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(fā)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(fā)現“嫦娥五號”月壤樣品中存在稠環(huán)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）

月球上的有機質是什么？

探查月球有機質面臨諸多挑戰(zhàn)。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(fā)現了稠環(huán)芳香有機質，這一發(fā)現引起了科學界的廣泛關注。

稠環(huán)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(chuàng)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(huán)芳香有機質進行探查。稠環(huán)芳香有機質以苯環(huán)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(fā)現了稠環(huán)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(fā)現“嫦娥五號”月壤樣品中確實存在稠環(huán)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

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(huán)芳香有機質展現出獨特的芳環(huán)結構。這些稠環(huán)芳香有機質含有高度稠合的苯環(huán)，其芳環(huán)稠合程度與 4 納米的石墨烯相似。芳環(huán)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(huán)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(huán)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(fā)現“嫦娥五號”月壤中稠環(huán)芳香有機質的芳環(huán)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(huán)芳香有機質并非源自地球污染。這是因為它們的穩(wěn)定碳同位素“指紋”（C-13/C-12比值）與地球環(huán)境中的稠環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)芳香有機質，在月表強烈宇宙輻射的環(huán)境中更易穩(wěn)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(fā)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）

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℃?？梢?，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(fā)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(huán)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(huán)芳香有機質的發(fā)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(fā)生熱轉化生成穩(wěn)定態(tài)稠環(huán)芳香結構，導致其難以有效檢測，但這一發(fā)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(fā)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）

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