關於火星早期生命的特徵,為什麼跟噻吩的結構有關?

悟空科學 發佈 2020-03-09T04:20:29+00:00

儘管宇宙中存在的天體類型很多,不管是小行星、衛星,還是行星和恆星,它們的存在數量都足夠龐大。究其原因,則主要有以下幾點:一方面,主要是因為我們目前已知的所有生命,其實都位於地球這顆岩石星球上,並且,地球又是太陽系中的八大行星之一,因而,我們將岩石行星作為可能擁有生命的星球的首要特

關於火星生命-為什麼生命更有可能存在於類地行星上?

儘管宇宙中存在的天體類型很多,不管是小行星、衛星,還是行星和恆星,它們的存在數量都足夠龐大。但以人類目前對生命的理解來看,我們首先將可能適合生命居住的星球,主要鎖定在了類地行星這個類別,並根據行星與母恆星之間的距離劃分了所謂的可居住範圍。而火星便是太陽系中,最有可能曾經真實存在過生命的行星,甚至它的現在就是地球的未來。

究其原因,則主要有以下幾點:

一方面,主要是因為我們目前已知的所有生命,其實都位於地球這顆岩石星球上,並且,地球又是太陽系中的八大行星之一,因而,我們將岩石行星作為可能擁有生命的星球的首要特徵;

另一方面,科學家們也探測了不少其他類型的星球,從人類踏足過的衛星月球到探測器長期觀察的恆星太陽。但這些行星存在生命、或適合生命居住的機率,又遠比行星類型更低。比如,恆星太陽的高溫高輻射環境,任何生命形態一旦超過安全距離便會被徹底粉碎。

事實上,即便放眼整個太陽系,火星也是唯一被視為除了地球之外,唯一可能曾經存在過生命的行星,火星剛好也是類地行星成員之一。而火星上是否存在有機化合物這個問題,則已經困擾了科學家們數十年的時間,因為它們跟對揭示火星早期生命起到重要作用。

事實上,人類對火星生命是否存在過、或目前該星球上是否依然有微生物存在,已進行了很長時間的研究。但是,儘管在之前的研究中,我們對火星的一些基本星球特徵有所了解,並發現火星上遺留下的乾涸河床等重要信息,但這些都不是可以證明生命本身存在過的信息。

首次發現噻吩-在火星上尋找存在微型生物形態的證據

眾所周知,現在的火星氣候寒冷而乾燥,沙漠礫石遍地都是。而且,還時常會發生破壞力極強的沙塵暴天氣,但這並沒有讓大家對火星生命的追尋停下腳步。雖然,人類距離上一次登陸月球已有50多年的時間,但距離更遙遠的火星我們卻從未涉足。

所以,人類目前對火星進行的所有研究,其實都是建立在探測器收集信息並回傳的基礎上。而好奇號(NASA)的主要任務,便是通過諸多信息的收集,確定火星這顆星球是否適合生命居住,以及它的「宜居性」到底有多高。所以,這一次它的新發現就有所不同了,畢竟好奇號火星車本就是專門尋找火星環境中,那些可能存在的微型生物生命形態。

終於,科學家們通過好奇號發現了一種行為上與苯很像的分子,它的名字就叫做噻吩。或許,直接講這種意外發現的物質,很難讓普通大眾明白它到底是什麼東西。其實,我們日常接觸到的原油中就含有該種物質,而且,它還普遍存在於松露和煤炭等其他物質中,只是我們不曾將其單獨拿出來討論罷了。

火星上的日偏食是怎樣的景觀,火星上閃爍過神秘亮光的證據,火星上曾有湖泊,火星上有有機物存在,這些都是好奇號功不可沒的探索成就。不得不說,從2011年11月成功發射,到2019年發現火星上存在鹽水湖、證明火星如今冰凍而乾燥的環境,也曾潮濕而溫潤過,再到2020年證明火星上可能曾有生命存在,好奇號對人類的宇宙探索所做出的貢獻具有重要里程碑意義。

可能標誌火星生物起源的噻吩,是如何被好奇號發現的?

或許很多人有所不知,好奇號要在火星的沉積物中找到噻吩並非易事,科學家們將SAM篩查噻吩的方法稱為氣相色譜-質譜法:

首先,它需要將目標沉積物加熱到500攝氏度以上的高溫,以滿足分析樣本的前提條件;

然後,通過探測器上的樣本分析儀器SAM來進行篩查,SAM是一種專門用來檢驗是否存在有機化學物質的三合一儀器;

最後,確定這些噻吩到底是火星早期生物的起源,還是來自於非生物。因為,當研究人員確定了噻吩在火星沉積物中真實存在以後,研究人員接下來需要的明確的就是可能來源。

因為,這種特殊的物質,既可能是因為火星早期生命存在過而遺留下來,也可能是因為沉積岩本身發生了一系列複雜的物理和化學變化之後而形成。這的確是一個值得興奮的消息,因為,從科學家們目前的研究來看,火星上首次發現的噻吩,更有可能是幾種生物途徑發展的結果,而並非之前顧慮的化學途徑。

當然,這個問題的答案還需要更多的證據來證明,因為火星環境不同於我們熟悉的地球。倘若這樣的研究是針對地球,那麼,目前的信息就足以確定它們就是生物作用的結果。但由於火星上的自然條件更為特殊,所以,研究人員會將驗證標準提得更高一些,目的當然也是為了得出的結論更可靠。

噻吩的結構,如何證明它跟火星早期生物的起源有關?

相信不少人都應該有所了解,在有機化學中,碳氫化合物是一種不可或缺的重要元素。而噻吩的組成結構中,每個硫原子中都是一個氫原子與四個碳原子呈現出環形排列。事實上,這些擁有硫原子的碳氫化合物分子,更是科學家們在有機化學相關研究中最重要的構成部分之一。


之所以研究人員要排除火星沉積物中的噻吩是非生物來源,主要是因為自然界中還有其他原因可能導致噻吩的產生。比如,那些流星在發生撞擊後隕落到星球,又或是熱化學硫酸鹽還原之類的化學反應過程。這些不同的形成原因,都可以讓化合物在當時被加熱到120攝氏度這個高溫度值之上。

那麼,火星噻吩的生物來源又是怎樣的呢?在之前的研究中已經得出,火星上的時間如果倒退到30億年之前,那時的火星溫暖而潮濕,完全不同於如今的這般景象。也就是說,現在好奇號所發現的噻吩,便有可能是來自於那時的古老細菌,只是它們在之後的時間裡,發生了生物學上可進一步加劇硫酸鹽進行還原的過程。

關於火星生命探索的下一步是什麼?

毋庸置疑,從探測器的工作能力來說,好奇號的確比上一代的機遇號和精神號火星探測器要更加先進,尤其是在分子的成分分解能力上。但是,距離好奇號發射的時間已過去快接近10個年頭,雖然它代表了過去火星探測器的最高水平,但在這段期間,科學家們同時也沒有停止設計和製造更先進的火星探測器。

來自ESA的火星漫遊車ExoMars,預計將會在2012年登陸火星這片紅色的星球,而它的主要任務,則是在火星這片荒涼的土地上,尋找到生命曾經真實存在過的證據。毫無疑問,ExoMars所使用的技術將更加先進,尤其是它所攜帶的有機分子分析儀器MOMA,這是它所搭載的最龐大、且最重要的天體生物學儀器。

與此同時,ExoMars在火星土地上可收集和分析的目標物質不再局限於碎片,範圍進一步擴大到更大的分子,更擁有好奇號火星探測器無法做到的生物分子識別技術。對於生命而言,像糖和胺基酸這樣的有機分子都是他們必不可少的部分,而同位素比率這個東西又能夠將原子是非生物來源、還是生物來源進行有效區分。

或許,生命的神奇之處,就在於這些生物也有自己的傾向性,比如,它們在重同位素和輕同位素之間的平衡。簡而言之,自然界中存在的有機體其實也存在惰性,它們為了自己消耗的能量更少,便願意直接通過元素和輕同位素進行相互作用而形成。

相信在不久的將來,ExoMars、以及其他國家製造的更先進的火星探測器,一定可以幫人類進一步了解火星的可居住性情況。火星上是否曾經真實擁有過生命、或目前是否依然存在移動的微生物,或許可以通過科學家們研究出的這些探測器得到答案;但或許這個問題的答案,也只有等到太空人們進行實地考察之後,才能對火星生命過去、現在,乃至未來的情況有更準確的描述。

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