火星岩石中的强碳信号是否表明可能存在生物活动

帆叶网据cnBeta：据我们所知，碳是生命的关键。因此，只要我们在火星这样的地方检测到强烈的碳信号那么就可能表明有生物活动。那么火星岩石中的强碳信号是否表明有某种类型的生物过程？

当在寻找生命的时候，任何强的碳信号都是耐人寻味的。它是我们所知的所有生命形式中的一种常见元素。但有不同类型的碳，并且碳可能因为其他原因在环境中变得集中。这并不自动意味着生命涉及碳的特征。

碳原子总是有六个质子，但中子的数量可以不同。具有不同中子数的碳原子被称为同位素。有三种碳同位素自然出现。C12和C13是稳定的，而C14是一种放射性核素。C12有六个中子，C13有七个中子，而C14有八个中子。

当涉及到碳同位素时，生命更喜欢C12。它们在光合作用中使用它或用来代谢食物。原因相对简单。C12比C13少一个中子，这意味着当它跟其他原子结合成分子时，在同样的情况下，它的连接数比C13要少。生命本质上是懒惰的，它总是会寻求最简单的方法来做事情。C12更容易使用，因为它形成的键比C13少，它比C13更容易得到，而且当有更容易的方法时生命永远不会采取困难的方法。

好奇号探测器正在火星的Gale环形山努力工作以寻找生命的迹象。它钻进岩石、提取粉碎的样本并将其放入其机载化学实验室。好奇号的实验室被称为SAM。在SAM中，火星车使用热解法来烘烤样品，然后将岩石中的碳转化为甲烷。热解是在惰性氦气流中进行的，这样可以起到防止发生任何污染的情况发生。随后，它会用一个名为可调谐激光光谱仪(TLS)的仪器探测气体来寻找甲烷中的碳同位素。

好奇号SAM背后的团队用这种方法观察了24个岩石样本，最近它发现了一些值得注意的事情。其中6个样本显示出C12和C13的比例升高。跟地球上的C12/C13比率参考标准相比，来自这六个地点的样本中C12的含量多出千分之七十以上。在地球上，98.93%的碳为C12，而C13形成了剩下的1.07%。

发表在《PNAS》上的一项新研究提出了这些发现。它的标题是 《Depleted carbon isotope compositions observed at Gale crater, Mars》，第一作者为来自宾夕法尼亚州立大学的好奇号科学家Christopher House。

这是一个令人兴奋的发现，如果这些结果是在地球上获得的，它们将预示着一个生物过程产生了大量的C12。

在古代地球上，地表细菌产生甲烷作为副产品。它们被称为甲烷菌，它们是来自古细菌领域的原核生物。今天，甲烷菌仍存在于地球上--在缺氧的湿地、反刍动物的消化道以及像温泉这样的极端环境中。

这些细菌产生的甲烷会进入大气层，然后跟紫外线发生作用。这些相互作用产生了更复杂的分子并雨点般地落在地球表面。它们和它们的碳特征一起被保存在地球岩石中。同样的事情可能发生在火星上，如果是这样，它可以解释好奇号的发现。

“我们在火星上发现了一些令人感兴趣的东西，但我们真的需要更多的证据来说明我们已经发现了生命，”好奇号火星实验室样品分析的前首席调查员Paul Mahaffy说道，“因此，我们正在研究，如果不是生命，还有什么可能造成我们所看到的碳特征。”

研究人员们在他们的论文中道：“对于在进化的甲烷中观察到的异常贫化的13C，有多种合理的解释，但没有进一步的研究就无法接受单一的解释。”

理解像这样的碳信号的困难之一是我们所谓的地球偏见。科学家对大气化学和相关事物的了解大多是基于地球的。因此，当涉及到火星上这个新发现的碳特征时，科学家们会发现要保持他们的思想开放并接受火星上可能不存在的新的可能性则成为了一个挑战。

参与碳研究的戈达德天体生物学家Jennifer L. Eigenbrode指出：“最困难的事情是放下地球、放下我们的那种偏见，真正尝试去了解火星上的化学、物理和环境过程的基本原理。”此前，Eigenbrode曾带领好奇号科学家组成的国际团队在火星表面发现了无数的有机分子--含有碳的分子。

“我们需要打开思路，跳出框框，”Eigenbrode说道，“而这正是这篇论文所做的。”

研究人员在他们的论文中指出了对不寻常的碳特征的两种非生物解释。其中一个涉及到分子云。分子云假说指出，我们的太阳系在数亿年前经过了一个分子云。这是一个罕见的事件，但它约每1亿年发生一次，所以科学家们不能不去考虑它。

分子云主要是分子氢，但其中可能富含好奇号在Gale环形山探测到的那种较轻的碳。分子云会导致火星急剧冷却，在这种情况下导致冰川运动。冷却和冰川会阻止分子云中的轻质碳跟火星上的其他碳混合从而形成高浓度的C12沉积。该论文指出--“冰川期的冰川融化和冰川期后的冰川退缩应该在冰川地貌表面留下星际尘埃颗粒。”

这个假设是合理的，因为好奇号在山脊的顶部发现了一些升高的C12含量--如Vera Rubin山脊的顶部和Gale环形山的其他高点。论文指出，这些样本是从各种岩性中收集到的，另外在时间上分布在迄今为止的任务操作中。尽管如此，分子云假说是一个不太可能的事件链。

另一个非生物假说则涉及紫外线。火星大气中95%以上是二氧化碳，在这种情况下，紫外线会跟火星大气中的二氧化碳气体发生作用从而产生新的含碳分子。这些分子会落在火星的表面并成为那里的岩石的一部分。这个假说类似于地球上甲烷菌间接产生C12的方式，但它完全是非生物的。

“这三种解释都符合数据，”论文的第一作者Christopher House说道，“我们只是需要更多的数据来排除它们。”

“在地球上，会产生我们在火星上探测到的碳信号的过程是生物性的，”House补充道，“我们必须了解同样的解释是否适用于火星或是否有其他解释，因为火星非常不同。”

几乎一半的好奇号样品的C12含量意外地升高了。它们不仅高于地球的比例，也高于科学家在火星陨石和火星大气中发现的比例。这些样本来自Gale环形山的五个地方，所有的地方都有一个共同点：它们有古老的、保存良好的表面。

不过科学家们仍在学习火星的碳循环，并且有很多我们仍然一无所知。根据地球的碳循环对火星的碳循环做出假设是很诱人的。但碳可能以我们甚至还没有猜到的方式在火星上循环。无论这种碳特征最终是否成为生命的信号，在了解火星的碳特征时它仍是宝贵的知识。

“界定火星上的碳循环绝对是试图了解生命如何融入该循环的关键，”驻华盛顿特区卡内基科学研究所的好奇号科学家Andrew Steele说道，“我们已经在地球上真正成功地做到了这一点，但我们刚刚开始为火星界定该循环。”

但根据地球的碳循环得出火星的结论并不容易。Steele清楚地表明了这一点--“地球上的碳循环有一大块涉及到生命，并且由于生命的存在，地球上的碳循环有一大块我们无法理解，因为我们所看到的任何地方都有生命。”

眼下，好奇号仍在火星上工作，并且还将持续一段时间。这些样本的意义以及对火星碳循环的更好理解就在前方。好奇号将对更多的岩石进行采样以测量碳同位素的浓度。它将从其他保存完好的古代表面取样岩石看看结果是否与这些相似。理想情况下，它将会遇到另一个甲烷羽流并对其进行采样，但这些事件是不可预测的并且也没有办法为其做好准备。

不管怎样，这些结果将有助于为毅力号在Jezero火山口的样品采集提供信息。毅力号可能会确认类似的碳信号，甚至确定它们是否是生物信号。

实际上，毅力号也在收集样本以送回地球。科学家们将比火星车上的实验室更有效地研究这些样本。

对火星古代生命的研究是一个诱人的前景，但至少现在，它仍是不确定的。