这些黑斑或许预示着火星上存在生命——一位天体生物学家解读缘由

2024年7月，“毅力号”火星车在火星杰泽罗陨石坑的一个古老河谷中穿行时，钻入火星表面，从一种名为“谢瓦亚瀑布”的独特条纹岩石中提取了样本。随后，火星车的仪器对名为“蓝宝石峡谷”的样本进行了分析，并勘测了周围的岩石。

当科学家开始研究数据时，他们发现两种富含铁的矿物质以独特的斑点图案排列在岩石上。这两种矿物质都与地球上的生命有关。一种在地球分解的有机物周围被发现，另一种则由某些微生物产生。

2025年9月10日发表的一项研究中，一组研究人员确定该样本包含潜在的生物特征，这可能表明这颗红色星球曾经存在过微生物生命。这些矿物质可能是古代微生物利用化学反应产生能量时在岩石上形成的。但在某些条件下，与生命无关的化学反应也能产生这些矿物质。

为进一步了解情况，《对话美国》询问了佛罗里达大学的天体生物学家艾米·J·威廉姆斯，关于在火星上寻找生物特征以及“蓝宝石峡谷”样本的特别之处。

生物特征是指任何能作为过去或现在生命证据的特征、元素、分子、物质或特征。它必须是没有生命就无法产生的东西。例如化石、源自生物过程的有机分子，或仅通过微生物活动形成的矿物图案。像“蓝宝石峡谷”样本这样被描述为潜在生物特征的，是一种可能具有生物起源的物质或结构，但在科学家得出关于生命存在与否的结论之前，还需要更多数据或进一步研究。

科学家如何确定火星上的某些东西是否可能是生物特征呢？生物特征有多种形式，包括化学、物理或结构方面。有些很明显，比如地球上的恐龙化石，但大多数更为微妙。

在地球上寻找古代生命的部分经验为在火星上寻找生物特征提供了参考。研究人员依靠岩石记录中保存的细微线索，来解答诸如微生物生命在地球上出现的时间等问题。他们在陨石坑和湖床等具有高保存潜力的环境中寻找证据，也就是那些可能保存生物特征的地方。

科学家可以将这些技术应用于在火星上寻找生命。这就是“毅力号”被送往杰泽罗陨石坑的原因。在远古时期，该陨石坑曾有一个由河流注入的湖泊，在地球上，这样的环境适宜居住，即如果生命曾经出现，就会在此生存。

这个陨石坑是在火星岩石记录中寻找古代生命的理想地点。天体生物学家随后寻找类似于地球上受生命影响过程的化学、纹理和矿物图案。

“蓝宝石峡谷”样本之所以独特，是因为“毅力号”的PIXL和SHERLOC仪器揭示了独特的纹理，被称为“豹斑”。这些斑点是同心反应前沿，即发生化学和物理反应的地方，富含矿物蓝铁矿（含有磷酸铁）和硫复铁矿（由硫化铁构成）。

在地球上，蓝铁矿通常在有大量腐烂有机物的环境中形成，而某些利用硫酸盐获取能量的微生物可以产生硫复铁矿。这两种矿物中的化合物都属于一种称为氧化还原梯度的化学过程，指的是在物理空间中发生的一系列逐渐变化，化学物质在其中可以氧化（失去电子）或还原（获得电子）。

比如将金属自行车放在雨中，随着时间推移，还原态的铁（Fe²⁺）会失去一个电子并氧化成铁锈（Fe³⁺）。这个过程可以在没有生物参与的情况下发生，因为水和氧气的作用会使新自行车生锈。不过，有些氧化和还原过程本身非常缓慢，只有通过推动反应进行的生物体才能发生。许多微生物，如细菌，就是通过这种过程获取生存所需能量。

由于“蓝宝石峡谷”样本中的这两种矿物都出现在氧化还原梯度中，科学家预测，如果曾经存在微生物生命，那么它可能在形成这些矿物特征的反应中发挥了作用。现在，科学家正在研究不需要生命就能在样本上形成这些特征的解释。

这是我们曾期望的发现，但在这个特定位置发现它有点出乎意料。这个样本来自该任务迄今为止研究的一些最年轻的沉积岩。早期预测认为古代生命迹象会来自更古老的火星岩层。

在较年轻的岩石中发现这些特征，拓宽了火星可能适宜居住的时间窗口，表明火星在其历史上适宜居住的时间可能比科学家之前认为的更晚，而且更古老的岩石可能也存在生命迹象，只是更难检测到。

这些矿物组合可能是微生物推动反应时发生的氧化还原反应的潜在指纹，但非生物过程，如持续高温、酸性条件以及有机化合物的结合，也可以解释它们的形成。然而，“谢瓦亚瀑布”岩石没有显示出曾暴露在通常非生物形成硫复铁矿和蓝铁矿所需的高温或酸性环境中的迹象。不过，要回答这个问题，唯一确定的方法是将样本带回地球，在那里科学家可以使用先进的实验室技术区分其生物或非生物起源。