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火星上的生命证据,在地球上找到了?

火星人表示抗议。图片来源:deviantart.net

当年勇气号着陆火星时,曾有吃瓜群众P了一张火星人抗议的照片。而现在,勇气号似乎真的在火星上找到了疑似生命的证据。

2016年,可能会成为人类发现地外生命的拂晓之年。之所以这么说,是因为最近在地球上作出的一些地质新发现,把10年前在火星上拍到的一组“老照片”重新拉回到了人们眼前。如果两者之间真有靠谱关联的话,那说不定真就会搞出一个大新闻。

10年前,火星上发现蛋白石

故事得从这10年前的老照片说起。早在大名鼎鼎的好奇号(Curiosity)登陆火星之前,他的前辈——勇气号(Spirit)火星车,就在火星上拍到了一种不太正常的石头。这些石头长着枝丫,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(Mini-TES, Miniature Thermal Emission Spectrometer)测量了它的矿物成分,发现它们是无定形态的二氧化硅(SiO2),也就是我们常说的蛋白石(Opal)。

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。火星上发现二氧化硅这类东西,表明这颗寂静荒凉的星球,曾经也存在过活跃的热液活动。

勇气号火星车在火星上发现的蛋白石。图片来源:Nature Communications

你可能会问,二氧化硅在地壳里不是挺泛滥的么?毕竟,跟蛋白石一样同属二氧化硅的石英(Quartz, SiO2),在岩石圈里是主要的造岩矿物。火星车发现二氧化硅,有什么令人稀罕的呢?之所以你觉得地壳里SiO2泛滥,是因为你身在地球。在其它3颗岩质行星(火星、金星、水星)上,这东西可就难得一见了。

一个比较冷门的科学事实是,太阳系的4大岩质行星,除了地球以外,都没经历过强烈的化学分异。我们都知道,岩质星球的主要成分是氧(O)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)、镁(Mg)、钙(Ca)。虽然Si和O占了头筹,但后头那4位,也都不是容易打发的主儿。它们是阳离子,要想让它们“安生”下来——也就是以电中性化合物的形式稳定赋存,得需要足够多的阴离子来与它们配对。

仔细看看这6种元素,想找个靠谱点儿的阴离子,还真就只能打Si和O的主意。于是,我们有了SiO42-。当我们把这个酸根分配给一个个阳离子的时候,便有了所有岩质星球上最主要的物质成分——硅酸盐。

可SiO2不是硅酸盐,它是简单氧化物。它的存在,是一个环境里Si与O过饱和的标志。言外之意就是,当Mg、Fe、Ca这些阳离子全都被消耗或者移除之后,如果还有剩余的Si和O,它们才会以独立的形式相结合,最终形成SiO2。

得益于活跃了几十亿年的软流圈,得益于一经开启便从未停息的板块构造,地球——这个太阳系特立独行的个体——创造了一部足以碾压其它行星的大地动力史。在几十亿年的岁月里,地球的地幔一直在源源不断地往地壳输送岩浆,而岩浆上涌的过程又恰恰是一个化学分异的过程:Mg和Fe的硅酸盐因为结晶早、比重大而率先从岩浆中沉淀下去,最终让剩余的岩浆富含Si和O。当它们到达地球表层并结晶成岩时,就把大量的SiO2带入了地壳。这是我们今天能在地球的地壳里看到大量石英的本质原因。

其他3颗星球呢?不好意思,诞生不久,就早早冷却掉了。像地球这样几十亿年如一日的持续演化,对于它们来说简直就是天方夜谭。它们早早地关闭了对流系统,关闭了深部物质出入地表的窗口。所以,在这些早已陷入沉眠的星球上,我们见到的最多的东西,不外乎也就只有镁铁质的岩石了。

可勇气号终究还是在火星上发现了SiO2。经过层序律的限定,表明它们形成于45亿-35亿年前的诺亚纪。那个时候,火星内部还没有彻底冷却,其构造活跃程度说不定跟地球还有得一拼。既然火星没有星球规模的宏观分异,那么这些特立独行的二氧化硅,肯定来自于局部发生的构造-热事件。

考察这些蛋白石的上下地层可以发现,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Fe离子和Mg离子从岩石的分子骨架中淋滤掉,从而把Si和O筛出来。这样,过饱和的Si和O就凝固成了独立的蛋白石。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,渐渐也就没有了下文。毕竟,火星车时不时都会弄些大新闻传给地球,火星上能吸引大家的地方,实在太多了。

在类似的火星开拓之旅中,人们掀过了21世纪的头一个10年。人们见证了勇气号的沉眠,也见证了好奇号的降临。只要火星车的车辙仍在这片红色的荒原上缓缓延伸,荧惑之星的故事,便必然还会继续。

如今,地球上找到叠层石

很快,时间的箭头就指向了2016年,坐标也从火星移回到了我们的地球。来到南美洲,来到智利,来到一片叫做El Tatio的地区。

地球上的El Tatio地区遍布着热液喷发口。图片来源:Nature Communications

这里是地球上最大的海洋板块——太平洋板块向南美大陆俯冲的最前锋。剧烈的板块挤压,塑造了狭长而宏伟的安第斯造山带。大地构造运动孕育了活跃的火山作用,让喷气口和热泉漫布在这个狭长的国度上。它们喷出的热液给地表带来了形形色色的沉淀物。智利又恰好处在盛行西风带,缺水干燥的环境特征,让这些在地表极不稳定的化学物质统统完整地保留了下来。El Tatio地区因此也成为地球上一个良好的天然实验室,研究者用这片土地上的特征,来模拟数十亿年前的火星气候环境。很快地,人们就在这块有趣的地方,找到了跟勇气号当年在火星上看到的东西十分相似的物质。

如果仅仅是成分上的类似,比如都是蛋白石的话,这个故事就没什么意思了。El Tatio地区的这些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Mini-TES光谱上,也表现出了极为相似的谱线特征。而地球其他地方的SiO2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。

无论从宏观形貌上,还是微观特征上,El Tatio地区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。这些SiO2沉积物裹了一层微米级的石盐(Halite,NaCl)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El Tatio地区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,寄寓着大量营化学生活的细菌。这些细菌很原始,事实上,它们就是所有地球生命的最初形态。早在地球环境剧变无常的太古时代,这些微小的原始细菌就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。随着小细菌们世代更替,他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。El Tatio地区这些蛋白石沉积物的独特骨架,就是细菌世代更替中所留下的叠层石产物。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、成分上又如此不易保存的天然作品。

火星上的蛋白石(左列)与地球上的层叠石(右列),图片来源:Nature Communications

在相同的尺度上对比火星上的蛋白石(左列)与地球上的层叠石(右列),可以看到它们具有明显的相似性。

现在,问题来了:火星呢?

我们的确看到了类似的、具有精细枝杈状结构的蛋白石;也从形貌和岩石化学上,很谨慎地解释了它们可能形成于热液喷发孔环境。

那么剩下的问题就是:除了细菌,还有别的成因么?至少,在地球上,我们很难找到与生物无关的成因。

出于天生的严谨,科学家还是很保守地把火星上这套相关的蛋白石结构称之为“Potential Biosignature”,即潜在的生命活动特征。按照NASA的定义,所谓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,但在明确的结论得出之前,尚需要人们去收集更多的数据来完善佐证。

科学家的话虽然说得滴水不漏,但对于我们这些吃瓜群众,为何不大胆猜测一下呢?反正我们看热闹从来就不怕事太大。

如果后续研究最终没能确认生物成因,OK,两个行星上太阳照常升起。可反过来,万一这个研究真的就触碰到了火星上生命的真相,那么2016年的这个尾巴,可能就要永载史册了。

而我们,则是时代的亲历者。(编辑:Steed)

注:未经作者允许禁止转载。

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