火星曾經是一個有生命的星球嗎？數十億年前，在它變成凍幹沙漠之前，這顆紅色星球更像地球，地表有液態水和適宜的溫度。也許它也孕育了生命。但是，任何古代火星人的大多數跡象現在都只是一些有機化合物的痕跡和隱藏在星球鏽巖中的模糊化石形態。
如今，科學家們使用機器人來勘測這片貧瘠的景觀，透過結合衛星圖片和漫遊車及著陸器本身的地面快照，遠端引導他們尋找生命。然而，這種影像遠不能令人滿意——對於所有但非常近的檢視，缺乏生物特徵的岩石與充滿化石微生物的岩石可能幾乎無法區分。現在，在最近發表在《科學報告》上的一項研究中，一個由夏威夷大學研究人員領導的團隊展示了一種可能的捷徑，用於尋找最有希望進行天體生物學後續研究的目標，無論是在紅色星球還是太陽系其他地方的某個世界。
該技術依賴於生物學的一個奇怪事實——至少是地球生物學：在生命的許多領域中，各種生物都會產生色素、蛋白質、脂類和其他分子，當它們被特定波長的光激發時，會發出明顯的輝光——熒光。研究人員使用精心調整的雷射脈衝照射來自科羅拉多州、懷俄明州和猶他州綠河地層的帶有化石的數百萬年曆史的岩石，證明了這種“生物熒光”可能是快速有效地標記候選生物材料以進行更詳細檢查的有效方法。他們的原型儀器被稱為緊湊型彩色生物探測器，它足夠靈敏，可以探測到 5 米以外的生物熒光物質的存在，即使在白天也可以，並且可以將雷射脈衝投射到很寬的目標區域，從而可以快速勘測大片區域。
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團隊成員表示，這種獨特的白天靈敏度使開發了十年的生物探測器成為尋找古代生命遺蹟的特別有吸引力的選擇。該功能來自儀器的攝像頭，可以捕捉目標的短暫曝光。“當你的相機開啟很短的時間時，實際上你不會檢測到日光，”夏威夷大學的研究員兼該論文的第一作者安努帕姆·米斯拉解釋道。
該儀器的另一個顯著優勢在於它對生命探測的——可以說——不可知態度。其他尋找外星生命的實驗室可能會以地球上出現的生命中最詳細的組成部分為目標——例如地球上極端環境中繁衍生息的單細胞生物中常見的某些 DNA 序列——而緊湊型彩色生物探測器則採取了一種更通用的方法。它所尋找的只是在雷射脈衝刺激下會發出熒光的化合物。在地球上，所有生物都擁有芳香族氨基酸，通常是代謝過程的副產品。所有芳香族氨基酸都顯示出熒光。鑑於熒光氨基酸在生命中的普遍性，研究人員假設，即使其他星球上的生命不使用地球上發現的完全相同的氨基酸，只要它發出熒光，他們仍然可以檢測到它。“如果火星上有生命，而它不是‘我們所知的生命’，那麼生物探測器可能是我們看到它的唯一方式，”該研究的合著者、美國宇航局艾姆斯研究中心的天體生物學家和行星科學家克里斯托弗·麥凱說。
一個挑戰是，氨基酸和生物化合物並不是地球上唯一在雷射刺激下發光的物質。非生物礦物也會發出它們自己的光，稱為磷光。它可能與生物熒光混淆，但該團隊從一開始就構建了生物探測器來區分這兩種截然不同的現象。一般來說，磷光訊號比它們的熒光對應物持續的時間長得多，這使得生物探測器可以區分它們。
儘管麥凱認為生物探測器可能是發現火星上未知生命形式的古代遺蹟的最佳選擇，但這並不是說該儀器將為理解它在相機上捕捉到的東西提供最終答案。“你可以看一塊餡餅，但品嚐它會讓你獲得更多關於它的資訊，”他說。
麥凱說，生物探測器點亮的任何樣本都需要在實驗室的分析儀器中進行“消化”，以便科學家更好地瞭解他們的發現。但他認為生物探測器的通用性是一個優點，洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究員帕特里克·加斯達則認為缺乏具體性是該方法的主要缺點。加斯達曾在火星漫遊車“毅力號”上的儀器 SuperCam 上工作。SuperCam 使用雷射光譜學篩選火星上的岩石和土壤，用高度聚焦的雷射束照射目標，以收集有關潛在化學成分的更具體資訊。“你可以看到是否有碳和氮，”他說。但即使是光譜學也與真正的消化分析不同。“你可能仍然希望提取一個樣本”進行更直接而不是遠端的研究，他說。
儘管加斯達沒有參與最近的研究，但加斯達在 2012 年在攻讀博士學位時曾作為米斯拉在夏威夷大學的學生參與過生物探測器的研究。現在，加斯達正在與米斯拉合作開發一個名為 OrganiCam 的生物探測器版本。與生物探測器一樣，OrganiCam 使用雷射誘導熒光成像來發現生命跡象。但它增加了一種稱為拉曼光譜的化學分析技術，該技術使用雷射來確定目標的分子組成。與生物探測器一樣，OrganiCam 尚未準備好用於太空飛行。加斯達說，除了需要小型化以適應著陸器外，這兩種儀器還需要更堅固的外殼和微電路，以使其能夠承受火箭發射、行星降落和宇宙輻射的有害影響。
儘管生物探測器*有朝一日*可能會為太空探索提供突破性的應用，但它可能在地球上更直接地用於在極端——或許是非常脆弱——的環境中尋找生命。例如，麥凱引用了墨西哥山脈深處充滿巨大石膏晶體的洞穴。他說，奇特的生命形式可能會舒適地存在於晶體中，但現在檢查的唯一方法是將它們錘開並檢視內部。“褻瀆！”麥凱說。“必須有更好的方法。”藉助類似生物探測器的東西，研究人員可以對這種晶體進行侵入性較小的探測。
麥凱說，無論是在地球、火星還是其他某個世界，“從我的角度來看，核心理念是能夠在不進行剝落、鑽孔或採樣的情況下了解目標生物學”。