由德克萨斯 A&M 大学地质学家迈克尔·泰斯博士共同撰写的一项新研究揭示了美国宇航局毅力号火星车检查的岩石中可能存在古代火星微生物生命的潜在化学特征。

这项由大型国际科学家团队发表的研究成果，重点关注耶泽罗陨石坑中被称为“光明天使”地层的区域。该地层因火星大峡谷国家公园内浅色岩石而得名。火星内雷特瓦河谷水道的这片区域含有细粒泥岩，富含氧化铁(铁锈)、磷、硫，以及最显著的有机碳。虽然此前在火星上也发现过有机碳，这些有机碳可能来自陨石等非生物来源，但这些物质的组合可能是早期微生物丰富的能量来源。

“当火星探测车进入光明天使并开始测量当地岩石的成分时，研究小组立即被它们与我们之前所见的不同所震惊，”地质和地球物理系的地球生物学家和天体生物学家泰斯说。

“它们展现了地球生物可以利用化学循环来产生能量的证据。当我们进一步观察时，我们发现了一些现象，它们很容易用早期火星生命来解释，但仅用地质过程却很难解释。”

泰斯继续解释说：“只要有足够的时间和合适的环境，生物体就会进行自然界中常见的化学反应。据我们目前所知，塑造这些岩石的某些化学反应需要高温或生命存在，而我们在这里没有看到高温存在的证据。然而，这些发现需要实验，并最终在地球上对样本进行实验室研究，才能完全排除没有生命存在的解释。”

该团队在《自然》杂志上发表了其研究成果。

了解火星水生过去的一扇窗户

光明天使地层由水沉积的沉积岩组成，包括泥岩(由粉砂和粘土构成的细粒沉积岩)和层状岩层，这些岩层表明存在河流流动和静水交织的动态环境。利用“毅力号”的一系列仪器，包括SHERLOC和PIXL光谱仪，科学家们探测到了有机分子和微小的矿物排列，它们似乎是通过“氧化还原反应”形成的，这是一种涉及电子转移的化学过程。在地球上，这些过程通常由生物活动驱动。

其中最引人注目的特征是微小的结核和“反应前沿”——火星探测车团队给它们起了个绰号叫“罂粟籽”和“豹斑”——富含磷酸亚铁(可能是蓝铁矿)和硫化铁(可能是灰铁矿)。这些矿物通常形成于低温、富水的环境中，并且通常与微生物代谢有关。

“不仅仅是矿物质，它们在这些结构中的排列方式也表明，它们是通过铁和硫的氧化还原循环形成的，”泰斯说。“在地球上，类似的东西有时会在沉积物中形成，微生物会吞噬有机物，并‘呼吸’铁锈和硫酸盐。它们在火星上的存在提出了一个问题：那里是否也发生过类似的过程?”

有机物和氧化还原化学

SHERLOC仪器在几块光明天使岩石中探测到了一种被称为G带的拉曼光谱特征，这是有机碳的标志。最强的信号来自一个名为“阿波罗神庙”的地点，那里是蓝铁矿和灰铁矿最丰富的地区。

毅力号火星车穿越沙丘地带，绕过巨石，抵达火星“光明天使”探测点。目前，该探测器正在探索该地区独特的地质特征，以了解火星过去的环境条件，并为未来人类的探索提供支持。图片来源：NASA/JPL-Caltech

泰斯说：“有机物和氧化还原敏感矿物的共存现象非常引人注目。这表明有机分子可能在驱动这些矿物形成的化学反应中发挥了作用。”

泰斯指出，重要的是要理解“有机”并不一定意味着由生物形成。

“这只是意味着存在大量的碳碳键，”他解释道。“除了生命之外，还有其他过程可以产生这些键。这里检测到的这种有机物可能是由非生物过程产生的，也可能是由生物产生的。如果是由生物产生的，它必然会通过化学反应、辐射或热量降解，从而产生我们现在观察到的G带。”

该研究概述了两种可能的情况：一种是这些反应是非生物发生的(由地球化学过程驱动);另一种是微生物生命可能影响了这些反应，就像在地球上一样。引人注目的是，尽管结核和反应前沿的某些特征可能是由有机物和铁之间的非生物反应产生的，但已知的可能产生与硫相关的特征的地球化学过程通常仅在相对较高的温度下起作用。

“我们对火星车上这些岩石进行的所有检查都表明，它们从未被加热到产生豹纹和罂粟籽的程度，”泰斯说。“如果真是这样，我们就必须认真考虑，它们可能是由30多亿年前生活在火星湖泊淤泥中的细菌等生物造成的。”

尽管研究小组强调这些证据并不是过去生命的确凿证据，但这些发现符合美国宇航局的“潜在生物特征”标准——这些特征值得进一步研究，以确定它们的起源是生物的还是非生物的。

值得退回的样品

毅力号从光明天使地层采集了一个核心样本，该样本名为“蓝宝石峡谷”，目前被存储在火星车携带的一个密封管中。该样本是未来可能执行的任务中优先返回地球的样本之一。

泰斯说：“将样本带回地球后，我们就能用比发送到火星的任何仪器都灵敏得多的仪器对其进行分析。”

我们将能够研究有机物的同位素组成、精细矿物学，甚至寻找微化石(如果它们存在)。我们还可以进行更多测试，以确定这些岩石经历的最高温度，以及高温地球化学过程是否仍然是解释潜在生物特征的最佳方法。

泰斯长期研究地球上的古代微生物生态系统，他表示，火星和陆地过程之间的相似之处是惊人的，但有一个重要的区别。

他说：“令人着迷的是，生命可能在大约同一时期利用了地球和火星上的一些相同过程。”

“我们在地球上同龄的岩石中发现了微生物以同样的方式将铁和硫与有机物发生反应的证据，但我们永远无法在这里的古老岩石中看到与火星上完全相同的特征。板块构造运动的侵蚀使所有岩石都温度过高，无法以这种方式保存。能够在另一个星球上看到这样的景象，真是一件特别而壮观的事情。”

更多信息： Joel A. Hurowitz 等人，《火星耶泽罗陨石坑中氧化还原驱动的矿物与有机物共生》，《自然》(2025)。期刊信息： 《自然》