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Mars上的生活,从Viking到好奇心

围绕着红色星球的科学争论的简要历史。

1976年7月午夜,在帕萨迪纳一个闷热的房间里,维京的火星团队成员坐在一个笨重的单调电脑旁……Ted Anton

1976年7月午夜,在帕萨迪纳一个闷热的房间里,维京的火星团队成员坐在一个笨重的单调的电脑监视器上,紧张地等待着世界上第一个成功的Mars探测器着陆器的第一个数据,这是唯一一个专门设计用来探测生命的火星着陆器。在接下来的几周里,Viking的第一次生命探测实验都有了惊人的信号。当数据回到太空操作设施时,很明显,当有机化合物被添加到火星土壤中时,二氧化碳释放出来,尽管混合物没有过热。这是一个生命的标志,确切地说,地球上的实验发生了什么。当水被添加到土壤中时,氧气就释放出来了,就像地球一样。远距离探测器在生命的最初阶段,在生命的最初两个实验中发现了它的特征。第三个实验加热土壤,比如在烤箱中加热食物,这些结果是混合的。

然而,争论加剧了,因为第四个实验的相互矛盾的数据进来了。声称Mars上的生命将是史无前例的。如果他们错了,没有团队成员会活下来。任何事情都比你脸上浮夸的笑容要好得多。然而,世界上大多数人都不知道,在原始维京登陆车上的四次实验中,有三个实验可以被解释为微生物测试阳性,给出的结果与在地球上检查过数千次的结果相同。研究员Patricia Straat告诉另一个任务的工作人员,Gil Levin,“这就是生活!

然而,第四次实验采用了James Lovelock所用的气相色谱仪和质谱仪,这是一种测量分子大小的精密仪器,它不仅没有生命,而且也没有火星上的有机物。这是一个惊人的结果:有机物存在于小行星、彗星、流星以及星际尘埃的整个空间。不仅如此,实验还表明Mars表面有毒或自我消毒。任务科学家进行了激烈的争论,NASA最终决定谨慎行事。由于土壤中的强氧化剂,表面必须自我消毒,这也有助于赋予其红色。Viking发现了一个贫瘠、风吹雨打的红色行星,被火山口堵塞,寒冷而死亡。

一些任务科学家不同意,坚持第四个实验只是失败,因为它经常在地球测试。一组活动人士,包括莱文,写下讲话,煽动美国宇航局发布完整的维京数据。在美国宇航局2016次庆祝任务第四十周年的庆祝活动中,他重申了他的呼吁。他预测Mars好奇号探测器会发现复杂的有机物。当他看到好奇的甲烷爆发的时候,他告诉我,他看到甲烷的消失发生得太快,而不是紫外线造成的:“这种消失可能是甲烷甲烷引起的,甲烷使用了一个完美的小生态循环。”

其他Mars的调查结果相互矛盾。美国宇航局的机会和精神流浪者在20世纪初,其报告震撼世界各地的数百万球迷,包括我,是由地质学家和工程师,而不是生物学家设计和建造。来自2008凤凰着陆器的水的证据,它的照相机在它的冷的钢腿上描绘了清晰的液滴。模拟结果表明,无论是水在高氯酸钙的风化颗粒周围凝结,盐型矿物的性质使其能够从大气中清除水,或是在地面下激起了脏冰,而水滴形成并融化在腿上。密歇根大学的任务科学家Nilton Renno说:“问题是,在地球上,到处都是液态水,微生物存在。”事实上,地球上的这种咸水含有微生物。

突然,每个人都对能住在冰封的湖泊或平原,或在遥远的洞穴或地表以下的矿坑里感兴趣。

矛盾的是,寻找Mars有希望的一个最好的地方是地球。沿着南极冰冻的白色漫步,你会看到Mars的小石块。事实上,每年大约有10磅的Mars岩石落在地球上。如果一颗大陨石撞击Mars,它会把一些岩石扔到小星球的重力之外。作为地球上最亲密的邻居,我们自己的更大的行星将发现它的重力会捕获一些岩石,这些岩石落到地球表面,最容易在南极等贫瘠、冰封的地区找到。它们的真实性是通过对它们的冲击玻璃的化学分析来确定的,熔化的玻璃物质是岩石原有的。如果一块石头的震撼玻璃含有与火星大气中完全相同的气体混合气体,火星火星探测到的气体来自Mars。

在南极洲发现了一颗著名的火星陨石,在1996年的84001年,美国宇航局的研究员Dave McKay和他的团队声称他们已经发现了微生物化石。今天大多数人认为这是不可能的。但是很久以前,丰富的水一定会流入Mars的海洋和河流中,液体的矿物质残留物在行星泛滥平原、冲积盆地乃至长河干涸的大河中都清晰可见。天文学家Luigi Schiaparelli在1887通过原始望远镜发现的原始裂谷的原始名称是:康纳利意大利语的“频道”(虽然英语研究者不正确地翻译为“运河”)。在世纪之交,在亚利桑那州,Percival Lowell认为他瞥见活跃的Mars河流具有季节性的植被变化。事实上,无数的探测器在火星峡谷中拍摄了早晨的雾霾。抓住洛厄尔的主张,埃德加·赖斯·巴勒斯,作者的泰山书,写了二十年代和30年代古怪的系列火星公主科幻小说让一代又一代的美国年轻人冒险。洛厄尔看到的是镜子中的瑕疵。当Burroughs与妻子离婚时,他看到的是一位好莱坞女演员,这是一个公众轻信的金矿。

后来美国国家航空航天局的探测器产生了令人困惑的结果。20世纪60年代的水手探测器强烈地暗示Mars薄而冷的大气不允许有纯净的液态水,尽管最终的卫星清楚地描绘了古代溪流和海洋的床。

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2010,亚利桑那大学的一名研究Mars轨道飞行器的大学生发现了间歇性的黑暗条纹在RIDGOOPS上并行运行,然后消失,就像季节性的流动一样。Lujendra Ojha在困惑的现象中注意到的是来自高分辨率成像科学实验(HiRISE)。渗出的黑色小溪出现在数十个地点。兴奋,Ojha paired HiRISE观察与矿物地图Mars。光谱仪观测显示水合盐在几个位置,但只有当黑暗的特点出现和加宽。使用轨道飞行器的紧凑型侦察成像光谱仪,OJHA和团队随后分析了从条纹反射的光,在其中检测到过氯酸钠或高氯酸镁的踪迹。Mars水含有天然的溴化防冻剂。

想象一个有间歇水和干燥的冷行星和太阳系最大的火山。巨型湖泊含有与北冰洋相同的水量,由湍急的河流供给,在三角洲沉积了大量的冲积沉积物。那是火星的早期。现在想象一个硫磺味、酸性、海洋覆盖的行星,带有有毒的大气和炽热的温室气体,既没有氧气也没有辐射遮蔽臭氧,它被彗星撞击,然后被一个Mars大小的行星撞击,喷射出足够的岩石,形成一个巨大的月亮,将地球表面扭曲成摩天大潮。欢迎来到地球早期。

出于这个原因和其他原因,美国宇航局的调查者Steven Benner和其他人认为生命起源于Mars,并被Eujeta带到地球。在休斯敦国家航空航天局图书馆的老维京成绩单上,本纳发现了40年前的成绩单中的珍贵线索。他发现的是“大众混乱”,他告诉我。研究古微生物的DNA并复活它们的基因和蛋白质,本纳试图将地球上生命的起源与太阳系中生命的存在联系起来。他在一系列论文中指出,Mars的特色是“温暖的温度和湿热的循环”,他说,使RNA构建块能够集中精力“为我们的化学做准备”。

问题是,过去许多关于火星生命或水的说法都是错误的。但是许多古老的微生物在地球上类似的冰冻、碱性的环境中繁衍生息。出于这个原因,研究人员奔向硫磺洞穴,Kamchatka的温泉中含有钼和硼酸盐,黄石公园和北极的盐水湖。他们发现的是骗人的东西。


NASA的Chris McKay和佩内洛普波士顿是两名研究人员,在地球寻找遥远的、极端的前哨基地,寻找微生物代谢和起源的迹象。一位前新墨西哥学校采矿技术研究所的教授和两个马戏团训练师的女儿,波士顿开始研究北极的微生物,然后切换到深洞穴中寻找。加利福尼亚的Alison Murray在南极寻找极端微生物。突然,在好奇之后,每个人都对能够生活在冰封的湖泊或平原,或在遥远的洞穴或地表以下的矿坑里感兴趣。在波士顿看来,火星上微生物生命的可能性,在30%岁的时候,现在看来正在增加。波士顿认为,如果在敌对的湖泊、洞穴或矿山环境中存在微小的生命形式,微生物生命就可能在Mars的地下面上存在。

从喀斯特洞穴研究所所长和新墨西哥国家洞穴研究所和喀斯特研究所的共同创办人开始,波士顿为Mars提供了案例,帮助创建火星地下,并进行了一系列的讨论,在这一系列讨论中,她开始赢得美国宇航局对Mars生命的怀疑。她非常成功,在2016,航天局给她命名为加利福尼亚莫菲特菲尔德天体生物学研究所的新主任,她给了她一个激动人心的机会,她告诉我:“帮助我在非常高的水平上引导我热爱的科学。”

来自内华达州的沙漠研究所生物化学家Alison Murray加入了路易斯安那州立大学地球物理学家Peter Doran,研究南极南极布满冰的湖泊的微生物和古气候,发现各种各样的古细菌和细菌。“他们大部分时间都不做冬眠,”Murray说,他从南极湖维达钻了冰核,“但是他们在那里。”在盐水下面的温度更高,但是核心管从深沉的水池里带来了冰。

这种洞察力把研究人员带回了美国西部,伯克利生物学家Jill Banfield研究了科罗拉多河和加利福尼亚山上一座废弃的矿山。班菲尔德在一个单一的有毒矿井废墟中发现了几种新的细菌。关键是这些奇怪的、以前未知的微生物依赖于其他生物体的群落才能生存。这有助于解释为什么实验室里很少能生长。在科罗拉多河附近的一个浅层含水层中工作,班菲尔德的团队应用了一种新的技术来发现生物体,发现了几十种新的细菌,实际上改变了生命树。班菲尔德团队将789种生物分为35个门,其中28个是新发现的,在域细菌中。他们基于对生物进化史的排序,以及16S rRNA基因的相似性;那些至少有75%的共同密码进入同一门。研究小组发现每一级和每一季节都有非常不同的共生物种。

解决这个问题的唯一办法是把人们放在Mars上。

在2016秋季,班菲尔德团队从一个科罗拉多的含水层中发现了新的细菌群,使这个星球上已知细菌群的数量增加了一倍,一个巨大的地下发现再次修正了生命树。班菲尔德还研究了婴儿的肠道微生物定植,将她带到新生儿重症监护病房。她的作品,以及其他作品在Yellowstone,在智利的阿塔卡马沙漠,在科罗拉多和加利福尼亚的废弃矿山,甚至在海豚的嘴里,导致一个新的生命树出版。自然微生物学在过去的15年里,大约有一千个未知物种被加入。班菲尔德发现的另一个惊喜是,几乎一半的新细菌多样性来自一个群体,认为只有共生。

然后Nora Noffke点燃了Mars的生命之旅。


T在炎热的海滨弗吉尼亚州的夏天,老DeMiMon大学的Nora Noffke正在研究来自盖尔陨石坑的好奇号漫游者照片。Noffke是微生物诱导沉积结构(MeaveBeaveLeaveDeaveLeaveSimple)的权威机构,她在卤水浅滩中为微生物席留下的石纹创造了一个术语。许多人都熟悉叠层石,这些沉积物是由古微生物沉积的,但很少有人了解微生物潮垫的重要性。在30年的职业生涯中,Noffke曾走遍了五大洲,研究和分类了十几种典型的席子形状,从卷起到纹波到褶皱结构。类似的叠层石在澳大利亚和夏威夷的浅滩和加勒比海地区形成了旅游目的地。Noffke在澳大利亚的内陆发现了她的思念。事实上,没有其他人见过他们,他们到目前为止是我们星球上最古老的生命证据。

在2014夏天,美国航空航天局邀请诺夫克在一次会议上发言,为2020号火星车选择着陆地点。如果早期的地球和Mars是相似的,Noffke对该小组说,也许在这个星球上有微生物引起的沉积物。在观众席上,加州理工学院地球化学家Ken Farley坐在椅子上。他的团队刚刚发表了一篇关于好奇号的文章,这篇文章是在Mars的“绵羊床”的古泥中看到的,这是一条沿海平原,当时它行驶了22公里,到达了陡峭的山坡。会后,法利把诺福克送去,问她怎么想。她研究了索尔126号拍摄的照片,这是好奇号在Sheepbed的火星日。她的心怦怦跳。图像看起来很熟悉。她知道危险的趋势到处可见微生物结构。“我会提交一份假设文件,看看人们怎么说,”她想。

这些奇怪的、以前未知的微生物依赖于其他生物体的群落生存。

2015年1月,当她发表了一篇论文,暗示Mars上微生物生命的迹象时,好奇心小组做出了强烈反应。一位科学家说,Noffke看到的是“天空中的云”。该团队创建了一个网站来驳斥Noffke的说法。

2014次甲烷爆炸可能是出于好奇。但是甲烷也是由古细菌产生的特征气体。随后,在2015的观测中,火星探测轨道器的海水在冰冷的陨石坑附近的斜坡上运行,在冰冻的温度下用高氯酸盐保持液体。

怨恨逐渐增强。好奇队说她地质异常。诺夫克回应道。“现在是被侵蚀的山坡,但它以前是一个湖,在一个完全不同的古环境中。他们说这是一条辫状河。那不是真的。这是蜿蜒的河流系统留下的山坡。这就是你在地球的微生物垫的地方。

解决这个问题的唯一办法是把人们放在Mars上。最大的问题是携带足够的燃料从火星表面起飞,以便他们能返回地球。由于这个原因,第一步可能是人类围绕Mars轨道运行,由行星协会提出,由Bill Nye主持。进一步看,NASA计划早在20世纪30年代将人类送到Mars,而欧洲和俄罗斯ExoMAS计划定于2020登陆,为其所在地选择一个湖床。

来自大风坑盆地的古微生物活动的进一步证据来自俄勒冈大学,地质学家Greg Retallack指出土壤的硫酸盐含量很高,只能在缺氧环境中由厌氧细菌产生。Retallack写道,好奇号照片中的一些“泡状结构”或气泡类似于雨后地球上微生物产生的“泡状结构”。地质. 在她看来,诺夫克被她对大型科学的经验和对外星生命的公众迷恋所挫伤。她的论文只是一个假设,而不是一个充分的论点或主张,而好奇心反应的敌意使她吃惊。然而,好奇队在与第一次发现甲烷的季节正好相反,形成了一个返回甲烷爆炸地点的新路线。也许它比其他任何东西都显示了这项研究对于一个热门的基础——包括Twitter和Instagram追随者(如我)的重要性。

出于这个原因,研究人员和爱好者们急切地追随欧洲航天局探测器SiaPaulLi,在2016秋季飞向Mars轨道并准备试车着陆。由其轨道母体单元监测,SiabaRLLI测试着陆器下降到2016年10月19日的Nealina Primulm地区。降落伞向上部署了12公里,隔热板按照计划释放了7.8公里。然后,它的惯性测量发生了一个错误,它在数据饱和的情况下运行了一秒钟太长,并且产生了低于地面水平的估计高度。第二个错误触发了第二个降落伞着火太快,就像它的刹车推进器一样,导致虚拟着陆器剧烈碰撞并崩解。这些碎片可以从美国国家航空航天局的火星侦察轨道器看到。

这次考试令人失望,但这只是一个考验。欧洲航天局计划于2020返回Mars。


Ted Anton是德保大学的英语教授。他是作者的作者长寿追求者并且已经写好了芝加哥杂志芝加哥论坛报出版商周刊

允许转载微生物星球由Ted Anton,芝加哥大学出版社出版的第2017卷。保留所有权利

原始铅图像:海伦菲尔德/快门

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