生命是如何起源的？地球之外是否還有生命存在？這些疑問一直困擾著人類。為了探尋答案，科學家們將目光投向了月球有機質以及地球以外的其他有機質。目前，在隕石（尤其是碳質球粒隕石）中已經發現了多種多樣的有機質，其中包括氨基酸、核糖、核堿基等構成地球生命的基本有機分子。這不禁讓我們猜測，地球生命是否可能起源于這些“天外來客”播下的種子？

近期，中國科學院廣州地球化學研究所的科研團隊，首次對我國“嫦娥五號”任務返回的月壤樣品中可能存在的有機質進行了探查，發現“嫦娥五號”月壤樣品中存在稠環芳香有機質。

研究團隊分析的月壤粉末樣品（向中國國家航天局申請獲得）

（圖片來源：作者拍攝）

Part.1

月球上的有機質是什么？

探查月球有機質面臨諸多挑戰。以往從“阿波羅”月球樣品中檢測出的有機質，大多被認定為來自地球的污染，很難確定月球自身有機質的存在。2020年12月17 日，中國成功實現了月球無人采樣返回，“嫦娥五號”帶回了1731克珍貴的月壤樣品。近期，我們團隊在“嫦娥五號”帶回的月壤樣品中發現了稠環芳香有機質，這一發現引起了科學界的廣泛關注。

稠環芳香有機質分子結構示例

（圖片來源：作者提供）

鑒于以往研究所用的技術方法極少能探測到月球有機質，我們團隊創新性地采用了苯多羧酸分子探針方法，專門針對月壤中的稠環芳香有機質進行探查。稠環芳香有機質以苯環為基本結構單元，在整個宇宙中廣泛存在。它是由其他有機質在高溫條件下演化而成的，并且廣泛分布于地球的空氣、泥土和天然水體中，比如柴草燃燒、燃煤和機動車尾氣排放的顆粒物、木炭以及由生命體埋藏形成的煤和石油中都富含這種有機質。不僅如此，在太陽系的碳質小行星以及浩瀚的星際空間中，也發現了稠環芳香有機質。在隕石（尤其是碳質球粒隕石）中，它是主要的有機成分之一。

通過研究，我們發現“嫦娥五號”月壤樣品中確實存在稠環芳香有機質，而且定量結果顯示，它是目前月壤中已知含量最高的復雜有機質。

圖片來源：veer圖庫

Part.2

月球有機質從何而來？

與地球上的類似物（如木炭、煤、機動車尾氣顆粒等）相比，月壤中的稠環芳香有機質展現出獨特的芳環結構。這些稠環芳香有機質含有高度稠合的苯環，其芳環稠合程度與 4 納米的石墨烯相似。芳環的稠合程度與形成溫度密切相關，這表明月壤樣品中的稠環芳香有機質可能是在超過600℃的高溫條件下形成的，因為其芳環稠合程度高于相同溫度下形成的地球類似物。

直徑約為4納米的石墨烯結構，研究團隊發現“嫦娥五號”月壤中稠環芳香有機質的芳環稠合程度與之相似

（圖片來源：作者提供）

進一步的分析表明，月壤中的稠環芳香有機質并非源自地球污染。這是因為它們的穩定碳同位素“指紋”（C-13/C-12比值）與地球環境中的稠環芳香有機質存在明顯差異。隕石撞擊是月壤有機質最有可能的來源。但是，奇怪的是，月壤稠環芳香有機質的C-13豐度明顯高于隕石中的同類物質，這意味著它并非直接來源自隕石。研究人員推斷，這是由于在隕石撞擊月球的過程中，高溫使得C-13豐度較高的非芳香有機質轉化為了稠環芳香有機質。這種由撞擊過程形成的高度稠合的（類石墨烯）稠環芳香有機質，在月表強烈宇宙輻射的環境中更易穩定保存，從而有利于月壤中有機碳的積累。

然而，這一過程也可能抹去了隕石中其他有機質（包括氨基酸等生命分子）的痕跡，導致月壤有機質的探查工作難以取得更多成果。除了苯多羧酸分子探針方法外，我們團隊還綜合運用了多種技術手段，但在月壤樣品中尚未發現其他月球有機質。

研究團隊對月壤進行預處理：為避免有機污染，實驗在全不銹鋼和玻璃材質的超凈棚進行，接觸月壤樣品的實驗耗材均為無機材質（鋁、不銹鋼、玻璃、陶瓷、石英等）

（圖片來源：作者拍攝）

科研人員在實驗過程中會拍攝視頻，詳細記錄實驗步驟，雙人檢查，避免操作失誤

（圖片來源：作者拍攝）

Part.3

下一疑問，火星是否存在有機質？

隕石撞擊月球的速度通常可達每秒十幾公里，撞擊產生的溫度一般高于1000℃。可見，隕石撞擊既有可能播撒生命的種子，也有可能帶來毀滅性的后果。相比之下，得益于地球大氣層的緩沖作用，在地球上常常能發現富含有機質的隕石。在太陽系隕石撞擊最為密集的時期（“晚期大轟炸”，約41-38億年前），地球收獲了大量的隕石有機質，這些有機質或許參與了地球生命的形成過程。

同時，在 37 億年前，火星可能存在宜居環境和生命。然而，在那之后，火星大氣加速逃逸，導致當代火星大氣壓僅為地球的 0.75%。我國的天問三號任務即將實施，預計2030 年會帶回火星樣品。探尋火星生命有機質同樣是科學研究的重要目標，在過去 37 億年里，隕石撞擊對火壤有機質的影響，在火星有機質探查工作中將是一個值得重點關注的科學問題。

嫦娥五號帶回的月壤樣品中稠環芳香有機質的發現，揭秘了隕石撞擊月球過程中有機質的命運。盡管目前的研究表明，在隕石撞擊月球的高溫過程中，包括氨基酸在內的生命有機分子會發生熱轉化生成穩定態稠環芳香結構，導致其難以有效檢測，但這一發現仍讓我們對宇宙中有機質的分布與演化有了更深刻的認識。

未來，隨著天問三號等重大探測任務的逐步實施，人類對火星及其他遙遠天體的探索步伐將更為堅實與深入。也許在不久的將來，我們希望成功能夠揭開更多關于地外有機質和生命起源的神秘面紗，甚至有望找到地外生命存在的關鍵證據。科學探索之路永無止境，每一項重大發現都是人類向著浩瀚未知宇宙邁進的關鍵一步。讓我們共同期待，目睹更多的宇宙奧秘被一一揭開！

出品：科普中國

作者：鐘廣財 張干（中國科學院廣州地球化學研究所）

監制：中國科普博覽

本文僅代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場

本文首發于中國科普博覽（kepubolan）

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