火星生命的形成和消失
来源：《飞碟探索》
现在的火星表面受到致命的紫外线辐射, 而且可能覆盖着一层过氧化物和超氧化物.如果类地球生物散落到火星表面,几分钟之内便会化为灰烬. 从美国发射的两艘“海盗”号登陆舱发回的数据表明:火星表面不存在有机物. 但是分析一块最新形成的陨石发现,大约1.5亿年以前至少在火星地表下面存在有机物.在最近200万年的时间里,火星表面的状况可能未发生过改变.
我们对地球生命的起因尚未弄清,更不用说火星上的生命了.尽管如此,假设火星上的确曾有过生命存在,我们就可以对其命运做若干推测,这将有助于将来探寻火星上已灭绝或尚存的生命.地球微生物已经占据了地球上的每一寸土地, 从最冷最干的南极岩石表面到温泉和热液出口(此处微生物能在113℃高温下生存). 因此,如果火星上出现过生命,则应有大量供此类生命生存的栖息地.
生命迁移
我们还不清楚火星上的生命是怎么形成的, 但它可能出现在诸如热液出口或火星上的海洋这样有稳定水源并能提供某种形式能量的地方.在火星的历史进程中,热液中心的成分可能通过断层和断面的交汇处相互联系.例如,其体积相当于覆盖整个火星10米深的一层水可以最深下渗达0.8千米, 而一层100米的水则可以形成近43千米的含水层. 含水层内物质可以通过热液传递产生运动.含水层本身受热时,水产生密度反差,浮力驱使水流动,于是便形成上述运动.现在地球上主要有两种地方存在热液对流,第一种与岩浆活动和喷发有关,主要位于各板块边缘.第二种则在深海海底, 此处海洋地壳中保存的热量驱使大量海水以相当低的温度环流.
早期火星可能缺少构造板块和海洋板块,所以除地壳中的低温水对流之外,由喷发和碰撞生热引起的岩浆活动可能是热液对流的源动力.岩浆侵入1000立方千米范围引起的环流可持续10万年之久.由于热液循环水的不断渗入,下渗的含水层因此能长期得到补充.
随着热液活动的减少,大气冷却,范围不大的河流运动日渐消失.火星上某些群山很年轻,只有10万年.因此任何火星海洋里或者火星地表之下有流水的地方,都可能有生命赖以生存的物质.
最古老的赫斯伯瑞尔·普朗尼平原位于赤道以南约20°, 可能是最后冻结的地方之一,因此可能留有火星上最高级的有机物的遗迹.
当假设存在的河流汇入海洋时,如果水流丰富而且平稳,生命移居到地表之上就比较容易,于是微生物就可能发展到陆地上.如果水流量不大, 地表下的生命仍有可能发展到地表上.假设能证明陆栖生命的确存在, 则有机物可以选择在盐湖或冰层覆盖的湖泊里生长,这些湖泊便可能成为火星生命的栖息地.
地球上的原始细菌成功地移居含盐量很高的水中, 甚至盐分已饱和的半干海洋中.它们是至今仍生活在死海和大盐湖的仅存有机物.检查火星风化层内的硫和氯以及是否有硬壳时发现,火星上的盐湖曾出现过集中的盐溶解现象,但现在没有了.
环境恶化影响生命
随着火星大气压力下降,火星环境对所有地表生命更加不利. 研究人员伊姆雷·弗里德曼、克里斯·麦基和大卫·韦恩威廉斯概述了火星上的水的四个时代. 其中三个时代已经在今天的南极发现了类似的栖息地. 在英国星际协会探寻火星上生命的专题座谈会报告集中,韦恩威廉斯有一篇论文概述的这四个时代是:
第一时代:有大量的水.无论是在四面临海的陆地,还是在温泉或深层地表下都有大量的水,这可能是生命起源的必备条件. 火星上可能出现的流水泛滥是南极的季节性解冻河流,这些河流很适合光合藻青菌的生长.
第二时代:水的存在仅限于冰下湖泊.在南极干谷可以发现冰下湖泊,湖泊上覆盖的冰常年不化,但冰层下的流水中生长着细菌群.这种湖泊的温度对生命起源而言可能太冷,因此需要热起来.所以生命需要迁出这种环境,要么一旦环境恶化将被扼杀.
第三时代:水只限于南极干谷等地多孔岩石中的水分.在这种环境下,微生物濒临灭绝边缘.这些有机物已经尽可能忍受干燥.在热力定律起作用之前, 生物的进化和适应只能到此为止.
第四时代:沙漠化的火星表面.火星表面完全不适合生命存在.
当火星地表水越来越少时, 可能有能忍受低温和潮湿的地表有机物经过自然淘汰生存下来.当近地表变得不适合居住时, 只有地下深层的有机物可能在化学合成的自给自足的系统里生存着.温度低于0℃时热液在火星表面各处渗透, 但这种渗透并不一定均匀.因此,火星上某些地方可能先冻结,然后再是其他地方.
冰层可能有效地阻碍了地表上与地表下有机物之间垂直和水平的移动.火星上可能缺少板块结构,因此可能形成两个互不相干的水域.
不同水源与假定的生命形式之间可能在空间和时间上分布均不相同, 这种可能性令人兴奋.火星上各地冻结时间不同,估计是从两极逐渐发展到赤道,这就保护了处于不同发展阶段,从原细胞到单细胞生命的有机物. 从现在的火星上可以找到这种迹象.
找寻火星上的微体化石和多分子化石
火星上的生命是否能在热液系统中延续至今只能由直接取样来确定.但是, 生命延续时间越长, 越有希望在广袤的外空间找到留有生命栖息遗迹的化石或生物化学标记.我们该去哪里找这些分子呢?迈克·罗素和他在格拉斯哥大学的同事指出:生命可能产生于一个极不均衡,与热液对流有关并受之驱动的化学系统中.
即使地球大气中的氧足够供给更多物种生存, 很多适温细菌仍被迫生活在热泉和潜流中.联系到这一点,就能帮助我们寻找火星上的生物化石.例如,迈克·罗素指出,从断层中可望找到亚硫酸盐镁磷钙铝石,其长1千米左右,宽约10米, 形成于古热泉或潜流中.火星上峡谷、河床和冰水扇形地貌的存在就是曾有过水流的最好的迹象.而且很可能在火星历史上的第一个百万年内,河床底的碎石间仍有水流过.在早期大气中,水被二氧化碳炭化,或从深层岩浆中直接析出.当水渗入或自流到内陆海或湖时,可能与镁铁质岩屑发生化学反应.
一些科学家推测,火星上现存的有机化合物遗迹可能为我们提供线索,看看哪些化合物组合能形成生命,哪些不能. 同在美国国家航空航天局阿莫斯实验室工作的特萨·卡纳瓦雷蒂和罗可·曼西内利提出: 如果火星上许多年以前存在氨基酸之类的有机物,那么表面氧化层下面的有机物遗迹就仍能保留到今天. 只有当氨基酸在含水或冻结的表面沉积层中时才能保留外消旋作用.所有陆栖生命的新陈代谢都采用一种氨基酸异构体.如果没有这种异构体, 就很难确定这种氨基酸是非生物源还是生物源.
此外,根据对火星上氨基酸外消旋的推测,杰弗里·巴德指出: 火星上的核酸也可能在与氨基酸类似的条件下保存下来.但是,实际数据显示,作为核酸支柱的核糖寿命极短,在4℃条件下只能存活44年.因此,在发现氨基酸的地方有望发现以核糖为基础的遗传信息,甚至它们原来就是共同存在的,当然可能性极小.
NASA阿莫斯实验室的克里斯·麦基和旺达·戴维斯推测,某些冰下湖泊在恶劣气候下仍保存下来,这里更可能有氨基酸保留到今天.
结 论
我们认为早期火星的气候与早期地球的气候有某些相似之处, 因此我们更加关注火星上也可能曾有过生命这一设想.曾有过很多理论解释地球上生命的起源, 但没有一条理论得到证实.火星的地质为我们提供了难得的研究取证机会.如果火星上出现生命是源于热液作用,那么火星上更可能有多个生命发源中心.而且由于水覆盖面积不大,这些中心在空间上可能互相隔离,因此会出现不同种系的生命.
