层相反的气体组合——与许多火星探测器的后果分歧,因而可以认定的确来自火星。

1996年,NASA研讨者戴夫·麦凯(Dave McKay)及其团队声称,一颗在南极发现的陨石——艾伦丘陵陨石84001(缩写爲ALH 84001)——上存在微生物的化石证据。这块陨石是1984年12月27日由美国南极陨石搜索方案(Antarctic Search for Meteorites,ANSMET)小组在南极洲艾伦丘陵发现的。明天很多人觉得这不大能够,但很久以前,确实有少量的水曾流入火星的河流和陆地,这些液体的矿物质遗址在火星外表上明晰可见——洪泛平原、冲积盆地,甚至还有很早之前就干枯的U字形河道。早在1877年,意大利地理学家乔凡尼·斯基亚帕雷利(Giovanni Schiaparelli)就经过晚期望远镜察看到了火星上的宏大裂谷,并称其爲“canali”,在意大利语中是“水道”的意思,不过这个词在翻译成英语时被错误翻译爲“canals”,即人工开凿的运河。19世纪末到20世纪初时,美国亚利桑那州的帕西瓦尔·罗威尔(Percival Lowell)以为他察看到了火星上有随时节变化的河流和植被。实践上,这能够是许多探测器在火星峡谷中拍摄到的清晨薄雾。以罗威尔的说法爲根据,“泰山”(Tarzan)系列作品的作者埃德加·赖斯·巴勒斯(Edgar Rice Burroughs)在20世纪20到30年代创作了一个怪异的科幻小说系列——《火星公主》(A Princess of Mars),扑灭了几代美国青少年的冒险热情。罗威尔看到的是望远镜里的裂纹,而巴勒斯看到的,则是大众轻信火星故事所带来的宏大财富(他已经爲了一位好莱坞女演员而与妻子离婚)。

后来的NASA探测器取得了令人感到挫败的后果。20世纪60年代的水手号探测器激烈地提醒出,火星稀薄而冰冷的大气层不允许纯液态水的存在,虽然最初一个轨道探测器明晰地拍摄到现代河床和陆地的遗址。

2010年,亚利桑那大学一位研讨火星轨道探测器所拍摄图像的本科生发现,火星的山脊顶部会间歇性呈现深色平行条纹,就像时节性流水一样。这位名爲Lujendra Ojha的先生是在高分辨率成像迷信设备(high-resolution imaging science experiment,缩写爲HiRISE)拍摄的图像中留意到这一奇异景象的。深色细流在几十个地点都有呈现。真是令人兴奋!Ojha将HiRISE的观测后果与火星的矿物地图停止了比拟。光谱仪在好几个中央都观测到了水合盐,但只要在深色条纹呈现并变宽的状况下。应用轨道探测器的小型勘测成像光谱仪,Ojha和研讨团队对这些条纹反射的光线停止剖析,检测到其中有痕量的高氯酸钠或高氯酸镁。火星的液态水中含有自然的盐水防冻剂。

很久以前,确实有少量的水曾流入火星的河流和陆地,这些液体的矿物质遗址在火星外表上明晰可见——洪泛平原、冲积盆地,甚至还有很早之前就干枯的U字形河道。

想象一颗有着间歇性水流,气候枯燥,同时又具有太阳系中最大型火山的行星,是不是很酷?行星上的大型湖泊含有与北冰洋相当的水量,奔腾的河流注入这些湖泊,少量的堆积物在河口构成了冲积三角洲。这就是晚期的火星。再想象一颗充溢了硫磺气息,被酸性陆地掩盖,同时大气层充溢有毒和低温温室气体的行星,那里既没有氧气,也没有抵御辐射的臭氧层;彗星不时轰击这颗行星,接着它又撞上另一颗与火星大小差不多的行星,少量的岩石物质被抛到太空,构成一个宏大的卫星——引力足以外行星外表掀起数百米高的潮水。欢送离开晚期的地球。

出于这样或那样的缘由,NASA研讨者史蒂芬·班讷(Steven Benner)等人提出,生命来源于火星,并经过喷出物的方式被带到地球。在NASA休斯顿太空中心的图书馆里,班讷从40年前取得的海盗号材料中找到了线索。他的发现带来了“宏大的困惑”。经过对现代微生物DNA的研讨,偏重新取得它们的基因和蛋白质,班讷希望将地球生命的来源与太阳系中生命的存在联络起来。在一系列论文中,他指出火星具有“暖和的气平和干湿循环”,可以使组成RNA的根底成分以“我们的化学方式”凝聚起来。

成绩在于,以往许多关于火星生命或火星上存在水的说法都是错误的。但是,许多陈旧的微生物确实也会在地球上一些冰冷、碱性的相似环境中繁衍生息。因而,许多研讨者争相前往硫磺洞穴、勘察加半岛上含钼和硼酸盐的温泉,以及黄石国度公园和南极的盐水湖。他们所发现的只要困惑。

NASA的克里斯·麦凯(Chris McKay)和珀涅罗珀·波士顿(Penelope Boston)就是两位在地球极端环境中搜索微生物代谢和来源证据的研讨者。作爲一位前新墨西哥矿业及科技学院教授和两位马戏团训练师的女儿,珀涅罗珀·波士顿一开端是在北极研讨微生物,后来将搜索方向转向了地下深洞穴。来自加利福尼亚州的埃里森·莫瑞(Alison Murray)以在南极洲搜索极端微生物而出名。在猎奇号火星车之后,忽然之间,似乎一切人都对冰层之下的湖泊或平原,或偏远的洞穴或矿坑中存活的生命起了兴味。珀涅罗珀·波士顿已经估量火星上存在微生物生命的能够性约爲30%,如今她以为,这一能够性正在不时进步。她指出,假如这些巨大的生命方式可以存在于极端恶劣的湖泊、洞穴或矿坑环境中,那火星的亚外表就能够存在微生物生命。

在美国新墨西哥州的国度洞穴和喀斯特研讨所,珀涅罗珀·波士顿一开端担任“洞穴和喀斯特研讨项目”的担任人。该项目是爲了火星而提出的,她希望借此树立起火星地下环境,并将一系列讨论综合在一同,以阐明生命在火星上是很有能够存在的,从而博得来自NASA的质疑。她获得了很大的成功,以致于NASA在2016年任命她爲天体生物学研讨所(位于加州的莫菲特场)的主管,爲她研讨本人所酷爱的迷信范畴提供了便当的条件。

来自内华达州沙漠研讨所的生物化学家埃里森·莫瑞和路易斯安那州立大学的地球物理学家彼得·多兰(Peter Doran)协作对南极洲冰层下的盐水湖停止了研讨,以理解那里的微生物,并获取现代气候的信息。他们在南极维达湖(Lake Vida)钻取了冰芯,从中发现了十分多样的古菌和细菌。“它们没有多少活动——大局部工夫都在休眠,”莫瑞说道,“但它们就在那里。”盐水层下方的温度有所上升,但冰芯管采集了更深处的冰。

莫瑞等人的发现使研讨者将目光投向了美国西部。加州大学伯克利分校的生物学家吉尔·班菲尔德(Jill Banfield)对科罗拉多河及加州铁山(Iron Mountain)一处废弃矿场里的水体停止了研讨。仅在一处寄存矿场废料的地点,她就发现了好几个新的细菌门类。关键在于,这些此前不爲人知的奇特微生物需求依赖其他生物体的群落才干生活。这一后果协助解释了为何只要极少的细菌能在实验室中培育。在科罗拉多河左近一处较浅的含水层中,班菲尔德的团队采用了一种寻觅生命的新技术,并发现了数十个新的细菌门类,从而改写了生命树。他们将789种生物划分到35个门,其中28个是新发现的,都属于细菌界。分类的根据是生物体的演化史和它们的16S rRNA基因的类似性;那些至多有75%的编码相反的生物被归爲同一门。研讨团队在每个时节和每个水层中都发现了差别宏大的共生物种。

2016年春季,班菲尔德的团队在科罗拉多河的一个含水层中发现了新的细菌群,使地球上已知细菌群的数量翻了一番。这一来自地下的发现再一次改写了生命树。班菲尔德还对婴儿肠道中的微生物群落停止了研讨。她的任务,以及其他研讨者对黄石公园、智利的阿塔卡马沙漠、科罗拉多州和加利福尼亚州的废弃矿场,甚至海豚口腔内的微生物研讨,都汇总在《自然-微生物学》(Nature Microbiology)期刊宣布的“生命树”中;过来15年中,迷信家新发现了大约一千个此前未知的物种。班菲尔德的发现带来的另一个惊喜是,新细菌的多样性有将近一半来自一个以往以为只能共生的细菌群。

紧接着,诺拉·诺夫克(Nora Noffke)又扑灭了研讨者寻觅火星生命的热情。

在弗吉尼亚州诺福克的酷热夏天里,老道明大学的诺拉·诺夫克对猎奇号火星车拍摄的盖尔撞击坑图片展开了研讨。她是“微生物诱导堆积构造”(microbially induced sedimentary structures,缩写爲MISS)范畴的威望,而这一术语正是她的发明,用来描绘淡水浅滩中微生物席在岩石上留下的构造。许多人都很熟习现代微生物遗留物质堆积而成叠层石,但很少有人理解潮汐性微生物席的重要性。在长达30年的职业生涯里,诺夫克走遍了5个大陆,研讨并归类了超越12种典型的微生物席外形,有的卷起,有的起皱,还有的呈波状构造。形似土堆的叠层石在澳大利亚、夏威夷和加勒比地域的海边曾经成爲游客欣赏的景观。诺夫克发现,在澳大利亚偏僻的内海洋区也存在着微生物诱导堆积构造,而这些构造被视爲地球最陈旧的生命证据之一。

2014年夏天,NASA约请诺夫克在一场会议上做了演讲,而该会议的次要目的是爲2020年的火星车选择着海洋点。诺夫克发言称,假如晚期地球和火星是类似的,那麼或许火星上会保管一些微生物诱导的堆积物。与会者中就有加州理工学院的地球化学家肯·法利(Ken Farley),他的团队刚刚宣布了一篇论文,描绘了猎奇号在火星的Sheepbed结构中发现的陈旧泥土构造——事先猎奇号正在前往夏普山(Mount Sharp)22公里的路途中。会议之后,法利给诺夫克发送了图片,并讯问了她的想法。在研讨了这些拍摄于第126火星日(猎奇号位于Sheepbed结构的那一天)的图片之后,诺夫克的心脏猛烈跳动起来。这些图片看着十分眼生。她理解那种四处都能看到微生物构造的风险倾向,于是她想,“我先提交一篇假定性的文章,看看人们怎样说”。

2015年1月,当诺夫克宣布了一篇指出火星存在微生物生命迹象的论文时,猎奇号团队的反响非常激烈。一位迷信家称,诺夫克就仿佛是在看“天空中的云”。他们还树立了一个网站来反驳诺夫克的观念。

2014年的甲烷迸发也能够只是来自猎奇号的净化。不过,甲烷也是古菌等微生物所发生的标志性气体。到了2015年,火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)观测到盖尔撞击坑左近斜坡上存在着活动盐水,高氯酸盐的存在使其能在低于冰点的温度下坚持液态。

争议在不时晋级。猎奇号团队称,诺夫克的地质学看法存在错误。诺夫克回应称:“它如今是一个受腐蚀的山坡,但已经是一个湖泊,有着完全不同的古环境。他们说那是一条辫状河,这是不精确的。这是一个由迟缓而迂回的河流零碎塑造而成的山坡。在地球上,你在这样的中央就能找到微生物席!”

独一能处理这一争论的办法是把人送到火星上。最大的成绩是携带足够的燃料,使他们能在火星外表降落并前往地球。出于这一思索,第一步很能够是先把人送到火星轨道上,正如行星学会(Planetary Society,目前的主席是比尔·奈)所提议的那样。再往前看,NASA正方案最早于2030年代将人类送上火星,欧洲和俄罗斯的火星探测方案“ExoMars”则方案在2020年登陆火星,将选择在一处湖床作爲着海洋点。

更多关于盖尔撞击坑盆地中有现代微生物活动的证据来自俄勒冈大学,地质学家格雷戈里·勒塔拉克(Greg Retallack)指出,该地域土壤中高含量的硫酸盐只能是厌氧细菌在缺氧环境下的产物。在宣布于《地质学》(Geology)杂志的文章中,勒塔拉克写道,在猎奇号拍摄的图片中看到的一些“水泡构造”,与地球微生物在雨后发生的水泡相似。对诺夫克而言,与大型迷信项目打交道的阅历和大众对外星生命的迷恋令她深感挫败。她的论文只是一种假说,而不是完好的论证或主张,但猎奇号团队的反响让她感到吃惊。不过,猎奇号团队接上去要做的,是确定一个新的行程,在相反的时节回到第一次观测到甲烷迸发的地点。这或许标明,最重要的一点是,这项研讨曾经有了越来越普遍的大众根底,有越来越多人开端关注。

因而,当欧洲空间局的Schiaparelli探测器在2016年秋天抵达火星轨道,预备下降在火星外表时,众多研讨者和喜好者都冲动不已。2016年10月19日,在轨道母单元的操纵下,Schiaparelli探测器开端向子午线高原(Meridiani Planum)区域下降。探测器的下降伞在12千米地面处弹出,挡热板在7.8千米处翻开,一切都依照方案停止。接着,探测器外部呈现了一个导航计算错误,1秒钟的误差招致第二个下降伞过早发射,并延迟触发制动推进器,使导航以为探测器曾经抵达地表。最终,Schiaparelli探测器狠狠地撞在火星外表,而碰撞发生的碎片还可以在NASA的火星勘测轨道探测器拍摄的图片上看到。

实验的后果令人甜蜜,但这毕竟只是一次实验。欧洲空间局并没有因而停住脚步,他们将在2020年的第二次ExoMars义务中重返火星。