資料來源：科技日報

2001年12月4日

本報記者沈英甲 時已初冬，火星40年未遇、几乎覆蓋整個火星表面的巨大塵暴尚未散 去，2001年11月上旬，西班牙科學家對火星又有了新的發現，火星再 次吸引了人們的目光。“火星上存在黑生物”！這是匈牙利科學家最 近在分析美國“火星全球勘探者”發回的照片后做出的判斷。匈牙利 科學家認為，火星南極有活的生物體存在，其生存類型相當于地球南 極生物。這個匈牙利科學家小組指出，照片上顯示，在火星冰雪覆蓋 的南極環形山有几千個黑色沙丘點，這說明在冰層下的地面有生命體 ，它吸收太陽能將冰融化，為自己創造生存條件。在地球南極冰雪覆 蓋的湖泊，也曾發現同樣的情況。問題在于處在火星那樣嚴酷的自然 條件下，這一保存生命的方式能否正常存在。其他國家的科學家認為 ，匈牙利科學家的設想新奇大膽，但是要確知火星上是否存在生命， 只有在新的探測器降落火星，甚至只有在人類登上火星后才有可能。 不過，我們還是想對火星生命做一番同樣大膽而不失科學依據的猜想 。 隨著几年前俄羅斯花費數億美元建造的火星探測器轟然一聲化為烏有 ，美國的火星探測器先后踏上迢迢征途，火星和火星生命的話題成為 輿論關注的熱點。10月29日，已飛臨火星的美國火星探測器“2001火 星奧德賽”，把它拍攝的第一張火星表面圖像傳回地球。此前一個星 期，“奧德賽”開始接近火星，并兩次進入火星大氣層。“奧德賽” 此行的目的是在火星上找水并觀測火星地表，它雖然不能馬上確認火 星上是否有水和某種類型的生命，但可以判斷火星哪些區域有這種可 能。我們可以把“奧德賽”視為人類登陸火星前的探路尖兵。 火星有誕生生命的可能性嗎？ 火星在形成之后的一段時期中，據認為與地球有著同樣的演化歷程， 也就是曾經存在海洋，有奔騰的河流和冒著濃煙的火山。對此，火星 表面有大量殘跡可以說明，曾因水流而形成的“淚滴”狀沙洲地貌就 是物証之一。 科學家曾做過這樣的實驗：把宇宙射線中的主要成分───質子流通 過加速器照射火星原始大氣──一氧化碳、二氧化碳、氮及水蒸氣的 混合氣體，分析生成的主要成分。實驗証明生成了乙氨酸、丙氨酸、 天門冬氨酸等多種氨基酸。根據這種實驗結果判斷，火星原始環境與 地球同樣有生命誕生的充分條件。 火星上曾經誕生過怎樣的生命呢？試用地球的情況為例做一點說明。 地球從40多億年前形成開始，經歷了10億年的化學演化過程，導致了 原始生命的誕生。這種原始生命可能是具有原核細胞的簡單細菌，也 就是擁有為繁衍所需的攜帶少得不能再少的遺傳信息的遺傳基因，為 了能量代謝把微乎其微的用膜包裹起來的構造簡單的東西。此后又經 過20多億年，這種簡單生命才進化為真核生物。 這個過程在火星該是怎樣的呢？正如前面談到的，在形成后大約10億 年中，原始火星上有海洋，也有溫暖濕潤的大氣，所以火星上出現與 地球曾出現過的類似簡單生物并不是難以理解的事。當然，海底的熱 水出口周圍也應當是火星生命誕生的場所。但是此后火星慢慢“冷卻 ”，生命進化的步伐變慢了，現在不清楚火星上是否出現過真核細胞 生物。如果“冷卻”的過程是異常緩慢的話，具有真核細胞，能進行 光合作用的藻類生物有可能繁殖。如果“冷卻”是急速進行的，火星 上的液態水就會消失，那么不要說真核細胞，就連原核細胞是不是能 出現都很難說了。 由此說來，火星是從什么時候、怎樣“冷卻”的，將是解開火星生命 之謎的鑰匙。火星表面存在大量超氧化物，火星上有水，通過發生化 學反應生成了氧氣，火星生命也許一躍而獲得了呼吸氧氣的生存形式 ，因此我們不能忽視火星上曾誕生過相當復雜生命的可能性。 目前，解開這一疑問的關鍵在于研究資料不足，在不遠的將來通過對 火星的探測，以上問題應當能弄清楚。 火星存在生命的可能性有多大？ 火星有很多地方與地球相似，在望遠鏡發明之后，許多天文學家對火 星進行了不輟的觀測，他們的觀測得到了很多科學結論，也看走了眼 ，不由自主地走過一些彎路。意大利天文學家斯基帕雷利就是這樣一 位天文學家。1877年8月火星大沖時，他在觀測火星時發現，火星表 面有許多線條狀的地貌，他認為這是人工而成的運河，于是“火星人 ”之說不脛而走。19世紀末，不少描寫“火星人”的科幻小說相繼問 世，最著名的當然要算是英國科幻作家威爾斯的《大戰火星人》。無 獨有偶，美國天文學家洛韋爾在自己建造的天文台，從19世紀末到20 世紀初的長時間里，對火星進行了認真的觀測，并拍攝了大量照片， 他宣布，在火星上發現了500多條運河，“運河是人工開鑿的”，這 無異于宣布“火星人”的存在。 隨著人類觀測手段的長足進步，火星的真實面目逐漸呈現在我們面前 ：火星的自轉周期比地球多半個多小時﹔火星的一年是687天，差不 多是地球的兩年﹔火星的直徑約為地球的一半﹔火星的體積不到地球 的六分之一﹔火星的質量僅是地球的十分之一。火星大氣比地球大氣 稀薄得多，主要成分是二氧化碳，占95％，其中3％是氮，氧氣和水 蒸氣含量極微。但“火星上究竟有沒有生物”這個古老的疑問，至今 沒有得出確切的答案。 人類對火星生命的直接探索是在1976年，“海盜”號火星探測器首當 其沖，此舉距今已25年了。遺憾的是，當時“海盜”號否定了火星生 命的存在。我們從那時“海盜”號拍攝的火星表面照片看到，整個火 星地表都覆蓋著紅褐色，直徑40厘米左右的岩石遍及視野，給人荒淒 之感，沒有一丁點兒綠色。天空就像地球的晚霞那樣是火紅色的。 火星上存在不存在生物，現在誰都難以斷言，可是除了地球，在太陽 系的行星當中，火星是最有可能誕生生命的。這種看法的根據就是火 星上有水。火星曾存在過海洋，那么這些水跑到哪兒去了呢？要明白 無誤地回答這個問題，現在還沒有掌握足夠的資料，但是作為回答之 一，在火星的極冠至少存在冰。在火星的南北極存在著冬季形成的季 節性極冠，以及長年存在的極冠。季節性的極冠是由大氣中的二氧化 碳凝結而成，而長年存在的極冠主要是由水冷凝而成。火星北極冠直 徑1000公里至2000公里，厚度為4公里至6公里，擴展至北緯75度附近。 南極冠要小得多，直徑為300公里至700公里，厚度為一兩公里，位置 在南緯86度以上。據認為，極冠之下是作為永久凍土的冰層，冰的總 量如果折合成水的話，可以覆蓋整個火星表面，水深達6米至500米。 火星上存在如此大量的冰的事實是極令人吃驚的。盡管沒有資料說明 火星表面存在液態水，但是火星與地球相似，自轉軸是傾斜的（地球 自轉軸的傾角是23．5度，火星自轉軸的傾角是25．2度），因此一年 中有四季的變化，極冠冰蓋的周邊部分將會或溶或凍。根據“海盜” 號的觀測，發現過火星地表的霜降，也就是說，在這種時候暫時存在 液態水，由此可以推測某種生物也許至今仍能繁衍。 火星上存在怎樣的生命？ 科學家曾模擬火星環境制作了一個實驗裝置，把各種各樣的生物置入 其中進行生存實驗。對地球形形色色的生物來說，大型動物和植物用 這種裝置來實驗當然是不行的，從物種多樣性來判斷決定采用微生物 進行實驗，其中除了有充斥我們身邊空間的霉菌、細菌外，還有只能 在特殊環境（如高溫或低溫環境，無氧環境）中才能生存的那樣一些 “極限”微生物，也就是說采用盡可能廣泛的微生物來進行實驗。 生存實驗結果表明，枯草菌的孢子、黑酵母菌孢子，乃至厭氣性細菌 和藻類在這個實驗裝置中生存的可能性都很大。為了解決火星極冠冰 下埋藏的微生物是如何生存的，科學家用構成火星大氣的氣體覆蓋在 枯草菌孢子上，然后用達到照射2000年以上劑量的紫外線和宇宙線照 射，它們几乎全部安然無恙。根據這個實驗推測，在現在火星環境中 ，某種微生物也許能少量存在也可能繁殖，就算不能繁殖，其生存的 可能性也是相當大的。 該到火星什么地方去探索生命？ 說到探索火星生命，首先必須考慮到火星的地質年代和地形。在40億 年乃至35億年前，火星同地球一樣也有海洋，此后才逐漸“冷卻”成 為今天這種冰冷的行星，所以火星如果誕生過生命可能是在“冷卻” 之前的時期。現在認為，地球就是在這個時期誕生了原始生命，單細 胞生物繁衍起來。 該到火星什么地方去探索生命呢？在火星地形中，火星北半球火山口 少的地區是比較新的地層，是生命誕生以后才形成的。從地質年代來 看，大約在40億年到30億年前火星南半球形成的高原是由古老地層構 成。因此，探索火星生命的首選地域應當是這種具有古老地形，特別 是由流水沖刷形成的“水手谷”等地域。所幸火星上沒有地球上的岩 盤運動，古老地層古今如一。不過在這種地區找到仍生存的生物可能 性不大，主要目的應是尋找原始生命的微小化石。如果找到現在火星 上仍生存的生物有可能的話，那應當是在火星極冠的周圍地區和地下 永久凍土的含水層。 為了生存地球型生物，水的存在是必不可少的條件，根據前面談到的 實驗結果推測，在目前火星環境下有水存在的話，低溫中的厭氣微生 物和原始營光合作用的細菌生存是有充分可能性的，或許它們仍處在 緩慢的進化過程中。 采用何種探測方法更好？ 1976年在美國執行的“海盜計划”中，“海盜”1號著陸艙在火星普 拉尼蒂亞平原軟著陸，“海盜”2號著陸艙在火星烏托匹亞平原軟著 陸，進行火星生命探索。“海盜”號探測器此行的目的是在火星表面 尋找生命的征候。遺憾的是，“海盜”號探測器沒能發現生命的跡象 。但是，所有對維持生命所必需的元素，在火星表面都找到了，這是 意義深遠的。那時，“海盜”號為了探索火星生命，采用了當時最先 進的技朮，而今天看來大有改進的余地。現在有了解決“海盜”號實 驗中疑點的非常特殊的方法：這就是把熒光顯微鏡與圖像處理法相結 合的方法。在適當條件下，使用某種化學物質就能產生與生物具有的 反應發出熒光的物質。這就是讓生物體發出熒光的原理。把這種化學 物質摻入土壤試料，放置几分鐘后用熒光顯微鏡觀察，如果存在生物 它就會發出熒光。這種方法操作簡便，結果也很可靠。把這種方法應 用于地球土壤，能夠一個一個地檢測出微生物細胞。進一步選定染色 條件，還能相當容易地判別生物是死的、活的，或是死了，但仍在進 行某種程度的分解。這種方法無須添加培養液加以培養，所以對于探 測未知生命是很合適的。這種方法的有利之處還在于，能夠把試料置 于接近本來狀態進行分析，可以同時了解生物的生態。如果把這種方 法與遺傳基因分析使用的“ PCR法”配合使用的話，還可以了解哪種 生物屬于怎樣的種類。在今后對火星生命的探索中，應當把熒光顯微 圖像法和遺傳基因分析法等直接探測方法與“海盜”號采用過的氣體 攝譜儀和質量分析法兼施并用。 在實際對火星進行探測之前，積累“從宇宙探測地球生命”的資料是 必要的，也就是啟用圍繞地球運行的地球觀測衛星，遙感觀測沙漠和 西伯利亞永久凍土地帶，檢測出沙漠的水分和有機物，測定永久凍土 地帶的生物生態和凍土的厚度等，現在應當立即著手進行實驗，為即 將實現的火星生命探索做好准備。 火星有生命？ 大約46億年前當太陽系形成的時候，地球和火星也差不多同時誕生了 。今天我們觀測到的火星表面到處覆蓋著沙漠和岩石，可是火星一度 曾是擁有海洋和溫暖氣候的行星。 隨著人類觀測手段的長足進步，火星的真實面目逐漸呈現在我們面前 ：火星的自轉周期比地球多半個多小時﹔火星的一年是687天，差不 多是地球的兩年﹔火星的直徑約為地球的一半﹔火星的體積不到地球 的六分之一﹔火星的質量僅是地球的十分之一。火星大氣比地球大氣 稀薄得多，主要成分是二氧化碳，占95％，其中3％是氮，氧氣和水 蒸氣含量極微。但“火星上究竟有沒有生物”這個古老的疑問，至今 沒有得出確切的答案。 人類對火星生命的直接探索是在1976年，“海盜”號火星探測器首當 其沖，此舉距今已25年了。遺憾的是，當時“海盜”號否定了火星生 命的存在。我們從那時“海盜”號拍攝的火星表面照片看到，整個火 星地表都覆蓋著紅褐色，直徑40厘米左右的岩石遍及視野，給人荒淒 之感，沒有一丁點兒綠色。天空就像地球的晚霞那樣是火紅色的。 對地球生命而言，約在30多億年前在水的環境中出現了氨基酸、核酸 鹼這樣一些低分子有機化合物，由這類化合物生成了生物高分子── ─蛋白質和核酸。以碳化合物為核心，有機化合物通過一系列反應之 后生命便出現了。科學家們一般認為，地球的原始大氣以一氧化碳、 二氧化碳、氮和水蒸氣為主，很多科學家采用與曾在1953年進行的著 名的“米勒實驗”同樣的實驗方法，制成了種類頗多的氨基酸和核酸 鹼。 與這種化學演化實驗的驗証不同，近年一些研究表明，海底熱水出口 是地球原始生命誕生的場所。但是對生命誕生而言，最重要也是必不 可少的核酸、蛋白質等生物高分子，以及作為細胞的構成物質─── 十分要緊的細胞膜，究竟是怎樣生成的直到今天還沒有弄清楚。