发现火星生命的痕迹？

美国航空航天局（NASA）发射的“毅力号”火星车（Perseverance rover）在2021年2月18日顺利登陆火星。一转眼，“毅力号”已经在火星上度过了一个地球年的时间。让我们看看在这一年里“毅力号”都取得了哪些成绩：它在火星表面“行走”超过了3公里路程，其中单是在2022年2月14日这一天，“毅力号”就运行了320米，创造了火星车在火星表面单日运行的距离纪录。它记录了人类飞行器在火星表面的第一次飞行，采集了火星的6个岩石样本，准备在未来将它们送回地球。目前它正在耶泽罗撞击坑（Jezero crater）采集岩石样本进行分析。人们惊奇地发现，这些岩石居然是岩浆岩而非沉积岩……

不过，最近关于火星探测最重要的新闻并非来自“毅力号”，而是来自已经登陆火星将近十年时间的探测器“好奇号”（Curiosity）。它在一个早已干涸的远古火星湖底进行探测，采集了当地的多处岩石样本，然后把它们放入自身携带的实验室中进行分析，结果有了惊人的发现。

“好奇号”的发现与碳元素有关。众所周知，地球生命中有机物的基础就是碳元素。碳元素存在于地球的一切生命形式之中，因此我们也把地球生命称为“碳基生命”。火星的早期环境与地球类似，人们怀疑，如果曾经存在火星生命，那么有很大可能也是碳基生命。因此，想要寻找火星生命曾经存在的痕迹，甚至是现存的火星生命，对碳元素的研究至关重要。

碳元素是第6号元素，也就是说在它的原子核中有6个质子，但中子的数量则不一定。如果在碳原子核中也含有6个中子，质量相对较轻，人们称之为“碳12”；如果其中含有7个中子，人们则称之为“碳13”。这两种物质都属于碳元素的同位素。还有一种具有放射性的碳同位素“碳14”——因为一直与外界有物质交换，生物体中含有“碳14”的比例恒定，但一旦死亡，生物体中“碳14”的含量就会逐渐降低。科学家们由此发明了鉴定动植物样本死亡时间的“碳14法”。

相对来说，生命更喜欢较轻的碳12同位素。因此，在地球上如果发现某个区域碳12同位素的比重明显高于其在自然界中的比例，那么有可能就是生命现象留下的痕迹。很多碳12的痕迹和生命现象有关——比如，由生物释放出的甲烷气体，其中碳12的含量就明显高于由非生物过程形成的甲烷。

“好奇号”在曾经的火星湖底，如今的盖尔撞击坑（Gale crater）检测了24份由曾经的湖底泥土形成的岩石样本。它把这些呈粉末状的样本放入自身携带的烤箱里烘烤，通过“可调谐激光光谱仪”（Tunable Laser Spectrometer）设备把样本加热到850摄氏度，让其中的碳元素释放出来进行检测，就能够探明其中碳元素不同同位素的比例。结果发现，其中至少6个样本中，碳12的含量明显高于其在自然界中的比重。

几位科学家于2022年1月18日在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）发表论文《在火星盖尔撞击坑观测到的贫碳同位素组成》（Depleted carbon isotope compositions observed at Gale crater，Mars）报告了这一出人意料的发现。问题在于，“好奇号”的这个发现，是否可以作为人类发现火星生命曾经存在的证据？或者说，这个发现在多大程度上能够让人们相信火星曾经存在过生命现象？

答案并不简单。一方面，如果我们以地球环境为参考，那么这一现象确实有可能是由远古的生命现象造成的；但另一方面，也存在一种可能，就是非生命因素造就了这一现象。我们还不得不考虑，以地球环境作为参考用来类比火星，是否完全合适？

把相对较轻的碳12同位素以很高的浓度聚集起来，这可能需要多个步骤。作者们在论文中也讨论了形成这一现象的几种可能性：生活在深层土壤之下的火星微生物以岩浆中常见的富含碳12的物质为食，之后释放出甲烷气体；随后生活在火星土壤表层的生物又以这些甲烷为食，最终把这些碳12同位素固定在了土壤中。还有一种可能性是，甲烷气体在紫外线的照射下被分解。

当然，在没有生物作用的条件下，这种碳12同位素聚集的情况也可能发生。比如，紫外线可能直接与火星大气中的二氧化碳发生反应，产生出富含碳12的一氧化碳。另外作者们还设想，有可能是刚刚形成的火星穿越了一片富含碳12同位素的星际尘埃，这些物质于是留在了火星土壤中。根据计算，发生这种事件的概率大约是每一亿年一次。不过，一旦发生这种事件，就可能伴随着火星表面温度的大幅降低……

在论文中作者们根据地球的情况推测出几种可能造成这一现象的原因。但是因为地球环境与火星不同，这些推测未必都能成立。另外，在行星形成之初，可能地球和火星的碳同位素比例本来就有所不同，因此也不能一概而论。在地球表面，碳元素可以通过生命形式流转；而在火星，完全可能形成一个不依赖生命的碳元素循环链条。在这方面，人类的研究还处于初级阶段，需要真正地展开想象力。

总之，尽管人们希望这次发现能够证明火星表面曾经存在生命现象，但想要证明在火星湖底的碳12同位素的聚集是源于生物作用，起码还需要一些旁证，比如，发现一些岩石只有在微生物的作用下才能形成，或是发现一些在生物作用下形成的复杂的有机分子……目前正是因为没有这样的相关证据，这样的孤证并没有什么说服力。

很多人的疑问在于，究竟什么才是发现火星曾经存在生命的最强有力的证据？实际上，可能并不存在这样的证据。人类的技术能力毕竟有限，对火星的探测是循序渐进的。另一方面，即便火星上曾经存在生命，其留下的痕迹很可能也是微乎其微。因此人类需要不断积攒、拼凑寻找到的各种痕迹、证据，直到有一天，我们能通过这些所有的证据得出一个明确的结论。

（本文写作参考了《自然》杂志和美国航空航天局网站的相关报道） 科学火星大气碳元素火星