本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
我們人類現在可以回顧我們宇宙的虛擬起源。我們已經瞭解了很多關於控制其看似無限的天體、它們的演化、運動和可能命運的自然規律。然而,同樣值得注意的是,我們沒有普遍接受的資訊,說明在我們之外是否存在其他生命,或者我們是否像塞繆爾·柯勒律治的《古舟子詠》中的水手一樣,“孤單,孤單,全部,全部孤單,孤單在茫茫大海!” 為了解開那個原始的謎團,我們只進行了一次探索。我很幸運地參與了那次歷史性的冒險,擔任美國國家航空航天局壯觀的維京號火星任務中標記釋放 (LR) 生命探測實驗的實驗員,任務於 1976 年執行。
1976 年 7 月 30 日,LR 從火星傳回了最初的結果。令人驚訝的是,結果呈陽性。隨著實驗的進行,總共有四個陽性結果,得到了五個不同的對照組的支援,從相距約 4,000 英里的雙維京號宇宙飛船上源源不斷地傳來。資料曲線表明在紅色星球上檢測到了微生物呼吸。來自火星的曲線與地球土壤的 LR 測試產生的曲線相似。似乎我們已經回答了那個終極問題。
然而,當維京分子分析實驗未能檢測到生命 Essentia——有機物時,美國國家航空航天局得出結論,LR 發現了一種模仿生命但不是生命的物質。令人費解的是,自維京號升空以來的 43 年裡,美國國家航空航天局隨後的火星著陸器都沒有攜帶生命探測儀器來跟進這些令人興奮的結果。相反,該機構發射了一系列火星任務,以確定那裡是否曾經存在適合生命生存的棲息地,如果存在,最終將樣本帶回地球進行生物學檢查。
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美國國家航空航天局將尋找外星生命列為其最高優先事項之一。 2019 年 2 月 13 日,美國國家航空航天局局長吉姆·布里登斯廷表示,我們可能會在火星上找到微生物生命。我們國家現在已承諾派遣宇航員前往火星。那裡的任何生命都可能威脅到他們,以及他們返回後的我們。因此,火星上是否存在生命的問題現在已成為首要問題。
火星上存在生命似乎希望渺茫。另一方面,火星要想變得荒蕪,幾乎需要奇蹟發生。美國國家航空航天局科學家克里斯·麥凱曾說過,火星和地球已經“交換唾液”數十億年了,這意味著,當任何一個星球受到彗星或大型隕石撞擊時,一些噴射物會射入太空。這一物質中極小的一部分最終會落在另一個星球上,可能感染微生物搭便車者。一些地球微生物物種可以在火星環境中生存,這已在許多實驗室中得到證實。甚至有報告稱,暴露在國際空間站 (ISS) 外太空的微生物也能存活。
美國國家航空航天局反對直接搜尋微生物,這忽視了路易斯·巴斯德在 1864 年完成的任務的簡單性。他讓微生物汙染干草浸液,之後出現了它們撥出的氣泡。在含有活微生物之前,沒有出現氣泡。(巴斯德早些時候確定,加熱或巴氏消毒這種物質會殺死微生物。)這種極其簡單的測試,經過更新,用巴斯德的乾草浸液產品代替現代微生物營養物質,已被世界各地的衛生部門日常使用,以檢查飲用水。因此,數十億人免受微生物病原體的侵害。
本質上,這種標準測試就是火星上的 LR 測試,它透過新增幾種被認為可以擴大外星生物成功前景的營養物質以及用放射性碳標記營養物質而進行了修改。這些增強功能使 LR 對假設存在於火星上的極低微生物種群敏感(如果存在的話),並將陸地微生物的檢測時間縮短至約一小時。但在火星上,每次 LR 實驗持續七天。添加了類似於巴斯德的熱控制,以確定獲得的任何反應是生物的還是化學的。
維京 LR 旨在檢測和監測正在進行的代謝,這是一種非常簡單且萬無一失的活微生物指標。在維京號之前和之後,用陸地土壤和微生物培養物(包括在實驗室和極端自然環境中)進行了數千次執行。從未獲得過假陽性或假陰性結果。這有力地支援了 LR 火星資料的可靠性,儘管對其解釋存在爭議。
在她的新書 《致火星的愛》中,我的 LR 共同實驗者帕特里夏·安·斯特拉特以通俗易懂的方式提供了有關維京 LR 的大量科學細節。有關 LR 的科學論文可在我的網站上找到。
除了維京 LR 獲得的火星生命直接證據外,維京號、隨後的火星任務以及地球上的發現也獲得了支援或符合火星上現存微生物生命的證據
維京號、探路者號、鳳凰號和好奇號在火星上發現了足以維持微生物生存的地表水;
火星表面物質的紫外線 (UV) 啟用並未像最初提出的那樣引起 LR 反應:從紫外線遮蔽岩石下采集的樣本與地表樣本一樣具有 LR 活性;
好奇號的科學家報告稱,在火星上發現了複雜的有機物,可能包括乾酪根,它可能具有生物起源;
鳳凰號和好奇號發現了古代火星環境可能適合居住的證據。
火星大氣層中碳 13 相對於碳 12 的過量表明存在生物活動,生物活動更喜歡攝取後者;
火星大氣層處於不平衡狀態:其 CO2 早該被太陽的紫外線轉化為 CO;因此 CO2 正在再生,可能像地球上一樣由微生物再生;
陸地微生物已在國際空間站外的外太空存活;
含有活微生物的噴射物很可能已從地球到達火星;
已在火星大氣層中測量到甲烷;微生物產甲烷菌可能是其來源;
甲烷從火星大氣層中快速消失需要一個匯,可能由甲烷氧化菌提供,甲烷氧化菌可能與火星表面的產甲烷菌共存;
在火星表面錄製到幽靈般的移動光點,類似於地球上由甲烷自燃形成的鬼火;
據稱,甲醛和氨氣(每種都可能指示生物學)存在於火星大氣層中;
對陽性 LR 訊號的獨立複雜性分析將其確定為生物學訊號;
維京號成像系統的六通道光譜分析發現,陸地地衣和火星岩石上的綠色斑塊具有相同的顏色、飽和度、色調和強度;
好奇號拍攝的影像中出現了一個蠕蟲狀特徵;
好奇號發現了類似於陸地疊層石(由微生物形成)的大型結構;對其複雜特徵的統計分析表明,相似性由偶然性引起的可能性小於 0.04%;
在火星上沒有發現不利於生命的因素。
總而言之,我們有:來自廣泛使用的微生物學測試的陽性結果;來自強大且多樣的對照組的支援性反應;在兩個維京號站點中的每一個站點複製 LR 結果;在兩個站點複製實驗;以及 43 年來,沒有任何實驗或理論能夠為維京 LR 結果提供明確的非生物學解釋。
反對火星上存在生命可能性的證據是什麼?令人震驚的事實是,根本沒有。此外,實驗室研究表明,一些陸地微生物可以在火星上生存和生長。
美國國家航空航天局已經宣佈,其 2020 年火星著陸器將不包含生命探測測試。我認為,根據完善的科學協議,應努力在下一次可能的火星任務中進行生命探測實驗。我和我的共同實驗者已正式和非正式地提議將 LR 實驗(修改後具有檢測手性代謝的能力)傳送到火星,以確認生命的存在:非生物化學反應不區分“左手”和“右手”有機分子,但所有生物體都區分。
此外,手性 LR (CLR) 可以確認和擴充套件維京 LR 的發現。它可以確定檢測到的任何生命是否與我們的生命相似,或者是否存在單獨的起源。這將是一項重要的科學發現本身。一種小型輕便的 CLR 已經設計出來,其原理已透過測試驗證。它可以很容易地變成飛行儀器。
與此同時,一個專家科學家小組應審查維京 LR 的所有相關資料,以及有關火星生命的其他和更新的證據。這樣一個客觀的陪審團可能會像我一樣得出結論,即維京 LR 確實發現了生命。無論如何,這項研究可能會為美國國家航空航天局追求其聖盃提供重要的指導。
