作者:张文静 来源:中国科学报 发布时间:2016/12/16 10:38:39
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火星发现二氧化硅沉积物:探寻火星“生物信号”

火星上的蛋白石(左)与地球上的层叠石(右)对比。 

■本报记者 张文静

2007年,NASA的勇气号火星车在古谢夫环形山附近的哥伦比亚丘陵发现了二氧化硅沉积物。最近,美国亚利桑那州立大学的天体生物学家Jack Farmer和行星科学家Steve Ruff在智利地热谷找到了与之结构相似的物质。这一发现可能为寻找火星生命打开了新的窗口。相关研究发表在《自然通讯》杂志上。

勇气号的“旧”发现

智利地热谷位于南美阿塔卡马沙漠的边缘,海拔超过4267米,是地球上海拔最高的间歇泉聚集地。即使在夏天的晚上,该地的气温也都在0℃以下,那里空气稀薄、干燥,来自太阳的紫外线很强,被认为是地球上最像远古火星温泉的地方,也是地球上数一数二的可以“模拟火星”的地方。

Jack Farmer和Steve Ruff观察了智利地热谷的流出物,并在微生物帮助下形成了二氧化硅结构,这个结构与勇气号在火星上发现的二氧化硅结构相似。

“当年,勇气号火星车拍到了一种长着枝丫的石头,一如纤纤手指;或者包成结核,形似浅海生物。勇气号用自带的小型热辐射光谱仪测量了它的矿物成分,发现它们是无定形态的二氧化硅,也就是我们常说的蛋白石。”构造地质学博士、科普达人溯鹰向《中国科学报》记者介绍说。

在地球上,跟蛋白石一样同属二氧化硅的石英,是岩石圈里主要的造岩矿物。但在其他3颗岩质行星——火星、金星、水星上,这类物质却难得一见。科学家考察这些蛋白石的上下地层时发现,它正好位于两套镁铁质火山岩之间。地质学家利用将今论古和将地论天两大原则,推断当时火星上富含热液活动。高温热液能够轻易地把上下火山岩地层里的铁离子和镁离子从岩石的分子骨架中淋滤掉,从而把硅和氧筛出来。这样,过饱和的硅和氧就凝固成了独立的蛋白石。

“火星上发现二氧化硅,表明这颗寂静荒凉的星球,曾经也存在过活跃的热液活动。所以,这些火星蛋白石的发现给当年的行星科考界带来过不少热度。不过至于这些热液活动产物代表什么沉积环境,鉴于那个时候也没拿出什么关键性的证据,渐渐地也就没有了下文。”溯鹰说。

火星上“潜在的生命活动特征”

此次Jack Farmer和Steve Ruff在智利地热谷发现的二氧化硅沉淀物,不仅在形貌上与火星蛋白石极为相似,更关键的是,在小型热辐射光谱仪测量下,也表现出了极为相似的谱线特征。地球其他地方的二氧化硅沉积物,比如美国的黄石地区,在谱线上的偏离就明显大得多。

“无论从宏观形貌还是微观特征上,智利地热谷和火星上的沉积物之间都表现出了一种极为密切的相关性。”溯鹰解释说,“这些二氧化硅沉积物裹了一层微米级的石盐包壳,被认为是喷孔热液活动的关键证据——它们是富含氯离子的热液在输出通道上留下的沉淀物。石盐极易溶于水,但得益于智利地热谷独特的干燥气候特征,这些含有微米级石盐壳的沉积物有幸能够保留下来。如果用它来解释火星上那些相关性良好的对应物,人们就可以大胆地说明,勇气号找到的很可能就是火星当年一个活跃的热液喷发孔。”

在地球的热液喷发口附近,寄居着大量细菌。这些细菌很原始,是所有地球生命的最初形态。这些微小的原始细菌围在富含化学物质的喷发口附近,靠热液中的化学能量来营生。随着细菌的世代更替,它们的新陈代谢产物也一叠摞一叠,逐渐摞成一种宏观的构造——叠层石。这些叠层石是过去生命存在的“生物信号”。

“智利地热谷这些蛋白石沉积物的独特骨架,就是细菌世代更替中留下的叠层石产物。在地球上,还真没有太多无机地质行为,能够像细菌一样塑造出结构如此精细独特、成分上又不易保存的天然作品。”溯鹰说,“如今在火星上,我们看到了类似的、具有精细枝杈状结构的蛋白石,也从形貌和岩石化学上,谨慎地解释了它们可能形成于热液喷发孔环境。剩下的问题是:除了细菌,还有别的成因吗?至少,在地球上,我们很难找到与生物无关的成因。” 在地球,过去生命存在的“信号”有化石,也有这些以微妙形式存在的“生物信号”。目前,在火星上并没有发现化石。“火星探测已经到了一个开始寻找‘生物信号’的阶段,这些今天或过去生物产生的痕迹,表明了生命的存在。”Ruff说。

出于严谨,现在的科学家保守地把火星上这套相关的蛋白石结构称之为“潜在的生命活动特征”。“按照NASA的定义,潜在的生命活动特征是指一个物体、一种物质或者一种结构,它们可能形成于生物成因,但在结论得出前,需收集更多数据来完善佐证。”溯鹰说。

《中国科学报》 (2016-12-16 第4版 新知)
 
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