出品：科普中国
作者：马小军
监制：中国科普博览
(资料图)
自1970年代启动“维京”任务以来，人类一直在不断尝试寻找火星上的生命迹象。然而，半个世纪后，尽管各国的火星探测项目不断努力，但仅在火星上发现了含量极低的简单有机分子。想要断言火星生命的确存在，这些证据还远远不够。上周，一项发表在《自然——通讯》上的最新研究显示，**搭载于火星车上的检测设备能力的限制，很可能是阻碍人们寻找火星生命证据的瓶颈。**换句大白话讲，没发现不意味着火星上没有生命，还可能是探测设备不够给力。
罗塞塔探测器拍摄的火星照片
（图片来源：ESA & MPS for OSIRIS Team）
火星——地球的姐妹行星
火星是太阳系内第四颗行星，也是第二小的行星，很多方面与地球非常相似。虽然火星上的平均温度为-63℃，但某些季节的局部温度却可高达20-35℃，已经进入了人类生存的宜居范围。这颗红色的星球存在以二氧化碳为主的大气层，不过非常稀薄，气压只有地球的1%。此外，火星储存着大量的固态水资源，这也让它成为未来人类移民的希望之地。诸多研究结论显示，火星可能存在或者曾经存在微生物一类的低等生命形式，这也是全球各国热衷于探索火星的重要原因之一。
地球与火星的大小比较
（图片来源：维基百科）
人类在过去几十年中进行了多次火星探测任务，包括环绕、飞越、登陆等。探测火星上是否存在生命正是这些任务的核心使命之一。人类发射的探测器可以对火星的地表、大气、地下和水文系统等进行详细的观测和分析，以探索火星是否具有生命存在的条件或生命存在的证据。它们搭载的生命探测仪主要基于以下几种原理。
历次火星探测任务着陆点的相对位置
（图片来源：维基百科）
第一，表面成分探测，如祝融号上搭载的相关设备就能够分析火星表面的元素、矿物和岩石类型，为判断火星是否适合生命提供依据；第二，大气成分探测，如Maven号携带的太阳风离子分析仪等仪器，能够观测火星大气受太阳的影响，从而探索它们与生命活动的可能关系。第三，有机物探测，如好奇号和毅力号，它们携带的仪器，除了能够检测矿物质，还能够发现有机物存在的证据。
祝融号火星车与着陆器在火星表面的合照，由其释放的一台分离式相机拍摄
（图片来源：中国新闻社）
实际上，火星探测器都会同时搭载多种探测设备，以毅力号为例，它携带的探测设备就非常的丰富多样。
Mastcam-Z：位于桅杆上的变焦全景相机，能够产生高清晰的全景和立体图像；
MEDA：一套微型气象站，能够测量温度、风速、风向、压力、湿度和尘埃粒子；
MOXIE：试验性的仪器，能够利用二氧化碳从火星大气中提取氧气；
PIXL：X射线荧光光谱仪，能够分析岩石和土壤的化学成分；
RIMFAX：地质雷达，能够探测地下的结构和层次；
SHERLOC：激光成像系统，能够检测有机物质和矿物质；
SuperCam：多功能仪器，能够使用激光、红外线和声波来分析岩石和土壤。
毅力号火星车上的各种科学载荷
（图片来源：NASA）
那么，这些设备的具体原理是怎样的呢？我们以好奇号上的火星样本分析仪（SAM）为例进行说明。SAM是一种用来检测火星土壤和岩石中有机物和其他化学成分的仪器。它的原理是使用一个微型炉子对样品进行加热，并对其释放出来的气体进行质谱、气相色谱和激光分光等分析。这些分析可以用非常高的精度确定出岩石样品中含有的成分以及它们的存在形态，例如是否含铁？铁的存在形式是单质还是化合物？是氧化亚铁还是四氧化三铁？等等。
火星样本分析仪SAM
（图片来源：NASA）
假如火星存在或者曾经存在碳基生命，那么它们的机体、尸体等遗留物以及生命活动中向外界释放的各种物质都将留下有机物痕迹。我们便可以根据这些有机物分子来探寻生命存在的可能性。
火星上甲烷的可能产生途径，微生物正是其中之一
（图片来源：NASA）
很好但是不完美，探索火星生命还是得靠地球实验室？
从探索化学成分的角度来看，这类设备已经足够能让我们了解火星土壤和岩石的性质了。不过，在探索生命方面，类似设备的有效性还是遭到了科学家们的质疑。
由于除了陨石，人类至今没能获得真正的火星岩石样本，所以在地球上对火星生命进行研究暂时不可行。在本次最新研究中，科学家们测试了一系列来自于地球的样本。不过这些样本可不是我们身边随处可见的岩石火山土壤，它们来自一处极为荒凉的秘境——位于南美洲西岸中部的阿塔卡马沙漠。
毅力号采集到的一块火星岩石标本
（图片来源：NASA）
在这里，科学家们从一处名为红石（Red Stone）的地方，采集到了非常理想的研究对象。红石位于阿塔卡马沙漠中，岩层富含赤铁矿和泥岩，其中含有蛭石和蒙托石等粘土矿物，因此在地质上类似于火星，甚至它的名字红石，都和火星有着强烈的关联。最妙的是，红石形成于1-1.6亿年之前的极度干旱条件下，与毅力号在火星主要研究的耶泽罗陨击坑具有非常类似的地质学特征。从论文作者们同时发布的视频来看，红石的地貌简直就是火星的翻版。
红石
（图片来源：Armando Azua-Bustos/摄）
除了利用与火星探测设备类似的岩石成分分析方法，科学家们还用多种生物化学的分析手段对来自红石的样品进行了测试。这些技术可以直接提取，或者通过培养再提取出岩石样本中的微生物遗传物质，如DNA和RNA等。在对这些遗传物质片段进行演化学分析后，还能确定这些微生物样本和已知微生物之间的关系。
令科学家们颇为意外的是，红石样品中存在大量微生物，这些微生物的遗传物质具有现存和古代微生物的混合特征。并且，这些微生物遗传物质中的大部分从未被人类所认识和描述。可能是受到了宇宙中暂时无法被观测的“暗物质”的启发，科学家们将这类微生物称之为“暗微生物群落”。
虽然在地球上没法找到与火星探测器上一模一样的分析设备，科学家们还是用类似于好奇号上SAM的设备，对红石样品进行了生命痕迹的探测。结果发现，虽然类似SAM的仪器可以很好地获得红石样品的矿物组成，但是并不能发现样品中含量非常微小的微生物有机物质，更不用说具有决定性证据意义的遗传物质了。
火星上的耶泽罗陨击坑照片
（图片来源：NASA）
所以，科学家们断言，目前火星探测器所搭载的仪器和技术，很难，甚至不可能检出火星岩石中含量相似的有机物，更不可能将微生物具体的遗传物质片段破解出来。总而言之一句话，想要弄清火星存在生命与否，还是要把样品带回地球。毕竟，各国的火星探测器再先进，其搭载的设备机能也不可能和地球上实验室中的各种大型设备相媲美。而且，想要把尖端设备做到小型化、高可靠性、长寿命、无维护，性能上的妥协自然无可避免。同时，在火星探测设备上也很难进行微生物的培养，而正是培养带来的遗传物质扩增，才使得检出变得更加容易。
不过，理想丰满，现实骨感。虽说人类已经从月球获得了大量的月壤样品，但火星上的土壤和岩石却一直入手无方。毕竟和月球相比，火星距离遥远，飞行器前往火星时就要经历千难万阻，回程起飞时还要克服比月球更大的引力和大气阻力，所以人类至今尚未达成这一目标。不过，在2030年前后，中国和美国以及欧洲都有从火星带回“火壤”的计划，届时，我们可能就有机会确定火星生命是否存在了。
毅力号火星车采集的火壤样本位置，它们将在未来被后续探测器带回地球
（图片来源：NASA）
参考文献：
[1] 探测火星生命有何挑战？国际研究称当前部署科学仪器灵敏度不够
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1758537162727420797&wfr=spider&for=pc
[2] Dark microbiome and extremely low organics in Atacama fossil delta unveil Mars life detection limits
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36172-1
