近年来,人类对火星古生命的探索进入了一个全新的阶段,乔尔·A·胡罗维茨(Joel A. Hurowitz)等科学家发表的最新研究成果,被誉为迄今为止火星上"最清晰"的古生命迹象证据。基于美国国家航空航天局(NASA)"毅力号"探测器在耶泽罗陨石坑的现场探测与分析,研究团队详细解析了一个名为"明亮天使"(Bright Angel)地层中的红氧化矿物与富含有机碳的细粒泥岩,这一发现为探索火星生命提供了前所未有的地质与生物线索。 耶泽罗陨石坑被认为是火星上曾存在液态水环境的重要遗址,更是"毅力号"选择作为着陆探测点的关键原因。随着探测器一路向西北进入流入耶泽罗的纳勒特瓦谷(Neretva Vallis),它在"明亮天使"地层中发现了显著的泥岩和砾岩沉积物。这些岩石具有独特的矿物组成,包含亚毫米尺度的富铁磷酸盐结节以及毫米级别的反应前沿区域,矿物如愚溪石(Vivianite)和绿铁矿(Greigite)的存在表明,火星早期环境中发生了复杂的氧化还原反应。 这些铁磷酸盐矿物的形成与有机碳的存在密切相关。
有机物参与到了沉积后的低温氧化还原反应中,促使铁与硫元素以特定矿物形态沉淀。具体到矿物质,愚溪石是一种富含二价铁的磷酸盐矿物,常与地球上的生物铁还原活动相关联;绿铁矿则是一种磁性硫化物矿物,地球上的硫酸盐还原菌通常促使此类矿物形成。令人兴奋的是,探测器上的SHERLOC仪器检测到了与有机碳特征相关的拉曼谱线,即俗称的G带,这增强了这些矿物与潜在有机过程关联的证据。 进一步的化学分析揭示,明亮天使地层的泥岩富含二氧化硅、氧化铝和氧化铁,而镁和锰含量较低,显示了其源头经历了化学风化和氧化过程。这不同于耶泽罗陨石坑西部扇体的岩石,它们的铁镁元素比较均衡,暗示着不同的沉积和氧化环境。同时,次表面的雷达探测(RIMFAX)和多光谱成像显示,该层系具有复杂的层理和倾角,反映出沉积过程中的环境变化和动力学。
在矿物学方面,钙硫矿物如石膏和半水石膏的发现说明沉积环境中存在低温的水溶液活动,盐分浓度不高,进一步支持了火星早期曾存在适合生命的液态水环境。与此同时,含铁矿物的空间分布并非简单的沉积过程导致,而是经过沉积后化学重组形成的自生结节,呈现出与周围细粒泥岩明显不同的元素富集特征,尤其是铁、磷和锌的存在比例明显偏高。 特别值得关注的是,"豹子斑点"状的反应前沿结构,这些在显微镜下呈现呈暗环围绕较亮核心的特征区域,其矿物化学显示出硫、铁和镍的丰富,类似地球海洋沉积中常见的微生物介导铁硫矿物形成过程。这些矿物与有机质的共生关系,体现了可能的生物化学代谢活动,尤其是铁还原和硫酸盐还原微生物的功能表现。 研究团队同时考虑了非生物的氧化还原反应路径,探讨了是否可能借助有机碳的非生物化学过程形成这些矿物。然而,地质和化学证据显示,催化此类反应的条件在火星早期难以全面满足,如低温限制和缺乏稳定的还原硫源等。
相比之下,微生物介导的铁与硫还原代谢更符合观测到的矿物组合、有机碳分布和颜色变化,后者在火星泥岩中表现为从红色氧化铁岩石向颜色更淡、还原性更强的区域转变。 此外,这些矿物和有机质的特征与地球上已知的泥岩中微生物活动相关结构 - - 例如沉积铁磷结节和硫化物矿物沉积 - - 如出一辙,为生命活动提供了潜在的矿物和化学"生物标志物"。在火星上发现类似的矿物组合及其与有机碳的共存,让科学家对火星是否曾孕育过生命有了新的信心。 耶泽罗陨石坑的地质环境和沉积过程进一步支撑了其可居住性。多层沉积和泥质沉积物的存在,伴随着流体活动,提供了一个适合生命存在的温和环境。水流动力变化导致苯综沉积物和砾石的形成,粉砂和泥质的细粒沉积则暗示了长时间的稳定积水环境,为有机物保存创造了条件。
"毅力号"探测器还采集了"蓝宝峡谷"核心样品,预备未来地球样品返回任务。这些样品的实验室分析将帮助确定这些矿物和有机质的具体成因,是生物性还是非生物性过程。这对于揭示火星古代生命史具有里程碑意义。 从科学方法论角度来看,这项研究完美结合了多种高分辨率仪器技术,包括PIXL的微型X射线荧光光谱技术,SHERLOC的深紫外拉曼光谱与荧光成像,以及SuperCam和Mastcam-Z的遥感光谱成像,创造了对火星表面矿物与有机物分布前所未有的精细描述。 现有的不确定性和未来工作重点包括进一步确定有机碳的分子组成,区分它们是否是火星自身生成或由外来陨石带入,及详解铁和硫矿物的形成机理。此外,更多的地质采样和深入探测将帮助辨别不同沉积环境对生物签名储存与转化的影响。
总的来看,耶泽罗陨石坑"明亮天使"地层中的矿物和有机物共存特征,为火星古代生命存在提供了令人信服的潜在证据。虽然尚未最终确认生物起源,但此发现大幅提升了火星作为古代生命容器的科学地位,也为未来的火星生命探测任务规划指明了方向。 人类对火星的认识因这些发现迈入新纪元。借助地球实验室中高灵敏度的分析技术与对比研究,或有朝一日能解开火星生命之谜,回答一个关于宇宙中生命是否普遍存在的根本问题。耶泽罗陨石坑的红氧化矿物与有机碳的共同故事,正是这段宏大叙事中的一页,激励着我们持续追寻那极其微妙却意义深远的生命踪迹。 。
