火星上的生命證據，在地球上找到了？

火星上的生命證據，在地球上找到了？

科學松鼠會

2016-12-08閱讀原文

溯鷹

松鼠名片

構造地質學博士，科學松鼠會成員，中國科普作家協會會員。從天地初開到洪荒辟離，從生物滅絕到板塊漂移......在每個亘古的歲月里，都有值得講述的有趣故事。我是溯鷹，一位回溯地球歷史的旅人，很榮幸成為您的Storyteller。

當年勇氣號著陸火星時，曾有吃瓜群眾P了一張火星人抗議的照片。而現在，勇氣號似乎真的在火星上找到了疑似生命的證據。圖片來源：deviantart.net

2016年，可能會成為人類發現地外生命的拂曉之年。之所以這麼說，是因為最近在地球上作出的一些地質新發現，把10年前在火星上拍到的一組「老照片」重新拉回到了人們眼前。如果兩者之間真有靠譜關聯的話，那說不定真就會搞出一個大新聞。

10年前，火星上發現蛋白石

故事得從這10年前的老照片說起。早在大名鼎鼎的好奇號（Curiosity）登陸火星之前，他的前輩——勇氣號（Spirit）火星車，就在火星上拍到了一種不太正常的石頭。這些石頭長著枝丫，一如纖縴手指；或者包成結核，形似淺海生物。勇氣號用自帶的小型熱輻射光譜儀（Mini-TES, Miniature Thermal Emission Spectrometer）測量了它的礦物成分，發現它們是無定形態的二氧化硅（SiO2），也就是我們常說的蛋白石（Opal）。

這些火星蛋白石的發現，給當年的行星科考界帶來過不少熱度。火星上發現二氧化硅這類東西，表明這顆寂靜荒涼的星球，曾經也存在過活躍的熱液活動。

勇氣號火星車在火星上發現的蛋白石。圖片來源：Nature Communications

你可能會問，二氧化硅在地殼裡不是挺泛濫的么？畢竟，跟蛋白石一樣同屬二氧化硅的石英（Quartz, SiO2），在岩石圈裡是主要的造岩礦物。火星車發現二氧化硅，有什麼令人稀罕的呢？之所以你覺得地殼裡SiO2泛濫，是因為你身在地球。在其它3顆岩質行星（火星、金星、水星）上，這東西可就難得一見了。

一個比較冷門的科學事實是，太陽系的4大岩質行星，除了地球以外，都沒經歷過強烈的化學分異。我們都知道，岩質星球的主要成分是氧（O）、硅（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鎂（Mg）、鈣（Ca）。雖然Si和O佔了頭籌，但後頭那4位，也都不是容易打發的主兒。它們是陽離子，要想讓它們「安生」下來——也就是以電中性化合物的形式穩定賦存，得需要足夠多的陰離子來與它們配對。

仔細看看這6種元素，想找個靠譜點兒的陰離子，還真就只能打Si和O的主意。於是，我們有了SiO42-。當我們把這個酸根分配給一個個陽離子的時候，便有了所有岩質星球上最主要的物質成分——硅酸鹽。

可SiO2不是硅酸鹽，它是簡單氧化物。它的存在，是一個環境里Si與O過飽和的標誌。言外之意就是，當Mg、Fe、Ca這些陽離子全都被消耗或者移除之後，如果還有剩餘的Si和O，它們才會以獨立的形式相結合，最終形成SiO2。

得益於活躍了幾十億年的軟流圈，得益於一經開啟便從未停息的板塊構造，地球——這個太陽系特立獨行的個體——創造了一部足以碾壓其它行星的大地動力史。在幾十億年的歲月里，地球的地幔一直在源源不斷地往地殼輸送岩漿，而岩漿上涌的過程又恰恰是一個化學分異的過程：Mg和Fe的硅酸鹽因為結晶早、比重大而率先從岩漿中沉澱下去，最終讓剩餘的岩漿富含Si和O。當它們到達地球表層並結晶成岩時，就把大量的SiO2帶入了地殼。這是我們今天能在地球的地殼裡看到大量石英的本質原因。

其他3顆星球呢？不好意思，誕生不久，就早早冷卻掉了。像地球這樣幾十億年如一日的持續演化，對於它們來說簡直就是天方夜譚。它們早早地關閉了對流系統，關閉了深部物質出入地表的窗口。所以，在這些早已陷入沉眠的星球上，我們見到的最多的東西，不外乎也就只有鎂鐵質的岩石了。

可勇氣號終究還是在火星上發現了SiO2。經過層序律的限定，表明它們形成於45億-35億年前的諾亞紀。那個時候，火星內部還沒有徹底冷卻，其構造活躍程度說不定跟地球還有得一拼。既然火星沒有星球規模的宏觀分異，那麼這些特立獨行的二氧化硅，肯定來自於局部發生的構造-熱事件。

考察這些蛋白石的上下地層可以發現，它正好位於兩套鎂鐵質火山岩之間。地質學家利用將今論古和將地論天兩大原則，推斷當時火星上富含熱液活動。高溫熱液能夠輕易地把上下火山岩地層里的Fe離子和Mg離子從岩石的分子骨架中淋濾掉，從而把Si和O篩出來。這樣，過飽和的Si和O就凝固成了獨立的蛋白石。至於這些熱液活動產物代表什麼沉積環境，鑒於那個時候也沒拿出什麼關鍵性的證據，漸漸也就沒有了下文。畢竟，火星車時不時都會弄些大新聞傳給地球，火星上能吸引大家的地方，實在太多了。

在類似的火星開拓之旅中，人們掀過了21世紀的頭一個10年。人們見證了勇氣號的沉眠，也見證了好奇號的降臨。只要火星車的車轍仍在這片紅色的荒原上緩緩延伸，熒惑之星的故事，便必然還會繼續。

如今，地球上找到疊層石

很快，時間的箭頭就指向了2016年，坐標也從火星移回到了我們的地球。來到南美洲，來到智利，來到一片叫做El Tatio的地區。

地球上的El Tatio地區遍布著熱液噴發口。圖片來源：Nature Communications

這裡是地球上最大的海洋板塊——太平洋板塊向南美大陸俯衝的最前鋒。劇烈的板塊擠壓，塑造了狹長而宏偉的安第斯造山帶。大地構造運動孕育了活躍的火山作用，讓噴氣口和熱泉漫布在這個狹長的國度上。它們噴出的熱液給地錶帶來了形形色色的沉澱物。智利又恰好處在盛行西風帶，缺水乾燥的環境特徵，讓這些在地表極不穩定的化學物質統統完整地保留了下來。El Tatio地區因此也成為地球上一個良好的天然實驗室，研究者用這片土地上的特徵，來模擬數十億年前的火星氣候環境。很快地，人們就在這塊有趣的地方，找到了跟勇氣號當年在火星上看到的東西十分相似的物質。

如果僅僅是成分上的類似，比如都是蛋白石的話，這個故事就沒什麼意思了。El Tatio地區的這些二氧化硅沉澱物不僅在形貌上與火星蛋白石極為相似，更關鍵的是，在Mini-TES光譜上，也表現出了極為相似的譜線特徵。而地球其他地方的SiO2沉積物（比如美國的黃石地區），在譜線上的偏離就明顯大得多。

無論從宏觀形貌上，還是微觀特徵上，El Tatio地區和火星上的沉積物之間都表現出了一種極為密切的相關性。這些SiO2沉積物裹了一層微米級的石鹽（Halite，NaCl）包殼，被認為是噴孔熱液活動的關鍵證據——它們是富含氯離子的熱液在輸出通道上留下的沉澱物。石鹽極易溶於水，但得益於El Tatio地區獨特的乾燥氣候特徵，這些含有微米級石鹽殼的沉積物有幸能夠保留下來。如果用它來解釋火星上那些相關性良好的對應物，人們就可以大膽地說明，勇氣號找到的，很可能就是火星當年一個活躍的熱液噴發孔。

在地球的熱液噴發口附近，寄寓著大量營化學生活的細菌。這些細菌很原始，事實上，它們就是所有地球生命的最初形態。早在地球環境劇變無常的太古時代，這些微小的原始細菌就圍在富含化學物質的噴發口附近，靠熱液中的化學能量來營生。隨著小細菌們世代更替，他們的新陳代謝產物也一疊摞一疊，逐漸摞成一種宏觀的構造——疊層石。El Tatio地區這些蛋白石沉積物的獨特骨架，就是細菌世代更替中所留下的疊層石產物。在地球上，還真沒有太多無機地質行為，能夠像細菌一樣塑造出結構如此精細獨特、成分上又如此不易保存的天然作品。

在相同的尺度上對比火星上的蛋白石（左列）與地球上的層疊石（右列），可以看到它們具有明顯的相似性。圖片來源：Nature Communications

現在，問題來了：火星呢？

我們的確看到了類似的、具有精細枝杈狀結構的蛋白石；也從形貌和岩石化學上，很謹慎地解釋了它們可能形成於熱液噴發孔環境。

那麼剩下的問題就是：除了細菌，還有別的成因么？至少，在地球上，我們很難找到與生物無關的成因。

出於天生的嚴謹，科學家還是很保守地把火星上這套相關的蛋白石結構稱之為「Potential Biosignature」，即潛在的生命活動特徵。按照NASA的定義，所謂潛在的生命活動特徵，是指一個物體、一種物質或者一種結構，它們可能形成於生物成因，但在明確的結論得出之前，尚需要人們去收集更多的數據來完善佐證。

科學家的話雖然說得滴水不漏，但對於我們這些吃瓜群眾，為何不大膽猜測一下呢？反正我們看熱鬧從來就不怕事太大。

如果後續研究最終沒能確認生物成因，OK，兩個行星上太陽照常升起。可反過來，萬一這個研究真的就觸碰到了火星上生命的真相，那麼2016年的這個尾巴，可能就要永載史冊了。

而我們，則是時代的親歷者。

（編輯：Steed；排版：小嵐歐歐）

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