这就是火星上发现的有机物对寻找外星生命意味着什么

NASA's Curiosity Mars Rover snaps a self-portrait at a site called Vera Rubin Ridge on the Martian surface in February 2018 in this image obtained on June 7, 2018. Courtesy NASA/JPL-Caltech/MSSS/Handout via REUTERS ATTENTION EDITORS - THIS IMAGE HAS BEEN SUPPLIED BY A THIRD PARTY.
The Curiosity rover is providing scientists with data which could shed light on the Red Planet's mysterious past.Image: NASA/JPL-Caltech/MSSS/REUTERS
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借助美国国家航空航天局好奇号火星车的发现,寻找火星生命的工作又向前迈进了一步:在一个曾经是湖泊的湖底发现了有机物。它可能曾经是某种外星生命形式的一部分,也可能源于非生物起源——无论哪种情况,这些碳都会为附近任何有机生命体提供食物来源。

这一发现为美国国家航空航天局自身对外星生命形式的搜寻增添了更多引人关注之处。通过一台汽车大小的机器进行远程探测时,关键问题在于把精力集中在何处最为合适。在地球上,我们预期能找到化石微生物的地方是同类场所,因此朝这些地方寻找是合理的。然而,情况变得复杂,因为这些化石的尺度以微米计——也就是百万分之一米。

好奇号火星车寻找的是某些沉积在水域附近的沉积岩,就像此次最新发现时所做的那样。这基于最新的地质学建议,即最有希望的目标所在。然而,应优先考察哪些岩石,仍存在一定争议;这也是一个对地质学家同样重要的问题,他们正试图揭开我们自身远古世界的奥秘。地球上的岩石和化石,是我们拥有的最接近时间机器的东西。

一个世纪左右以来,地质学家一直关注一种名为叠层石的岩石——他们花费大量时间在狭窄的空间里爬行,试图找到它们。叠层石主要形成于浅水区域,其层理以毫米为尺度。其中许多无疑是由黏滑的微生物“生物膜”构筑而成的,但长话短说,我们现在认识到,形成条纹状岩石的方式不止一种,而且并非都与微生物有关。

Image: Mike Beauregard

近来,地质学家对其他类型的岩石越来越感兴趣,包括“黑烟囱”——这类管状沉积物由热的热液在深海中从地壳中被挤出而形成。较易考察的是世界上某些碱性湖泊中发现的类似烟囱状构造。

莫诺湖

地球上存在此类烟囱的一处地点是加利福尼亚州的莫诺湖,这是一片广阔而美丽的水域,位于洛杉矶以北数百英里处,坐落在内华达山脉的东坡。2014年10月,我们的团队获得了加利福尼亚州州立公园的许可,得以考察并采集那里形成的部分碳酸钙烟囱样本。

这些岩石通常高两至三米,从地质学角度看非常年轻,通常只有数万年历史。但自1889年著名美国地质学家以色列·拉塞尔首次对其进行描述以来,它们已被证明是科学家群体研究这些构造如何形成的极佳天然实验室。

Image: Alexander Brasier

在我们考察之前,地质学家对这些烟囱基本上存在分歧。一派我们可称之为“纯地球化学家”的学者提出,这些烟囱与微生物无关,而是由富含钙的泉水与碱性湖泊接触后形成的,该湖中富含碳酸根离子。

规模较小的对立阵营认同这些结构确实可能以纯地球化学家所提出的方式形成。但他们指出,在19世纪和20世纪于该湖形成碳酸盐岩的为数不多的记录观测中,某种生物膜似乎确实产生了影响。他们还引用了其他研究,这些研究表明,名为蓝藻的水生微生物确实能够产生可积累钙的黏性物质。

我们前往莫诺湖,以查明谁的观点正确。我们六人的考察队分为两组:一组使用科研船在湖底寻找烟囱,另一组则探查从湖岸拔地而起的著名“凝灰岩塔”。

Image: Alexander Brasier

乘船小组在湖水令人惊讶的高盐度中艰难作业并抱怨不断,而岸上小组在当地州立公园护林员 Dave Marquart 的宝贵协助下稳步推进。滞留的船员打来电话,恳请他们尽快设法找到一辆能够将船从水中拖出的四驱车,他们的平静才被打断——幸运的是,救援及时赶到。

岸上小组考察的地点之一位于湖泊西北方向 Marquart 自家的后院。那里的岩石属于沿一条小型构造断层形成的一组古老烟囱。其特征表明它们是由微生物构筑而成的,但我们需要将样本送往实验室才能确定。

微生物“细丝”

借助光学显微镜,我们得以观察到嵌埋在岩石薄片中的深色丝状结构。正如我们在发表于《Geobiology》的最新研究中所述,这些“细丝”是数以百万计的、已石化的光合蓝藻,它们曾经包围着从湖底泉眼涌出的水流。最新研究。

我们将样本送往澳大利亚进行进一步检测,以确定微生物是否在烟囱的构筑中起到关键作用。检测发现了周围分布的碳和氮斑块,我们认为这些是石化的蓝藻黏液。这种黏液会捕获钙,当其分解时便生成碳酸钙,将所有活细胞和死细胞封存于岩石之中。

我们还发现了这种微生物黏液影响岩石结构的其他方式:明显属于沙粒的石英颗粒和铝硅酸盐也被粘附在那里。

Image: Alexander Brasier

简而言之,我们发现了证据,表明在古代莫诺湖中,蓝藻在涌出的泉水周围形成了管状席层——它们很可能形成了那里所形成烟囱的大多数,尽管也可能存在一些“纯地球化学”成因的烟囱。这表明,这些岩石构造确实代表了一个有前景且规模相当可观的目标,可用于探索古代或外星生命。

这些岩石还有一个额外优势:相关方解石岩石在地质上相当稳定。这意味着化石可能被保存极长的时间——轻易即可达数亿年,甚至很可能长达数十亿年。

据我们所知,火星上尚未发现此类烟囱,但它们在地球上并不常见,而火星上存在对应结构的可能性极大。在那里,以及在其他行星和卫星上,我们应当寻找条件尽可能与地球上此类烟囱所在环境相似的区域——即火山岩区域,那里的泉水可能曾经穿过基岩涌入碱性湖泊。毫无疑问,美国国家航空航天局对红色星球上合适岩石的搜寻,应将发现此类岩石列为高度优先事项。

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