在火星陨石中发现的40亿年前含氮有机分子,火星可能存在生命

包括日本东京理工大学地球生命科学研究所(ELSI)的研究科学家小林洋介和日本宇宙探索厅空间和宇宙科学研究所的研究科学家小池瑞穗在内的一个研究小组,在火星陨石的碳酸盐矿物中发现了含氮有机物质。这种有机物质最有可能保存了40亿年以来,火星的生命时代。由于碳酸盐矿物通常是从地下水中沉淀出来的,这一发现表明火星早期潮湿且富含有机物,可能适合居住,有利于生命的开始。



在火星陨石中发现的40亿年前含氮有机分子,火星可能存在生命

几十年来,科学家一直试图了解火星上是否有有机化合物,如果有,它们的来源是什么。尽管最近来自火星探测车的研究发现了火星有机物的有力证据,但对于它们的来源、年龄、分布和保存范围,以及它们与生物化学活动的可能关系,人们知之甚少。

火星陨石是火星表面的碎片,它们本身被流星撞击到太空中,最终降落在地球上。他们对火星历史提供了重要的见解。其中一颗陨石,特别是以1984年发现的南极地区命名的Allan Hills 84001(ALH84001),尤为重要。它含有橙色的碳酸盐矿物,这些矿物是40亿年前从火星近地表的盐水中沉淀出来的。由于这些矿物记录了火星早期的水环境,许多研究试图了解它们独特的化学性质,以及它们是否可能为火星上的古代生命提供证据。然而,先前的分析受到来自南极冰雪的陆地物质的污染,很难说陨石中有多少有机物质是真正的火星人。除了碳之外,氮(N)是地球生命的基本元素,也是行星系统演化的有用示踪剂。然而,由于先前的技术限制,在ALH84001中尚未测量氮。

这项由ELSI-JAXA联合小组进行的新研究使用了最先进的分析技术来研究ALH84001碳酸盐中的氮含量,该小组现在相信他们已经找到了40亿年前火星有机物中含氮的第一个确凿证据。

在火星陨石中发现的40亿年前含氮有机分子,火星可能存在生命


地球污染是研究外星物质的一个严重问题。为了避免这种污染,研究小组开发了新技术来制备样品。例如,他们在埃尔西清洁实验室用银胶带从寄主陨石上提取了约一根头发宽度的微小碳酸盐颗粒。研究小组随后在日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)用扫描电子显微镜聚焦离子束仪进一步制备了这些颗粒,以去除可能存在的表面污染物。他们还使用了一种叫做氮K边微X射线吸收近边结构(μ-XANES)光谱的技术,这种技术使他们能够检测出非常少量的氮,并确定氮的化学形式。来自附近火成岩矿物的对照样品没有检测到氮,显示有机分子只存在于碳酸盐中。

经过仔细的污染检查,研究小组确定被检测到的有机物很可能是真正的“火星人”。他们还确定,目前火星上的强氧化剂之一硝酸盐形式的氮贡献微不足道,这表明早期火星可能不含强氧化剂,正如科学家所怀疑的那样,它的氧化性比今天要弱。

火星目前的表面太粗糙,大多数有机物无法生存。然而,科学家预测有机化合物可以在近地表环境中保存数十亿年。研究小组在ALH84001碳酸盐岩中发现的含氮有机化合物似乎就是这样,它们似乎在40亿年前被困在矿物中,并被保存了很长一段时间,最后才被送到地球上。

研究小组一致认为,还有很多重要的开放性问题,比如这些含氮有机物是从哪里来的?小林解释说:“有两种主要的可能性:它们要么来自火星外部,要么形成于火星上。在太阳系的早期历史上,火星很可能被大量的有机物质所淹没,例如富含碳的陨石、彗星和尘埃颗粒。他们中的一些可能已经溶解在盐水中,并被困在碳酸盐中。”研究小组负责人Koike补充说,另外,火星早期的化学反应可能已经在现场产生了含氮有机物。不管怎样,他们说,这些发现表明,在火星成为我们今天所知的红色行星之前,火星上就有有机氮;早期火星可能更像地球,氧化性更低,更湿润,富含有机物,也许是“蓝色”的。


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