在火星隕石中發現的40億年前含氮有機分子,火星可能存在生命

包括日本東京理工大學地球生命科學研究所(ELSI)的研究科學家小林洋介和日本宇宙探索廳空間和宇宙科學研究所的研究科學家小池瑞穗在內的一個研究小組,在火星隕石的碳酸鹽礦物中發現了含氮有機物質。這種有機物質最有可能儲存了40億年以來,火星的生命時代。由於碳酸鹽礦物通常是從地下水中沉澱出來的,這一發現表明火星早期潮溼且富含有機物,可能適合居住,有利於生命的開始。

在火星隕石中發現的40億年前含氮有機分子,火星可能存在生命

幾十年來,科學家一直試圖瞭解火星上是否有有機化合物,如果有,它們的來源是什麼。儘管最近來自火星探測車的研究發現了火星有機物的有力證據,但對於它們的來源、年齡、分佈和儲存範圍,以及它們與生物化學活動的可能關係,人們知之甚少。

火星隕石是火星表面的碎片,它們本身被流星撞擊到太空中,最終降落在地球上。他們對火星曆史提供了重要的見解。其中一顆隕石,特別是以1984年發現的南極地區命名的Allan Hills 84001(ALH84001),尤為重要。它含有橙色的碳酸鹽礦物,這些礦物是40億年前從火星近地表的鹽水中沉澱出來的。由於這些礦物記錄了火星早期的水環境,許多研究試圖瞭解它們獨特的化學性質,以及它們是否可能為火星上的古代生命提供證據。然而,先前的分析受到來自南極冰雪的陸地物質的汙染,很難說隕石中有多少有機物質是真正的火星人。除了碳之外,氮(N)是地球生命的基本元素,也是行星系統演化的有用示蹤劑。然而,由於先前的技術限制,在ALH84001中尚未測量氮。

這項由ELSI-JAXA聯合小組進行的新研究使用了最先進的分析技術來研究ALH84001碳酸鹽中的氮含量,該小組現在相信他們已經找到了40億年前火星有機物中含氮的第一個確鑿證據。

在火星隕石中發現的40億年前含氮有機分子,火星可能存在生命

地球汙染是研究外星物質的一個嚴重問題。為了避免這種汙染,研究小組開發了新技術來製備樣品。例如,他們在埃爾西清潔實驗室用銀膠帶從寄主隕石上提取了約一根頭髮寬度的微小碳酸鹽顆粒。研究小組隨後在日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)用掃描電子顯微鏡聚焦離子束儀進一步製備了這些顆粒,以去除可能存在的表面汙染物。他們還使用了一種叫做氮K邊微X射線吸收近邊結構(μ-XANES)光譜的技術,這種技術使他們能夠檢測出非常少量的氮,並確定氮的化學形式。來自附近火成岩礦物的對照樣品沒有檢測到氮,顯示有機分子只存在於碳酸鹽中。

經過仔細的汙染檢查,研究小組確定被檢測到的有機物很可能是真正的“火星人”。他們還確定,目前火星上的強氧化劑之一硝酸鹽形式的氮貢獻微不足道,這表明早期火星可能不含強氧化劑,正如科學家所懷疑的那樣,它的氧化性比今天要弱。

火星目前的表面太粗糙,大多數有機物無法生存。然而,科學家預測有機化合物可以在近地表環境中儲存數十億年。研究小組在ALH84001碳酸鹽巖中發現的含氮有機化合物似乎就是這樣,它們似乎在40億年前被困在礦物中,並被儲存了很長一段時間,最後才被送到地球上。

研究小組一致認為,還有很多重要的開放性問題,比如這些含氮有機物是從哪裡來的?小林解釋說:“有兩種主要的可能性:它們要麼來自火星外部,要麼形成於火星上。在太陽系的早期歷史上,火星很可能被大量的有機物質所淹沒,例如富含碳的隕石、彗星和塵埃顆粒。他們中的一些可能已經溶解在鹽水中,並被困在碳酸鹽中。”研究小組負責人Koike補充說,另外,火星早期的化學反應可能已經在現場產生了含氮有機物。不管怎樣,他們說,這些發現表明,在火星成為我們今天所知的紅色行星之前,火星上就有有機氮;早期火星可能更像地球,氧化性更低,更溼潤,富含有機物,也許是“藍色”的。