火星生命的形成和消失
來源：《飛碟探索》
現(xiàn)在的火星表面受到致命的紫外線輻射, 而且可能覆蓋著一層過氧化物和超氧化物.如果類地球生物散落到火星表面,幾分鐘之內(nèi)便會化為灰燼. 從美國發(fā)射的兩艘“海盜”號登陸艙發(fā)回的數(shù)據(jù)表明:火星表面不存在有機物. 但是分析一塊最新形成的隕石發(fā)現(xiàn),大約1.5億年以前至少在火星地表下面存在有機物.在最近200萬年的時間里,火星表面的狀況可能未發(fā)生過改變.
我們對地球生命的起因尚未弄清,更不用說火星上的生命了.盡管如此,假設(shè)火星上的確曾有過生命存在,我們就可以對其命運做若干推測,這將有助于將來探尋火星上已滅絕或尚存的生命.地球微生物已經(jīng)占據(jù)了地球上的每一寸土地, 從最冷最干的南極巖石表面到溫泉和熱液出口(此處微生物能在113℃高溫下生存). 因此,如果火星上出現(xiàn)過生命,則應(yīng)有大量供此類生命生存的棲息地.
生命遷移
我們還不清楚火星上的生命是怎么形成的, 但它可能出現(xiàn)在諸如熱液出口或火星上的海洋這樣有穩(wěn)定水源并能提供某種形式能量的地方.在火星的歷史進程中,熱液中心的成分可能通過斷層和斷面的交匯處相互聯(lián)系.例如,其體積相當(dāng)于覆蓋整個火星10米深的一層水可以最深下滲達0.8千米, 而一層100米的水則可以形成近43千米的含水層. 含水層內(nèi)物質(zhì)可以通過熱液傳遞產(chǎn)生運動.含水層本身受熱時,水產(chǎn)生密度反差,浮力驅(qū)使水流動,于是便形成上述運動.現(xiàn)在地球上主要有兩種地方存在熱液對流,第一種與巖漿活動和噴發(fā)有關(guān),主要位于各板塊邊緣.第二種則在深海海底, 此處海洋地殼中保存的熱量驅(qū)使大量海水以相當(dāng)?shù)偷臏囟拳h(huán)流.
早期火星可能缺少構(gòu)造板塊和海洋板塊,所以除地殼中的低溫水對流之外,由噴發(fā)和碰撞生熱引起的巖漿活動可能是熱液對流的源動力.巖漿侵入1000立方千米范圍引起的環(huán)流可持續(xù)10萬年之久.由于熱液循環(huán)水的不斷滲入,下滲的含水層因此能長期得到補充.
隨著熱液活動的減少,大氣冷卻,范圍不大的河流運動日漸消失.火星上某些群山很年輕,只有10萬年.因此任何火星海洋里或者火星地表之下有流水的地方,都可能有生命賴以生存的物質(zhì).
最古老的赫斯伯瑞爾·普朗尼平原位于赤道以南約20°, 可能是最后凍結(jié)的地方之一,因此可能留有火星上最高級的有機物的遺跡.
當(dāng)假設(shè)存在的河流匯入海洋時,如果水流豐富而且平穩(wěn),生命移居到地表之上就比較容易,于是微生物就可能發(fā)展到陸地上.如果水流量不大, 地表下的生命仍有可能發(fā)展到地表上.假設(shè)能證明陸棲生命的確存在, 則有機物可以選擇在鹽湖或冰層覆蓋的湖泊里生長,這些湖泊便可能成為火星生命的棲息地.
地球上的原始細菌成功地移居含鹽量很高的水中, 甚至鹽分已飽和的半干海洋中.它們是至今仍生活在死海和大鹽湖的僅存有機物.檢查火星風(fēng)化層內(nèi)的硫和氯以及是否有硬殼時發(fā)現(xiàn),火星上的鹽湖曾出現(xiàn)過集中的鹽溶解現(xiàn)象,但現(xiàn)在沒有了.
環(huán)境惡化影響生命
隨著火星大氣壓力下降,火星環(huán)境對所有地表生命更加不利. 研究人員伊姆雷·弗里德曼、克里斯·麥基和大衛(wèi)·韋恩威廉斯概述了火星上的水的四個時代. 其中三個時代已經(jīng)在今天的南極發(fā)現(xiàn)了類似的棲息地. 在英國星際協(xié)會探尋火星上生命的專題座談會報告集中,韋恩威廉斯有一篇論文概述的這四個時代是:
第一時代:有大量的水.無論是在四面臨海的陸地,還是在溫泉或深層地表下都有大量的水,這可能是生命起源的必備條件. 火星上可能出現(xiàn)的流水泛濫是南極的季節(jié)性解凍河流,這些河流很適合光合藻青菌的生長.
第二時代:水的存在僅限于冰下湖泊.在南極干谷可以發(fā)現(xiàn)冰下湖泊,湖泊上覆蓋的冰常年不化,但冰層下的流水中生長著細菌群.這種湖泊的溫度對生命起源而言可能太冷,因此需要熱起來.所以生命需要遷出這種環(huán)境,要么一旦環(huán)境惡化將被扼殺.
第三時代:水只限于南極干谷等地多孔巖石中的水分.在這種環(huán)境下,微生物瀕臨滅絕邊緣.這些有機物已經(jīng)盡可能忍受干燥.在熱力定律起作用之前, 生物的進化和適應(yīng)只能到此為止.
第四時代:沙漠化的火星表面.火星表面完全不適合生命存在.
當(dāng)火星地表水越來越少時, 可能有能忍受低溫和潮濕的地表有機物經(jīng)過自然淘汰生存下來.當(dāng)近地表變得不適合居住時, 只有地下深層的有機物可能在化學(xué)合成的自給自足的系統(tǒng)里生存著.溫度低于0℃時熱液在火星表面各處滲透, 但這種滲透并不一定均勻.因此,火星上某些地方可能先凍結(jié),然后再是其他地方.
冰層可能有效地阻礙了地表上與地表下有機物之間垂直和水平的移動.火星上可能缺少板塊結(jié)構(gòu),因此可能形成兩個互不相干的水域.
不同水源與假定的生命形式之間可能在空間和時間上分布均不相同, 這種可能性令人興奮.火星上各地凍結(jié)時間不同,估計是從兩極逐漸發(fā)展到赤道,這就保護了處于不同發(fā)展階段,從原細胞到單細胞生命的有機物. 從現(xiàn)在的火星上可以找到這種跡象.
找尋火星上的微體化石和多分子化石
火星上的生命是否能在熱液系統(tǒng)中延續(xù)至今只能由直接取樣來確定.但是, 生命延續(xù)時間越長, 越有希望在廣袤的外空間找到留有生命棲息遺跡的化石或生物化學(xué)標(biāo)記.我們該去哪里找這些分子呢?邁克·羅素和他在格拉斯哥大學(xué)的同事指出:生命可能產(chǎn)生于一個極不均衡,與熱液對流有關(guān)并受之驅(qū)動的化學(xué)系統(tǒng)中.
即使地球大氣中的氧足夠供給更多物種生存, 很多適溫細菌仍被迫生活在熱泉和潛流中.聯(lián)系到這一點,就能幫助我們尋找火星上的生物化石.例如,邁克·羅素指出,從斷層中可望找到亞硫酸鹽鎂磷鈣鋁石,其長1千米左右,寬約10米, 形成于古熱泉或潛流中.火星上峽谷、河床和冰水扇形地貌的存在就是曾有過水流的最好的跡象.而且很可能在火星歷史上的第一個百萬年內(nèi),河床底的碎石間仍有水流過.在早期大氣中,水被二氧化碳炭化,或從深層巖漿中直接析出.當(dāng)水滲入或自流到內(nèi)陸?；蚝r,可能與鎂鐵質(zhì)巖屑發(fā)生化學(xué)反應(yīng).
一些科學(xué)家推測,火星上現(xiàn)存的有機化合物遺跡可能為我們提供線索,看看哪些化合物組合能形成生命,哪些不能. 同在美國國家航空航天局阿莫斯實驗室工作的特薩·卡納瓦雷蒂和羅可·曼西內(nèi)利提出: 如果火星上許多年以前存在氨基酸之類的有機物,那么表面氧化層下面的有機物遺跡就仍能保留到今天. 只有當(dāng)氨基酸在含水或凍結(jié)的表面沉積層中時才能保留外消旋作用.所有陸棲生命的新陳代謝都采用一種氨基酸異構(gòu)體.如果沒有這種異構(gòu)體, 就很難確定這種氨基酸是非生物源還是生物源.
此外,根據(jù)對火星上氨基酸外消旋的推測,杰弗里·巴德指出: 火星上的核酸也可能在與氨基酸類似的條件下保存下來.但是,實際數(shù)據(jù)顯示,作為核酸支柱的核糖壽命極短,在4℃條件下只能存活44年.因此,在發(fā)現(xiàn)氨基酸的地方有望發(fā)現(xiàn)以核糖為基礎(chǔ)的遺傳信息,甚至它們原來就是共同存在的,當(dāng)然可能性極小.
NASA阿莫斯實驗室的克里斯·麥基和旺達·戴維斯推測,某些冰下湖泊在惡劣氣候下仍保存下來,這里更可能有氨基酸保留到今天.
結(jié) 論
我們認為早期火星的氣候與早期地球的氣候有某些相似之處, 因此我們更加關(guān)注火星上也可能曾有過生命這一設(shè)想.曾有過很多理論解釋地球上生命的起源, 但沒有一條理論得到證實.火星的地質(zhì)為我們提供了難得的研究取證機會.如果火星上出現(xiàn)生命是源于熱液作用,那么火星上更可能有多個生命發(fā)源中心.而且由于水覆蓋面積不大,這些中心在空間上可能互相隔離,因此會出現(xiàn)不同種系的生命.