如果NASA“毅力號(hào)”在火星上發(fā)現(xiàn)了生命，將是我們第一次發(fā)現(xiàn)外星生命。

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編者按：美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）于7月30日發(fā)射了“毅力號(hào)”（ perseverance）火星探測(cè)器，前往火星上35億年前曾是河流三角洲的區(qū)域，探尋古微生物的遺跡。神譯局相關(guān)文章：《探索火星生命之路任重道遠(yuǎn)，這 3 個(gè)奧秘值得關(guān)注》。本文作者丹尼爾·奧伯豪斯（Daniel Oberhaus），原文標(biāo)題“Will We Recognize Life on Mars When We See It?”。

珀西瓦爾·洛厄爾（percival Lowell）并不是第一個(gè)以為自己能在火星上發(fā)現(xiàn)生命的人，但他是最后一批。在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，洛厄爾出版了一系列著作，宣傳了自己的理論，即“紅色星球”表面的可觀察到的特征是瀕臨滅絕的智慧物種的創(chuàng)造。洛厄爾所著迷的對(duì)象正是更廣泛的天文學(xué)界的不齒，就是所謂的“火星運(yùn)河”，他認(rèn)為這是用來(lái)從行星冰蓋引水的。

自60年代中期以來(lái)，NASA就一直在用機(jī)器人進(jìn)行火星探測(cè)，由于這些任務(wù)，我們現(xiàn)在可以非常肯定，火星上沒(méi)有任何“外星工程師”。（對(duì)不起，洛厄爾。）但是這些飛船確實(shí)找到了大量的地質(zhì)證據(jù)，表明火星表面可能曾經(jīng)有液態(tài)水、磁場(chǎng)和厚厚的大氣層，在生命的先決條件方面，這些排在首位。換句話說(shuō)，仍有基本生命形式曾經(jīng)存在于火星的表面。

7月30日，NASA發(fā)射“毅力號(hào)”，這是一趟單程旅行。這個(gè)汽車大小的機(jī)器人地質(zhì)學(xué)家在火星上的第一年將鉆探核心樣本，尋找古代生命的跡象。（十年內(nèi)的另一個(gè)任務(wù)是把樣本送回地球。）“毅力號(hào)”將在其著陸點(diǎn)耶澤洛隕石坑附近收集至少20管沙土，科學(xué)家認(rèn)為這曾是距今40億年前的三角洲。如果火星曾經(jīng)有過(guò)生命，那么古老的耶澤洛三角洲是有希望找到的地方。

但不要期待“毅力號(hào)”能夠找到任何骨頭或貝殼，它要尋的是化石微生物，而不是軟體動(dòng)物。甚至找到完整的細(xì)菌也將是一個(gè)驚人的。麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)地球生物學(xué)家、“毅力號(hào)”樣本選擇十人指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)的成員坦賈·波薩克（Tanja bosak）說(shuō)：“那將是一個(gè)完全的美夢(mèng)?！?相反，“毅力號(hào)”尋找潛在的生物特征，即數(shù)十億年前微生物留下的微弱分子痕跡。如果“毅力號(hào)”在火星上發(fā)現(xiàn)了生命，那將不像在樹林里遇到一個(gè)陌生人，而更像是發(fā)現(xiàn)他們的足跡。

如果“毅力號(hào)”在火星上發(fā)現(xiàn)了生命，那將不像在樹林里遇到一個(gè)陌生人，而更像是發(fā)現(xiàn)他們的足跡。

當(dāng)波薩克不研究其他星球上的遠(yuǎn)古生命時(shí)，她研究地球上最早的生命，她說(shuō)這個(gè)過(guò)程類似于“毅力號(hào)”將在火星上進(jìn)行的工作。為了追蹤地球上的古代微生物，地球生物學(xué)家們尋找只能由生物過(guò)程形成的巖層中的模式。例如，疊層石是注入了幾層波薩克稱為“有機(jī)垃圾”的巖石。這些薄薄的化石藻類和其他原始生物形成的沉積物具有肉眼可見的獨(dú)特波浪狀。

“微生物啊，你永遠(yuǎn)不會(huì)真正只看到一個(gè)細(xì)胞。 它始終是一個(gè)肉眼可見的群落，” 波薩克說(shuō)道，“地球和火星上有機(jī)物和礦物質(zhì)之間的基本相互作用應(yīng)該是相同的，因此我們將使用攝像頭來(lái)尋找這些不同種類的微生物形狀?！?/p>

如果“毅力號(hào)”能在火星上找到疊層石，那將是一件大事，但仍不足以證明外星微生物的存在?！耙懔μ?hào)”還必須在同一地點(diǎn)找到通常與生命相關(guān)的大量分子。 “所有細(xì)胞都在代謝，” 波薩克說(shuō)道， “它們從環(huán)境中吸收分子并吐出其他東西?！?這可能包括諸如磷和氮之類的基本元素，或者諸如膽固醇之類的更復(fù)雜的有機(jī)分子。在最理想的情況下，“毅力號(hào)”將發(fā)現(xiàn)對(duì)生物至關(guān)重要的脂質(zhì)或其他生物分子的化石痕跡。 “毅力號(hào)”的挑戰(zhàn)將是尋找散落在火星表面的這些化石分子。

此過(guò)程的第一步涉及叫“超級(jí)攝像頭”的儀器，這是一系列固定在“毅力號(hào)”桅桿上的激光器，可以遠(yuǎn)距離研究巖石。 一個(gè)激光器通過(guò)將巖石加熱到18000華氏度來(lái)蒸發(fā)巖石。這將生成“毅力號(hào)”可以拍照以了解該巖石元素組成的原生質(zhì)。另一個(gè)激光器與火星土壤中的分子相互作用但不破壞它們的化學(xué)鍵，并且通過(guò)改變激光燈的方式，來(lái)揭示了巖石中有了哪些化合物。

如果“超級(jí)攝像頭”檢測(cè)到有機(jī)分子或諸如氮或磷等元素的高濃度狀態(tài)，那么“毅力號(hào)”將過(guò)去進(jìn)行進(jìn)一步觀察?！耙懔μ?hào)”臂末端的兩個(gè)儀器，pIXL和Sherloc，使用更多的激光器來(lái)獲取巖石的詳細(xì)信息。pIXL使用X射線束來(lái)繪制巖石元素化學(xué)的熒光圖，Sherloc使用像人發(fā)一樣寬的紫外線來(lái)檢測(cè)任何可能藏于灰塵顆粒中的有機(jī)物質(zhì)。

“這是我們研究地球上最早的生命記錄時(shí)所使用的技術(shù)類型，”NASA2020年火星飛行任務(wù)的副項(xiàng)目科學(xué)家、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的天體生物地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任肯·威利福德（Ken Williford）說(shuō)， “我們?cè)诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)古代生物特征，不僅是通過(guò)測(cè)量巖石的整體化學(xué)性質(zhì)。我們還繪制出了有機(jī)物在巖石中的位置，這使我們能夠一起尋找類似生命跡象的紋理和成分?！?/p>

 一旦“毅力號(hào)”發(fā)現(xiàn)一塊有希望的紅土塊，波薩克和她的同事將要決策是否在該位置采集樣本，稍后返回地球。這是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的決定——“毅力號(hào)”只能存放大約幾十個(gè)樣本，一旦做出決定，就不可逆了。“毅力號(hào)”在火星上的第一年要勘查很多地表，因此它沒(méi)有時(shí)間重新訪問(wèn)以前的樣本站點(diǎn)。而且，天體生物學(xué)家并不是唯一需要火星巖石的科學(xué)家。 一些樣本將用于解答其他的基本問(wèn)題，例如火星表面的可居住條件持續(xù)了多長(zhǎng)時(shí)間，以及這些條件是什么樣的。

地球上最古老的、無(wú)爭(zhēng)議的生命證據(jù)大約存在35億年。 早于這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的微生物化石記錄因?yàn)槭畮變|年前激烈的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)而變得變形扭曲、難以辨認(rèn)。威利福德預(yù)計(jì)“勇氣號(hào)”研究的巖石將比地球上最古老的生命證據(jù)早大約3億年。而且，如果我們幾乎無(wú)法認(rèn)出自己星球上最古老的生命，那么在火星上可能更難認(rèn)出它。威利福德說(shuō)：“任何生命跡象，都可能是模棱兩可，而不是清晰明了的”。 即使“毅力號(hào)”發(fā)現(xiàn)了一些可以作為地球上古代生命的有力證據(jù)的生物特征，威利福德說(shuō)，在樣品被送回還并使用更精密的儀器進(jìn)行研究之前，科學(xué)界可能會(huì)保留判斷。 “影響就是會(huì)太大了，”他說(shuō)道。

如果你不知道要尋找的東西，你怎么找到它呢？

當(dāng)然，在尋找火星生物特征時(shí)，“毅力號(hào)”也可能會(huì)空手而歸。喬治敦大學(xué)的行星科學(xué)家莎拉·斯圖爾特·約翰遜（Sarah Stewart Johnson）說(shuō)，但這并不一定意味著地球上沒(méi)有生命。 這可能只是意味著，其他星球上的生命看起來(lái)與我們自己的生命不同。但是，如果你不知道要尋找的東西，你怎么找到它呢？

2018年，NASA的天體生物學(xué)計(jì)劃向約翰遜和一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)提供了700萬(wàn)美元的資助，以找出答案。 如今，約翰遜領(lǐng)導(dǎo)著新的“不可知生物特征實(shí)驗(yàn)室”，她將其描述為，努力理解“我們所不知道的生命”?！耙懔μ?hào)”檢測(cè)可能的生物特征的技術(shù)都假定了火星上的生命以與地球上的生命相似的方式進(jìn)化，因此它尋找類似生物化學(xué)的證據(jù)。 約翰遜的實(shí)驗(yàn)室致力于尋找用以檢測(cè)不遵循地球遺傳規(guī)則的生命的方法，這有點(diǎn)像學(xué)習(xí)說(shuō)一種從未聽說(shuō)過(guò)的語(yǔ)言。

約翰遜說(shuō)：“不可知生物特征的主要思想是，它們包括了我們所知道的生命以及其他類型的生命。” 例如，她和她的同事認(rèn)為，分子的復(fù)雜性可能是一種重要的生物特征，它不依賴于陸地生物化學(xué)。化學(xué)化合物有一定的復(fù)雜性閾值，超過(guò)這一閾值，如果沒(méi)有生物過(guò)程的幫助，幾乎不可能形成。約翰遜和她的同事的任務(wù)是，弄清楚如何以有意義的方式定義這種復(fù)雜性。約翰遜說(shuō)：“你不能只看大分子，因?yàn)橛泻芏喾肿?，例如聚合物，確實(shí)很大，但它們只是重復(fù)相同的亞基?！?/p>

相反，約翰遜和她的同事們將復(fù)雜性視為一個(gè)過(guò)程。也就是說(shuō)，產(chǎn)生給定的分子需要執(zhí)行多少個(gè)不同的“步驟”？每個(gè)步驟都類似于添加一種新型的分子鍵。他們的研究表明，復(fù)雜性的閾值大約在14或15個(gè)步驟左右。超過(guò)這一閾值，幾乎可以肯定任何分子都是通過(guò)生物過(guò)程形成的。

約翰遜的實(shí)驗(yàn)室正在研究其他潛在的不可知生物特征，例如某些類型的還原-氧化反應(yīng)，這些反應(yīng)在原子之間轉(zhuǎn)移電子 這是微生物一級(jí)能量轉(zhuǎn)移的主要來(lái)源，尋找不同類型的氧化還原反應(yīng)可能會(huì)被用于識(shí)別與我們的生物化學(xué)沒(méi)有共同點(diǎn)的外星生命。

約翰遜和她的同事們正在探索各種不可知的生物特征，但是她說(shuō)，它們之間是有關(guān)系的，因?yàn)樗麄儾捎昧艘环N概率的方法來(lái)檢測(cè)生命。約翰遜說(shuō)：“我們正在努力從“是生命”或“沒(méi)有生命”的二元性轉(zhuǎn)向確定性的光譜。 “如果我們以概率的方式思考生物或隨機(jī)過(guò)程，我認(rèn)為這可以使我們?nèi)サ煤艽蟮倪M(jìn)展。與確定的生物特征相反，我們是在研究‘生物提示’?！?/p>

我們正在努力從“是生命”或“沒(méi)有生命”的二元性轉(zhuǎn)向確定性的光譜。

不可知生物特征研究仍處于初期，但約翰遜很樂(lè)觀，她和她的同事開發(fā)的技術(shù)可能能夠在本十年后期幫助分析“毅力號(hào)”采回的樣本。它們也可能在不久后的NASA外太陽(yáng)系中的衛(wèi)星泰坦和衛(wèi)星歐羅巴的任務(wù)中發(fā)揮作用，許多行星科學(xué)家認(rèn)為這兩顆衛(wèi)生是我們太陽(yáng)系中最可能有外星生命的。

如果外星有生命，那么很有可能會(huì)與我們大不相同。木星的衛(wèi)星歐羅巴被厚厚的冰層覆蓋，是被認(rèn)為掩蓋整個(gè)星球的海洋，這意味著，那里的任何生物會(huì)在地表深處的熱液噴口周圍冒出。土星大的衛(wèi)星泰坦具有很厚的大氣層，富含碳化合物，并且在其表面之下可能還會(huì)有大量液態(tài)水?？茖W(xué)家們尚不確定他們到達(dá)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，但是如果約翰遜和她的團(tuán)隊(duì)成功了，他們將擁有一套全新的工具來(lái)幫助他們識(shí)別外星生命。

譯者：沈晨燁

文章標(biāo)題：當(dāng)看到火星生命的時(shí)候，我們能認(rèn)出他們來(lái)嗎？
文章位置：http://jinyejixie.com/article10/scsodo.html

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