“沒完沒了”的火星生命探尋

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▲ 1888年的藝術家們憑借想象繪制了火星“水系圖”

▲ 1898年，天文學家根據模糊的觀察，繪制了火星“運河圖”

7月25日，《科學》雜志公布火星研究新發現——火星南極冰蓋下發現20公里寬的液態水體。尋找水，是為了尋找生命。進入宇航時代以來，幾乎每過那么一段時間，宇航科學界就會炒作一次“火星上有沒有生命”“火星上發現了生命跡象”這樣的話題。文藝界也在孜孜不倦地用火星人、火星生命的題材來拍攝一部又一部的電影?？茖W界這樣幾十年如一日，沒完沒了、不知疲倦地討論火星生命的問題，到底為了什么？

▲ 火星叔叔馬丁的海報

▲ 火星北極的冰蓋

那些謠言、幻想和猜想

早在17世紀，人們就發現火星極區有冰蓋。到了18世紀，天文學家威廉·赫謝爾發現這個冰蓋是隨季節變化的。19世紀的天文學家們終于精確測算出了火星的尺寸——和地球很接近，連自轉周期也差不多。既然火星和地球如此相似，“火星上有沒有人”的話題成了一個無法抵擋的誘惑。那么，火星上的陰影部分是水面嗎？亮色部分是陸地嗎？是不是像地球一樣存在著豐富的生命形態？

1854年，一位劍橋大學神學院的教師威廉姆·維維爾宣布，他認為火星上有大海、陸地和生命。雖然他顯然誤判了火星，但需要知道的是，正是這位維維爾讓“科學家”（scientist）這個詞匯進入了常用英語之列。19世紀末，科學界爆發了一場尋找火星生命的熱潮，人們紛紛用望遠鏡在火星上尋找生命跡象，并且宣布發現了很多運河。1905年，一名美國天文學家帕西瓦·羅威爾出版了兩本書《火星》、《火星及其運河》，言之鑿鑿地宣布火星運河是一個古文明的遺跡。

這些都不過是早期望遠鏡光學誤差帶來的錯覺而已，然而卻激發了科幻作家們的靈感。英國作家威爾斯在1897年創作了《世界大戰》，講述了火星人因為干旱而逃離火星、入侵地球的故事。這本小說流傳甚廣，被翻譯成多國文字，還衍生出了漫畫、電影和不少同類小說。最近一次翻拍是在2005年，由大牌導演斯皮爾伯格執導，大牌影星湯姆·克魯斯主演。

不過就在那個時代，還是有一部分頭腦清醒的人。1894年，美國天文學家坎貝爾通過光譜分析發現，火星大氣里沒有氧氣也沒有水蒸汽，不可能存在和地球一樣的生命。到1909年，人們終于發明出了成像更清晰的望遠鏡，當火星抵達其近日點的時候進行觀察，確認火星運河的說法不過是一場鬧劇而已。

然而文藝界對火星人的興趣卻似乎熱度不減。特別是當上世紀60年代人類進入航天時代以后，宇航主題的電影開始爆發。1963年，一部影響深遠的美劇《火星叔叔馬丁》開播，整整拍了107集。1999年該劇重拍，不過熱度遠不如第一版。這部電影中的火星人馬丁和藹、親切，興致勃勃地融入了地球生活。1996年的《火星人玩轉地球》就完全不同了，無數心腸狠辣的火星小綠人坐著透明飛船入侵地球，摧毀了地球上的軍隊和政府，最后卻被流行音樂的重低音干掉了。

2012年，又一部火星人科幻電影《火星公主》（也譯為《異星戰場》）上線，這次是美國騎兵軍官介入了火星上的戰爭，雖然道具和特效極其出色，演員也相當賣力，但故事情節沒什么創意——它其實是把描述印第安人戰爭的電影《與狼共舞》搬到了火星上，所以毫不意外地成為票房毒藥，時任迪士尼制片廠主席里奇·羅斯因此引咎辭職。

在所有關于外星人的猜想中，火星人占的比例最高。這其實反應了人類自身對于那顆紅色星球的興趣和欲望。事實上，不存在的火星人不會侵略地球，地球人倒是對火星躍躍欲試了。

▲ 《異星戰場》的海報

▲ 科學家們測算的火星地表水變遷圖

火星上以前有生命嗎

在數十年間，NASA執行了多次任務來尋找火星上是不是曾經有生命。最終的目標，是判定火星環境能不能支持生命存在。

地球生命是以水為基礎的，哪怕是生活在暗無天日的海底、洞穴中的生命，也離不開水。而且，并不是說有一點點水就可以，否則彗星上也會存在生命了。如果火星上曾經有生命，哪怕是只有短暫的歷史時期，也意味著有大量的水來支撐生命存在，而且這些水還必須是液態的、相對穩定的，并且暴露在火星表面。人類的探測器在火星上已經發現了一些地方，可能曾經是溫泉所在地?！盎鹦侨蚩睖y者”發現，火星上有那么幾個地方，淺地表下可能存在過水。但是到目前為止，火星上確認水的地方只是兩極，而且是冰凍的水。

生命不僅僅是水，生命還需要實現能量循環。在地球上，植物一般通過光合作用來是實現能量循環，動物一般則通過氧化還原來實現能量循環。但是，無論動植物都離不開有機物。那么，在火星上，有沒有可能實現這樣的能量循環呢？所以，各種火星探測器幾乎都把搜尋有機物的痕跡作為主要任務之一。

我們常說有機物是碳水化合物，那么除了水，生命的另一個要素就是碳。當然外星生命未必以碳為基礎，但如果一個星球上富含碳元素，那么會與地球多少有點相似性。

在這個問題上，火星還是有好消息的。火星大氣的主要成分是二氧化碳，雖然極為稀薄，但畢竟有碳存在。現在的問題就是，這些二氧化碳是怎么來的。如果是水和大氣之間化學反應的結果，那就意味著遠古火星是有可能存在生命的。在地球上，我們可以通過挖掘化石的辦法來感知古生物。如果火星上存在古生物，理論上說也會留下化石，畢竟火星上寒冷干燥，也沒有大規模的人類活動破壞化石。根據人類到目前為止的觀測，火星表面有三分之二的區域，在最近的35億年里都沒有發生過變化，有多少化石都能保存下來。不過需要知道的是，人類也是在漫長歷史發展中，逐步發現和認識到化石的意義。一代代考古學家孜孜不倦地在野外求索，才基本摸清了古生物發展的脈絡。但是在火星上，僅僅依靠有限的幾個著陸器和漫游車，靠小范圍的有限深度挖掘，發現化石的概率實在是太低了?；蛟S，人們需要發明一些更加高效、作用范圍更大的古生物考古手段。

人們推測，在30多億年前的溫暖時期，海洋的面積一度占到火星表面積的36%～75%。這么多水不可能無端消失。NASA在2016年的發現證明了這一點，他們在火星烏托邦平原的土壤下發現了大量水冰，預測水量大約相當于美國和加拿大之間的蘇必利爾湖。如果這個預測是準確的，那么確實可以用來支撐一個火星居民點了。

就在猜測之中，超期服役的“勇氣”號火星車給人們帶來了新的發現。在運行了數年之后，它的一個輪子就壞了，只能拖著這個輪子勉強在火星上爬行。但是在2007年5月，這個壞輪子卻意外地刮開浮土，暴露出了一片硅含量超過90%的地面。這意味著曾經有熱泉水或者蒸汽在火山巖上沖刷過?？茖W家們認為，這或許可以證明，火星的環境曾經是適于微生物的。但是這些微生物去哪里了呢？

科學家們提出了一種可能性，在遠古時代的諾亞紀晚期（35億年前），火星的部分地區因為小行星撞擊或者火山活動，部分地區的溫度升高到了冰點以上，于是出現了地表液態水流。溫度較高的水流對巖石產生了加熱效應，可以留下明顯的痕跡。根據地球上的考古和地質研究，直徑130公里的小行星撞擊坑可以產生持續200萬年的水加熱效應，完全可以產生微生物了。人們在火星表面觀察到的水流痕跡，應該就是這種水加熱效應帶來的。但是這樣的效應并沒有在火星上持續下去，在所謂的赫斯伯利亞紀中期，火星上的宜居性就開始消退，哪怕此前產生過生命，這個時期也滅絕了。至少，火星表面從此一片死寂。

▲ 火星的阿爾加沖擊地形附近可能存在過古代生命

▲ “勇氣號”的壞輪子意外刮出了一處富含硅質的地表

微妙而充滿誘惑的甲烷

甲烷是最簡單的有機物，也是最重要的生命跡象之一。在很多動物——包括人類——的腸道氣體中，都存在著甲烷。許多火星生命研究項目都是以甲烷為對象。早在2003年，人們就在地球上用望遠鏡發現火星大氣中可能有甲烷。2004年，歐空局發射的“火星快車”軌道器證明了確實如此。

甲烷并不是一種很穩定的氣體，小行星撞擊可能只貢獻了火星甲烷總數量的0.8%。如果人們能持續觀察到甲烷，那就意味著一定有某個穩定的源頭在不斷產生甲烷。根據觀察到的數量，人們估計火星每年至少要產生270噸甲烷。火星大氣中的二氧化碳與巖漿發生反應的過程也可能會產生甲烷，也就是所謂的蛇紋巖化。另外，火山活動和溫泉噴射同樣能產生甲烷。但是，這幾種過程在最近的幾十億年里，都不曾發生在火星上。還有人提出，隕星在穿越火星大氣層的時候，表面的有機物被紫外線照射，其化學反應也會產生甲烷。但2009年的一項研究排除了這種可能性。

▲ 火星上的赤鐵礦球粒，看上去是水流作用的結果

▲ 火星全球甲烷濃度分布圖，個別地區的甲烷濃度明顯比其他地方高

因此，火星上那么多甲烷是從哪里來的，引發了人們越來越強烈的興趣。在地球上，有一些叫做產甲烷菌的厭氧菌，是一類能夠將無機或有機化合物厭氧發酵轉化成甲烷的古細菌。它的存在并不需要氧氣或者有機養料，甚至不需要光合作用。它們把氫作為能量來源，以二氧化碳作為碳的來源。如果是火星微生物在產生甲烷，那么它必然生活在地表以下很深的地方，這里應該還存在著液態水。

2003年人們發現火星上存在甲烷后，一些科學家設計了試驗模型來模擬火星土壤，設法讓厭氧菌在其中生長。4種產甲烷菌的試驗模式都產生了數量可觀的甲烷，其中一種模式甚至是在含有高氯酸鹽的土壤中完成的。這意味著“鳳凰號”的發現并不能否定火星上存在著產甲烷菌。

2005年，歐空局的“火星快車”軌道器通過所攜帶的“火星傅里葉波譜儀”，發現在火星大氣中存在著甲醛。項目負責人認為，這些甲醛是甲烷氧化的結果，因此火星上必然存在著微生物的棲息地。不過NASA的科學家們當時還不敢下這樣的結論。

2016年3月發射的ExoMars計劃中的“痕量氣體探測器”（TGO）軌道器，在2018年4月發布了所測量和繪制的火星大氣甲烷地圖，地圖中還體現了甲烷分解的產物：甲醛與甲醇。

還有科學家認為，火星上甲烷的產生和消失，都是由不同類型微生物導致的。這樣的觀點得到了阿肯色州大學一項研究的支持。2015年，該校科研人員發現，有四種產甲烷菌可以在火星的低氣壓下生存，它們的名字相當古怪，其中三種甚至沒有中文譯名，分別叫做Methanothermobacter wolfeii，Methanosarcina barkeri 和Methanobacterium formicicum，唯一有中文名字的叫做海藻甲烷球菌。

科學家們還測定了火星上氫氣和甲烷的比例，其結果意味著火星上的產甲烷菌不但存在，而且是活的。

“好奇號”漫游車登陸火星之后，它強大的科學設備使人們能夠分辨出各種甲烷同位素。它攜帶的可調諧激光光譜儀發現，著陸地點的甲烷濃度不超過5ppb。經過一段時間的觀測，到2013年，NASA宣布著陸地點的甲烷體積濃度不超過1.3ppbv，不能證明生命存在。然而到了2014年，“好奇號”發現了一個“十倍尖峰”，當時測量到的甲烷濃度比背景濃度高了10倍以上，平均甲烷濃度達到7ppb。這說明火星上的甲烷是間斷產生的。然而“好奇號”的鉆探能力有限，雖然發現了甲烷濃度的異常變化，也無法深挖土壤，去找一找火星深處到底有沒有生產甲烷的細菌。

在2018年6月，NASA宣布，他們發現火星甲烷的季節性變化幅度有三倍之多。這就意味著火星上現在就有某些來源正在產生甲烷，而不是30億年前積累下來的。

2018年6月，NASA還宣布，“好奇號”從一些35億年壽命的石頭里發現了復雜有機物的痕跡，這些石頭是從帕倫普丘陵附近的一處干湖里找到的。所找到的有機物包括含硫噻吩，以及苯和甲苯等芳香族化合物，還有丙烷和丁烯等脂肪族化合物。在地球上，上述有機物往往是石油和天然氣的源頭。不過，NASA還是不敢下火星上有沒有微生物這個結論。

▲ “好奇號”發現，火星上的大氣濃度在夏秋之間有一個突然上升的現象

我們才是火星生命！

從現在的情況來看，在火星上找到生命的希望是很渺茫的，即使找到，或許也只是遠古的一些微生物殘骸。哪怕人們在火星深處找到一些厭氧菌，也沒法和它們做什么思想溝通。想找到任何形式的智慧生物，都是不可能的。

但是這并不影響人類終將移居火星的大局。無論火星上有沒有生物，有什么類型的生物，人類也一定要成為火星生物的一種。為了維持人類在火星上的生活，我們將帶去各種各樣其他的生物，包括微生物、植物和動物。在一部叫做《火星生命》的電影里，導演就設想了這樣的一種場景：人類為了改造火星大氣，發射了不少無人飛船，在火星上種草。但是這些草被火星上的某種蟲子吃光了！當航天員們沮喪地看著自己攜帶的氧氣一點點用完，干脆拉開頭盔打算給自己一個痛快，然而迎面而來的卻是可以呼吸的空氣。原來蟲子們吃掉草之后，居然能排出氧氣。

如果人類希望有朝一日能在火星上拋掉頭盔自由地呼吸，那么或許離不開微生物和各種動植物的幫助。如果人類需要在火星上自力更生，自行解決食物供應問題，那么就更加不可能離開各種從地球上引種而去的動物和植物，以及在火星上自行繁育的新型動植物。

所以，如果在火星上找不到生命也不要緊，人類可以自己改造這片不毛之地，讓它成為生命的樂園。前文已經說到，火星的大部分表面有35億年不曾改變過，考慮到地球和火星的相似性，火星的現在或許為人們提供了一個很好的參照物來理解生命誕生之前的地球，讓我們對于地球生命是如何從無到有這個問題，給出更好、更完善的答案。這個答案或許會給我們指明方向，在火星上創造新的生命。

當然，最重要的火星生命，應該就是人類自己。作為迄今為止唯一的智慧生命，地球、火星和太陽系的未來，顯然都取決于人類自身。也許，人類為了成為一個多星球物種，不但要開發更多的技術和裝備，也要對人類自身進行一些改造。在最近上映的美國電影《泰坦》中，男主角經過痛苦的基因改造，成為一個能在土星上生存的人。這看起來有點驚悚，但未必不會發生。人類在適應地球環境的過程中，不斷發生著微小的變異，積累至今，已經和早期類人猿有了巨大的差異。

那么，當人類成為多星球物種并定居的時候，這樣的變異是不是不可阻擋呢？至少，我們要對火星的生命環境進行更多的研究，才能得到答案。