W公司 虽然一些科学家通过火星漫游者登陆火星、向太空发射望远镜以及用巨大的无线电天线扫描天空来寻找外星生命,但地球生物学家约瑟夫·基什文克认为,外星生命的首批迹象可能就在NASA约翰逊航天中心的一个架子上, 包裹在一块火星岩石中,很方便地掉到了地球上。
在加州理工学院Kirschvink办公室的墙上挂着一张陨石的黑白照片。 放射性年代测定表明,这块岩石形成于40亿年前,当时火星是一个温暖湿润的地方。 大约1600万年前,在陨石撞击火星表面碎片进入太空后,它被推上了地球。
最终,这块石头落在南极洲的冰盖上,在一个叫艾伦山的地区,陨石猎人于1984年在那里发现了这块石头。 科学家根据其发现的日期和地点将其命名为ALH84001。 他们通过分析岩石孔隙中的气体来追踪其火星起源。 这些气体与20世纪70年代登陆火星的两艘维京号宇宙飞船测量到的大气化学成分相符。
更重要的是,ALH84001似乎包含生命迹象,这不仅表明火星上可能曾经存在生命,而且还表明它可能穿过太空的空隙到达地球。 事实上,柯什文克认为生命很可能只在我们的太阳系中出现过一次,而不是从地球上开始的。 “我认为40亿年前火星上有细菌,”他说。
这将使我们以及地球上的每一个生物成为火星太空微生物的后代。
对克里斯·麦凯来说,这会让人失望。 “我的工作是在其他星球上寻找生命,”加州山景城NASA艾姆斯研究中心的行星科学家麦凯说。 “不只是为了生命,而是为了我所说的第二个起源。”
麦凯告诉我,区别是至关重要的。 例如,如果我们在太阳系的其他地方发现了生物,结果发现它们具有与我们自己相似的生物化学——DNA和熟悉的蛋白质,那么我们仍然无法评估宇宙中的生命是罕见的还是普遍的。 火星可能已经感染了地球上的生命,反之亦然。 在任何一种情况下,火星和地球都可能是侥幸事件,这是在一个原本贫瘠的宇宙中的例外情况。
相反,如果我们发现了真正的第二起源,这将是一个繁衍的宇宙的证据,其中生命是规范。 麦凯说:“一个起源和两个起源之间的差异是天文数字。”。
生命迹象: 1984年,在南极洲发现了阿兰山84001陨石。 虽然它起源于火星,但它含有微小的磁性晶体,一些地球细菌利用它们来感知地球的磁场。 维基百科
T型 这里有四条独立的证据表明ALH84001含有生命迹象。 最上镜的是嵌在岩石中的微小管状结构,类似于地球上发现的细菌细胞化石。 科学家还检测到了生物活动副产物的微量矿藏,以及陆地微生物通常产生的有机化学物小球。 让克什文克最兴奋的是第四条证据——陨石中含有被称为磁小体的微小磁性晶体,一些细菌利用磁小体感知地球磁场。
这些观察结果促使美国宇航局在1996年的一次大型新闻发布会上,以及在该杂志上发表的一篇论文中,宣称火星上有生命 科学类 克林顿总统称赞了这项研究。 他说:“如果这一发现得到证实,这肯定是科学有史以来对我们宇宙最令人惊叹的见解之一。”。 生物学家、地质学家、行星科学家和物理学家要求美国国家航空航天局将岩石碎片寄给他们,以便他们能够着手证实或反驳这些说法。
在接下来的几年里,大多数科学家得出结论,这些证据并不成立,至少不足以证明另一个星球上存在生命这样非同寻常的东西。 许多实验表明,“化石细菌”、矿藏和有机化学物质都可能是由自然、非生物过程形成的。
但是,时至今日,克什文克仍坚持认为,磁铁矿晶体很难解释为是火星本土生命形式的遗迹以外的任何东西。 他是1996年收到样品的科学家之一,他和一些同事发现样品中含有数十亿磁铁矿晶体。 使用扫描电子显微镜,这些晶体的尺寸通常只有几十亿分之一米,他们发现27%的晶体与地球细菌产生的晶体无法区分。
他们在2000年发表了他们的结果,Kirschvink说,目前还没有可信的无机机制来解释磁小体。 “最简单的解释是生物学。”
如果火星是母行星,那么地球将是孕育生命的行星。
在他的办公室里,柯希文克在他的电脑上调出了一些磁小体的图像; 它们看起来像微小的珠子。 他说,在地球细菌和火星陨石中发现的磁小体具有两个独特的性质:形状和纯度。 磁小体由磁铁矿晶体组成,磁铁矿是一种常见的磁性矿物。 磁铁矿晶体的自然形成形式是八面体。 但在细菌中,进化将它们塑造成细长的珠子,增强了它们的磁性,使它们成为更好的指南针。
与普通磁铁矿相比,磁小体中的晶体也异常纯净。 “磁铁矿是一种垃圾袋矿物,”Kirschvink说。 “它会以磁性为代价吸收大量不同的污染物。这些晶体是纯净的,”他轻触着电脑屏幕上的图像说道。 “我们从未在生物学之外看到过这些东西。”他说,在美国国家航空航天局研究人员1996年提出的四条证据线中,只有磁小体没有被伪造。 “甚至不太接近。很多人都尝试过,但我没有看到任何(非生物的)可以制造出这些晶体——甚至没有一种晶体具有这些特性。”
即便如此,柯希文克的大多数同事都不相信他的论点。 麦凯说,细菌中的磁小体总是以长链的形式出现,就像一串珍珠,而不是以单个晶体的形式出现。 “如果磁小体被放在项链里,这对每个人来说都是令人信服的,不仅仅是乔。如果乔在陨石中发现了磁小体,我会说‘真的,是这样的!’”“一串磁小体的发现会成为火星曾经支持生命的确凿证据吗? “绳子会的,”麦凯说。 “单晶不是。”
佛罗里达州盖恩斯维尔的生物化学家、应用分子进化基金会(Foundation for Applied Molecular Evolution)主任史蒂文·本纳(Steven Benner)同意麦凯(McKay)的评估,但表示基什文克(Kirschvink)的观点没有被证伪。 “乔的观点是少数人的,”他说。 “这是一个有趣的假设。归根结底,我认为火星生命(在陨石中)的说法并没有被完全推翻。我认为乔是证明陨石中存在生物特征的最有力的例子。”
Kirschvink对反对意见很熟悉,他知道他必须找到一条磁小体链才能说服他的同事们。 他说,问题是,要从火星陨石的坚硬岩石基质中分离出磁小体,而又不破坏你正在寻找的东西,是极其困难的。 唯一能够进行这种精确切割的仪器是一种叫做离子研磨机的设备,它可以向陨石发射原子束,切割磁小体周围的材料。 这可能会揭示到目前为止检测到的单晶是否实际上是延伸到岩石深处的链的一部分。 Kirschvink计划在日本研究人员的帮助下,以这种方式解剖岩石。
最大峡谷: 火星上的水手谷峡谷系统长2500多英里,深23000英尺,是太阳系中最大的峡谷之一。 科学家认为液态水在其形成过程中起了一定作用。 维基百科
A类 LH84001比地球上已知的最早的生命还要古老。 因此,如果Kirschvink找到了他的珠子,这意味着火星上的生命可能比地球上的生命更早开始。 虽然火星现在又冷又干,大气层厚度只有地球的百分之一,但40亿年前它更温暖湿润。 美国国家航空航天局的漫游车现在在火星表面行驶,发现了古老的湖床和河床,这表明火星可能曾经有被更厚的大气层覆盖的浅海。
虽然许多科学家认为液态水是生命最基本的成分,但地球可能曾经拥有过多的水。 “我们拥有的最好证据表明,早期地球完全被海洋所覆盖,”Kirschvink说。 他说,如果没有一些干燥的土地,生命的基本化学成分就很难形成。“原因很简单……如果你把两种氨基酸结合在一起制造蛋白质,你就必须去除水分。”如果氨基酸被浸泡在海洋中,这是不可能的。 生活需要一些陆地上的滩头阵地才能开始。 古代地球可能没有任何陆地,但火星肯定有。
Kirschvink说:“所有这些都是有争议的,因为我们谈论的是40亿年前的世界。”。 “但很明显,火星有南部高地,看起来越来越像北极洋盆。如果你有火山地形,有降雨、溪流和河流,如果那里的生命得以开始,它就会蓬勃发展。”在Kirshink看来,这种情况很可能发生, 有一些显著的影响:生命在火星上起源后,可能会由陨石从那里传播到地球。 这将使我们以及地球上的其他生物成为火星太空微生物的后代。 根据Kirschvink的说法,我们不会在其他世界找到我们的第一个ET,我们只需要照镜子。 “我真的认为我们是火星人,”他说。 对于柯希文克来说,火星上的生命不太可能代表麦凯正在寻找的第二个起源。
虽然彗星或陨石撞击可能在地球上播种生命的想法至少已有一个世纪的历史,但在科学家中这仍然是少数人的观点,大多数科学家还不准备接受火星人对地球生命的谱系。 火星距离地球3000多万英里,对于人类或微生物来说,这是一段漫长的旅程。 但一块从火星上爆炸出来的岩石可能在六个月内到达地球,根据我们对细菌耐性的了解,岩石中的细菌可能已经被掩护起来并存活下来。 细菌孢子在国际空间站外表面存活了18个月,完全暴露在真空和致命的太空辐射下。 在最近的一项实验中,瑞士研究人员将细菌DNA链涂抹在火箭的外部——即使在飞船激烈地重返地球大气层后,DNA仍然是可行的。
他们将不得不深入挖掘,但我认为我们有超过50%的机会找到我们的第一个外星人。
如果数十亿年前火星细菌真的在这里登陆,它们就会被释放到一个巨大的营养液中——地球的海洋中充满了溶解的二氧化碳、铁和磷。 虽然生命在水世界中可能很难出现,但一旦生命在一些干燥的地方进化,它就可能在地球的海洋中繁衍生息。 新来的火星人不会有任何竞争对手。 “生命所需的一切都将在那片海洋中为生命的到来做好准备,”柯希文克说。 “然后:溅落!火星上的陨石碎裂,释放出埋藏的细菌孢子。一种能够繁殖的昆虫可以成倍增长,因此第一个能够在这里自我复制的昆虫将接管一切。”
火星怎么了? 为什么,如果生命起源于那里,火星就永远不会变成另一个拥有丰富多样的动植物生态系统的地球? 为什么那些古老的火星河流和海洋消失了? 火星似乎太小了,无法无限期地维持生命。 火星的质量只有地球的十分之一,重力也不到地球的一半,因此无法保持大气层。 生命所必需的气体慢慢泄漏到太空中。 没有空气的绝缘层,火星逐渐变成了今天的寒冷沙漠世界。
“如果火星是母行星,地球也会是孕育行星,”Kirschvink说。 在他的讲述中,生命的起源有一个悲剧的因素。 正是这种条件使火星成为一个理想的生命诞生地——它的体积很小,使其从原始熔融状态冷却下来的速度比地球更快,因此生命可以更早开始——也意味着生物不能在那里继续繁衍。 “你可能需要一个特殊的太阳系,在那里一个类似火星的母行星可以感染它的邻居。可能是这些母行星注定要死亡,而邻近的行星,如地球,收养了孩子。”
W公司 当基尔施文克在ALH84001上搜寻地球上的磁小体链时,其他科学家正在加紧搜寻火星表面。 美国国家航空航天局喷气推进实验室的科学家已经制定了将火星岩石样本送回地球的任务计划。 虽然这项任务目前没有时间表或资金支持,但麦凯说,如果火星上确实存在细菌,那么它们的化石遗骸就会在那里等待被发现。 “磁小体非常健壮,”他说。 “它们是骨骼的细菌等效物。”
一些研究人员认为,未来的任务可能在火星上发现的不仅仅是磁小体和化石。 比利时根特大学(University of Ghent)的生物化学家盖坦·博尔戈尼(Gaetan Borgonie)表示,那里的生命可能仍在地下生存。 他说,这些生物可能看起来像他在我们星球的深层地下生态系统中发现的生物,而这些生态系统几乎没有被探索过。
从2008年末开始,博尔戈尼领导的团队发现了地球上最深的陆地生物——一种生活在南非金矿地下2英里以上的蠕虫新物种。 研究人员将其命名为 墨菲斯托Halicephalobus mephisto ,以浮士德传说中的恶魔命名。 虽然这种蠕虫只有大约半毫米长,但它比科学家预计存在于这些深度的简单细菌要大得多,也要复杂得多。 一些新闻报道称,这种来自地狱的蠕虫以岩石中矿物质为食的细菌为食。
这一发现有助于指导科学家寻找外星人。 地球上的大多数生命都很小、很笨、很深,火星上的情况也可能如此。 博尔戈尼说:“如果生命起源于那里,那么这些动物或植物已经进化了30亿或40亿年,它们可能还在那里。生命总会找到出路的。永远都有。”。 “如果美国国家航空航天局(NASA)或欧洲航天局(ESA)开始在火星上挖掘,他们将不得不深入挖掘,但我认为我们有超过50%的机会找到第一个外星人。”
他在头顶上挥动双手,追踪冰喷发的轨迹。 “就像免费样品一样,拿一个!”
柯希文克对此感同身受。 当我问他,从火星人到火星人,如果生命能在今天的火星母亲身上存活下来,他告诉我它肯定不在表面上。 “大气压力很低,水都沸腾了。地球上大多数地方大部分时间都在冰点以下。但我们确实知道,一旦生命进化,它就可能进入极端环境。地球上就是这样; 它涨得很高。 它并没有在这些环境中进化,但它进入了这些环境。 很明显,如果生命起源于火星,它很可能会迁移到其他环境中,并可能仍在继续生存。”
并非所有人都同意。 科罗拉多大学博尔德分校的行星地质学家Steve Mojzsis认为,火星上没有明显的生命迹象,这与火星上曾经存在生命的可能性相矛盾。 “地球上的生命占据着最干燥的沙漠、最冷的冰川、最高的山峰和最深的沉淀物——它渗透到地球上;我们的星球上有一层生物活动的外壳。火星? 没有任何暗示。 我们已经向火星发射了一队入侵太空船,这就像是20世纪50年代太空恐怖电影的倒影,但我们什么都找不到。”
解决方案可能需要更多挖掘。 麦凯正在推动一项任务,该任务将通过在地球北极附近的一处冻土中钻探约一米,来寻找火星地下生命。 如果美国国家航空航天局批准,破冰船生命项目(Icebreaker Life)将于2018年启动。McKay最初希望钻入10米深的地下,以穿透可能被强烈太阳辐射消毒的表层。 但如果在航天器上安装一个30英尺长的钻机,任务预算就会被打破。
另一种选择是将拆下的钻头装在航天器上,然后放回火星上,这也不可行,因为现有的机器人都没有足够的灵活性来完成这项任务。 因此,麦凯和他的团队决定进行一个单米长的钻机,在航天器着陆后,钻机将垂直摆动。
麦凯测试了南极洲破冰船生命号的一些组件,并表明原型钻机可以在大约一小时内穿透3英尺的冻土。 当全面运行时,破冰生命公司将在每钻2英寸后使用刷子收集样本,并将其传递给仪器,以测试酶和其他生命迹象,甚至可能是完整的活微生物。
家,冰冷的家: 如果有选择的话,克里斯·麦凯将开始在土卫二上寻找外星生命。 作为土星的卫星之一,它有100多个间歇泉向太空喷射冰。 维基媒体
我 如果火星上发现了生命,它与地球上生命的关系将通过基因分析确定。 要么科希文克关于火星作为母行星的假设得到证实,要么麦凯将有他的第二个起源。 但是,即使火星上没有第二个起源,生命仍有可能独立于其他地方出现在科学家发现的数百颗行星中的一颗上,这些行星绕着光年以外的恒星运行,甚至在我们自己的太阳系更远的地方。
在麦凯的寻觅生命的愿望清单中,土卫二是最重要的,它是土星的卫星。 它有一片海洋在数英里厚的冰下晃动。 但土卫二也有100多个间歇泉,向太空喷出数百英里的冰。 如果恩克拉多斯的海洋中存在生命,那么间歇泉中可能含有其存在的化学痕迹。 在描述月球羽流时,麦凯无法抑制自己的热情:他在头顶上挥动双手,追踪冰喷发的轨迹。 他说:“这就像是免费的样品,拿一个吧!”。
麦凯已经与日本研究人员会面,讨论了前往土卫二的联合任务计划。 他希望美国宇航局和日本通过月球间歇泉发射探测器,并部署相当于机械捕手手套的东西。 手套上涂有粘性凝胶,可以收集间歇泉中的物质; 太空船将把样品送回地球。 2006年,同样的技术也被用于从彗星尾部捕捉物质,因此没有任何新的工程障碍需要克服。 由于土星距离我们的距离是火星的10倍多,土卫二和地球上的生命起源的可能性较小,这增加了麦凯的第二起源可能在遥远海洋深处被发现的可能性。
如果我们太阳系中的火星、土卫二和其他候选星球最终被证明是不育的,那么我们现在知道还有很多其他星球可能对生命友好。 美国国家航空航天局(NASA)的开普勒太空望远镜(Kepler space telescope)已经记录了1000多颗围绕其他恒星的行星,天文学家现在估计,仅我们的星系就可能包含多达400亿个类地行星。 如果在它们中的任何一个身上发现生命,那么极远的距离几乎可以保证第二次起源。 这么多宇宙房地产荒芜的几率有多大? 正如苏格兰哲学家托马斯·卡莱尔(Thomas Carlyle)一个多世纪前所言:“如果他们没有人居住,那是多么浪费空间。”
Tim Folger为 《国家地理》、《发现》、《科学美国人》、, 和其他出版物。 他也是年度选集的系列编辑, 美国最佳科学与自然写作奖。
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