“好奇號”火星車在這顆紅色星球上發現迄今最大型有機分子

盡管這些分子的存在并不能證明火星上曾存在遠古生命，但科學家表示，這表明我們有可能探測到火星過去生命的化學跡象——如果它真的存在過的話。

這是美國國家航空航天局“好奇號”火星車于2013年5月19日，在其火星任務的第279個火星日（Sol），在一塊被命名為“坎伯蘭”的巖石目標上鉆出的孔洞。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/MSSS）

科學家近日宣布，他們在火星上發現了迄今為止最大型的有機分子。

這些分子可能源自37億年前存在的脂肪酸的分解作用，這些脂肪酸在被火星上的古湖沉積形成的沉積物所封存前就已開始分解。盡管這些分子本身并不能直接證明火星過去曾有生命存在，但科學家表示，這類發現本身就表明相關證據是可能被探測到的。

法國基揚古爾大氣與空間觀測實驗室的天體化學家卡洛琳·弗雷西內在一份聲明中提到：“我們的研究證明，即便在今天，通過分析火星樣本，我們仍有可能檢測到火星上遠古生命的化學跡象——如果它真的存在過。”

這些分子被稱作烷烴，一種由碳原子鏈與其上連接的氫原子結合組成的碳氫化合物。它們是2013年，“好奇號”火星車在火星蓋爾隕石坑的黃刀灣區域，對一塊昵稱為“坎伯蘭”的頁巖樣本鉆取分析時發現的。

“好奇號”于2012年降落在直徑96英里（約154公里）的蓋爾隕石坑中。這個隕石坑曾被古湖淹沒，因此成為尋找火星過往宜居跡象的理想地點，而黃刀灣正位于這片古湖的湖底。“坎伯蘭”巖石由該湖泊沉積下來的富含黏土的沉積物構成。

“有證據表明，蓋爾隕石坑中曾存在液態水達數百萬年，甚至可能更久，這意味著在火星這些隕石坑—湖泊環境中，生命起源所需的化學過程有充足的時間得以發生。”美國航空航天局戈達德航天飛行中心的丹尼爾·格拉文在公布這一發現的聲明中表示。

“好奇號”使用其機械臂上的“火星手持透鏡成像儀”在鉆孔當天拍攝了坎伯蘭巖石孔洞的圖像。該孔直徑約0.6英寸（1.5厘米），深度約2.6英寸（6.6厘米）。

這些有機分子是通過“好奇號”上的“火星樣本分析儀”（Sample Analysis on Mars, SAM）儀器組發現的。利用這套儀器，“好奇號”鉆取巖石樣本并將其送入SAM內部，在其中加熱至1800華氏度（1000攝氏度），使樣品釋放出氣體，之后通過專門的傳感器（本次使用的是氣相色譜儀與質譜儀[1]）進行分離和分析，以識別生命所必需的元素——碳、氮、氧、磷和硫。另有一個單獨的激光光譜儀會分析這些氣體，尋找水以及甲烷等較小有機分子的蹤跡。

弗雷西內與格拉文曾共同領導了對坎伯蘭樣本中有機分子的早期研究，當時發現了甲烷以及含氯或含硫的有機物。但在此次研究之前，火星上發現的最大有機分子碳鏈長度僅為六個碳原子。

因此，弗雷西內與格拉文對火星樣本分析儀的實驗程序進行了修改，以尋找更大的有機分子。他們的團隊尤其試圖尋找氨基酸。雖然并沒有找到氨基酸，但他們確實發現了迄今在火星上檢測到的最大烷烴分子，包括了癸烷（10個碳原子、22個氫原子）、十一烷（11個碳原子、24個氫原子）和十二烷（12個碳原子、26個氫原子）。盡管十二烷是目前在火星發現的最大烷烴，但與地球上的最大烷烴相比還是相形見絀——后者可含有超過150個碳原子。

圖示左側為長鏈有機分子：癸烷、十一烷和十二烷——它們是迄今在火星上發現的最大有機分子；右側則是美國國家航空航天局“好奇號”拍攝的一張自拍照。（圖片來源：NASA/Dan Gallagher）

這些火星上的大分子烷烴可能具有地球化學[2]來源，即與火星生命無關——但弗雷西內和格拉文的團隊開展了相關實驗，結果表明它們也可能來源于37億年前被封存于富黏土沉積物中的脂肪酸的分解產物。

生命體會將脂肪酸嵌入細胞膜中，并利用它們調節各種細胞和器官的功能。然而，脂肪酸同樣可以通過地球化學過程生成，所以推測37億年前火星上存在脂肪酸并不能直接證明有生命存在。不過非生物來源的脂肪酸通常碳鏈長度不會超過12個碳原子。更耐人尋味的是這個時間點——約在37億年前，這正是地球生命萌芽并穩定下來的時期。那么，生命是否有可能在兩個星球上同時演化？

目前這一切仍屬推測。雖然發現長鏈烷烴并不能成為火星上存在生命的確鑿證據，但它們可能是重要線索。

但是，“好奇號”上的火星樣本分析儀無法探測到碳鏈長度超過十二烷的有機分子，這意味著未來關于火星生命的研究可能需要依賴地球實驗室來繼續推進。

“我們已經準備好邁出接下來的一大步，把火星樣本帶回地球實驗室，去解決關于火星生命的爭議。”美國航空航天局負責樣本采回的首席科學家格拉文這樣說。但它還取決于何時能夠執行一個具體的發射行動，來回收由“好奇號”的姊妹探測器“毅力號”貯存的樣本。美國航空航天局近日在回收任務的設計與資金方面遇到困難，已向私營企業尋求協助。

這項研究成果于2025年3月24日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。

[1]氣相色譜是一種分離科學技術，用于分離樣品混合物中的化學成分，然后對其進行檢測，以確定其存在與否和/或含量多少。氣相色譜儀是一種用于分離復雜混合物中各個組分的儀器，適合分析可以汽化的有機物質。質譜是一種測量帶電粒子質荷比(m/z)的分析技術，因此可用于確定分子量和元素組成，以及闡明分子的化學結構。質譜儀是一種測量分子質量和組成的儀器，用于識別化學物質。氣相色譜不能單獨用于未知化合物的鑒定，這正是與質譜聯用非常有效的地方。質譜儀可用作唯一的檢測器，也可在質譜儀和氣相色譜儀檢測器之間分配色譜柱流出物。

[2]地球化學（Geochemistry）是研究地球（或其他行星）上的化學元素及其分布、遷移和反應規律的科學，它是地質學與化學相結合而產生和發展起來的交叉學科。自20世紀70年代中期以來，地球化學和地質學、地球物理學已成為固體地球科學的三大支柱。它的研究范圍也從地球擴展到月球和太陽系的其他天體。地球化學的理論和方法，對礦產的尋找、評價和開發，農業發展和環境科學等有重要意義。

BY:Keith Cooper

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