能否找到火星生命的线索?

为了解决地球科学前沿的这个问题,瑞典科学家已经开始收集证据,证明微生物化石存在于地球上尚未被充分勘探的火成岩环境中,以帮助指导在哪里寻找火星化石记录,以及寻找什么。

能否找到火星生命的线索?

2020年美国宇航局和欧洲-俄罗斯的任务将寻找火星上过去生命存在的证据。然而,尽管火星上主要是火山和火成岩,但几乎整个地球化石记录都来自沉积岩。为了解决地球科学前沿的这个问题,瑞典科学家已经开始收集证据,证明微生物化石存在于地球上尚未被充分勘探的火成岩环境中,以帮助指导在哪里寻找火星化石记录,以及寻找什么。

能否找到火星生命的线索?

本研究的主要作者Magnus Ivarsson博士说:我们提出了一个‘火山微化石地图集’。以帮助为寻找外星生命证据的任务选择目标地点,比如NASA的火星任务2020和ExoMars。通过识别与不同类型微生物化石相关的生物特征,该图谱还可以帮助我们识别火星微化石可能的样子。

地球的深层生物圈

Ivarsson和同事们研究深埋在岩石和时间深处的生命:神秘微生物的化石残骸,这些微生物在最深的海底下一公里的深处生活了长达35亿年。地球上的大多数微生物被认为存在于海洋和大陆地壳的深层生物圈中。然而,我们刚刚开始探索(通过深层钻探项目)这个隐藏的生物圈。

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  • 由铁氧化细菌形成的“花椰菜状”微叠层石与真菌菌丝体化石的ESEM图像,来自太平洋科科海山。图片:Dr. Magnus Ivarsson

在一个从未见过阳光的海洋世界里,细菌、真菌和其他微生物已经适应了以它们周围的火成岩为食,甚至以它们彼此为食。它们通过微裂缝和孔洞传播,形成复杂而广泛的群落。一旦死亡,微生物群落就会在其岩石家园的墙上变成化石。这些微化石可以提供火山岩中微生物生命的历史。

火山微化石地图集

至关重要的是,地球的海洋地壳在地球化学上与主宰火星地貌的火山岩非常相似。目标是能够使用海洋地壳微化石记录作为一个模型系统来指导火星探索。对现有知识的回顾是重要的第一步,但需要对深层生命有更全面的了解,以表明我们在何处、在寻找什么。为了实现这一目标,需要收集更多关于微化石外观和位置的数据,还有它们的化学成分。这些化石往往保存了巨大的形态学细节。

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  • 基于同步x射线断层扫描(srxtm)的三维重建,与上图相同。真菌菌丝具有微叠层结构和残留原核细胞样结构之间的真菌菌丝。图片:Dr. Magnus Ivarsson

例如,可以通过孢子、子实体、菌丝和其他生长状态的出现来区分真菌的大类,或者通过细菌,通过花椰菜状结构的存在、作为层压片保存下来的几代生物膜以及其他特有的群落结构来区分真菌。但对微化石中的脂质和碳同位素进行分析,将有可能根据它们的新陈代谢来区分更精确的类群。总的来说,这些信息将有助于确定哪种微生物最有可能在火星上保存下来,以及哪种地球化学条件最有利于化石化。

火星上的化石记录

因此,考虑到火星任务的有效载荷有限,微化石地图集也将有助于确定哪些样本应该作为返回地球的目标。NASA“火星2020”和ExoMars任务都能够探测到更大的火山岩化石结构,比如mm大小的矿化真菌菌丝体,或者更大的开放囊泡中的微叠层石。

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  • 同步x射线断层扫描(srxtm)对真菌菌丝化石和菌丝之间的原核细胞样结构进行三维重建,形成一个“棒状网”。菌丝体的一部分已经在化学上钻入方解石晶体(见下方)。图片:Dr. Magnus Ivarsson

ExoMars的8微米/像素照相机有更大的机会识别火星上的小特征和单个菌丝。然而美国宇航局的任务有可能收集样本,以供日后在地球上进行研究,因此其15微米/px照相机可能足以选择样本,具有很高的生物签名的可能性。这些互补的策略增加了探测火星上过去生命存在证据的总体机会,如果存在的话。

能否找到火星生命的线索?

参考期刊《Frontiers in Earth Science》DOI: 10.3389/feart.2019.00091博科园|科学、科技、科研、科普

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