国宇航局“好奇号”火星探测器探测到了迄今为​​止在火星上发现的最大有机分子，为了解这颗红色星球的过去打开了一扇窗户。最新研究表明，这些新发现的化合物表明，火星过去可能存在复杂的有机化学反应——这正是生命起源所必需的。

火星车利用其搭载的微型实验室 SAM（火星样本分析的缩写）分析了 37 亿年前的岩石粉碎样本后，发现了包括癸烷、十一烷和十二烷在内的有机化合物。

科学家认为，这些长链分子可能是脂肪酸的碎片。脂肪酸是一种有机分子，是地球生命的化学组成部分，有助于形成细胞膜。但这类化合物也可以在没有生命存在的情况下形成，当水与热液喷口中的矿物质相互作用时产生。

这些分子目前尚无法证实这颗红色星球上存在过生命，但它们为近年来机器人探测器在火星上发现的化合物清单增添了新的内容。一项详细介绍这一发现的研究于周一发表在《美国国家科学院院刊》上。

这些脆弱分子的发现也让天体生物学家们感到鼓舞，如果火星上曾经存在过任何生物特征或生命迹象，那么尽管火星上已经遭受了数千万年的强烈太阳辐射，它们仍然很可能可以被探测到。

“如果火星上存在古代生命，它就会释放出一些复杂而脆弱的分子，”该研究的主要作者、法国国家科学研究中心基扬库尔大气、观测和空间实验室的研究科学家卡罗琳·弗雷西内博士说。“现在我们知道火星能够保存这些复杂而脆弱的分子，这意味着我们可以在火星上探测到古代生命。”广告反馈

这一发现也为从火星带回样本提供了动力，这样科学家就可以用更先进的工具在地球上研究这些样本，甚至可能一劳永逸地确定地球以外的任何地方是否存在过生命。

该图显示了好奇号在坎伯兰样本中检测到的长链有机分子癸烷、十一烷和十二烷。 丹·加拉格尔/美国国家航空航天局

酝酿已久

好奇号于2012年8月6日登陆盖尔陨石坑。12年多后，这辆火星车行驶了超过21英里（34公里），最终登上了位于陨石坑内的夏普山。该地貌的多层地层保存了火星数百万年的地质历史，展现了火星是如何从湿润环境转变为干燥环境的。

好奇号在执行了解火星是否适宜居住的任务期间收集的最有价值的样本之一可能于 2013 年 5 月收集。

好奇号火星车在一个名为黄刀湾的陨石坑内钻取了坎伯兰样本，该陨石坑类似于一个古老的湖床。黄刀湾的岩石引起了好奇号科学团队的极大兴趣，好奇号要求火星车沿相反方向行驶，在前往夏普山之前采集该地区的样本。

这片基岩被称为“坎伯兰”，被好奇号选为第二个钻探目标。 NASA/JPL-加州理工学院/MSSS

自采集坎伯兰样本以来，好奇号利用SAM对其进行了多种研究，揭示出黄刀湾曾是一个古老湖泊的所在地，粘土矿物在水中形成。泥岩创造了一个能够浓缩和保存有机分子的环境，并将它们困在沉积岩的细颗粒中。

2015 年，弗雷西内特协助领导了一个研究团队，该团队能够识别坎伯兰样本中的 有机分子。

该仪器检测到了大量硫，可用于保存有机分子；硝酸盐，对地球上的植物和动物健康至关重要；以及由一种与地球生物过程相关的碳组成的甲烷。

“有证据表明液态水在盖尔陨坑中存在了数百万年，甚至可能更长时间，这意味着火星上的这些陨石坑湖泊环境中有足够的时间发生生命形成化学反应，”该研究的共同作者、美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责样本返回的高级科学家丹尼尔·格拉文在一份声明中说。

好奇号桅杆相机拍摄的这幅马赛克图像显示了黄刀湾地貌，这里曾是一处古老的湖床。 NASA/JPL-加州理工学院/MSSS

好奇号将坎伯兰样本的原始碎片保存在一个“打包袋”中，以便团队日后可以让火星车再次访问，即使距离样本采集地点数英里。团队在地球实验室开发并测试了创新方法，然后向火星车发送信息，对样本进行实验。

为了探究样本中是否存在氨基酸（蛋白质的组成部分），研究团队指示火星探测车在SAM的加热室中对样本进行两次加热。当探测器测量加热过程中释放的分子质量时，并没有发现任何氨基酸，但他们发现了一些完全出乎意料的东西。

一个有趣的发现

研究小组惊讶地检测到了少量的癸烷、十一烷和十二烷，因此必须在地球上进行逆向实验，以确定这些有机化合物是否分别是脂肪酸十一烷酸、十二烷酸和十三烷酸的残留物。

科学家们将十一酸混入一种类似火星粘土的物质中，并以模拟火星探测器样品制备模块（SAM）炉内条件的方式加热。十一酸释放出癸烷，就像好奇号探测到的那样。

好奇号探测到的每个脂肪酸残留物都由11至13个碳原子组成的长链构成。此前在火星上探测到的分子更小，这意味着它们的原子量比新研究中发现的分子更小，也更简单。

好奇号在 SAM 的烤箱内加热样本，释放出分子。 美国宇航局

“值得注意的是，非生物过程通常会产生碳原子数少于12的短链脂肪酸，”研究合著者、佛罗里达大学地质学副教授兼阿斯特赖乌斯空间研究所助理主任艾米·威廉姆斯博士在一封电子邮件中说道。“如果生命起源于火星，那么更大、更复杂的分子很可能是生命起源所必需的。”

虽然坎伯兰样本可能含有较长的脂肪酸链，但SAM的设计并非用于探测它们。威廉姆斯表示，SAM能够识别这些较大的分子，这表明如果火星上存在生命，它也能探测到类似的化学特征。

“好奇号并非生命探测任务，”弗雷西内说道。“好奇号的探测任务是宜居性探测，旨在了解所有条件是否都适合生命演化。这些结果确实达到了好奇号能力的极限，甚至可能比我们对这次任务的预期还要好。”

格拉文说，在向火星发射探测器之前，科学家们认为火星上 不会发现有机分子，因为火星长期以来一直受到强烈的辐射。

好奇号在执行任务期间不会返回黄刀湾，但船上仍然保留着坎伯兰样本的原始碎片。接下来，团队希望设计一项新的实验，看看它能探测到什么。弗雷西内特表示，如果团队能够识别出类似的长链分子，这将标志着研究又向前迈进了一步，或许有助于研究人员确定它们的来源。

“这是我们船上最珍贵的样本……等待着我们对其进行完美的实验，”她说。“它蕴藏着秘密，我们需要破译这些秘密。”

毅力号火星车任务的联合研究员、印第安纳州西拉斐特市普渡大学行星科学教授布里奥尼·霍根 (Briony Horgan) 称此次发现是“整个团队的一大胜利”。霍根并未参与这项研究。

火星样本分析仪器（SAM）可以分析火星岩石和土壤样本以寻找有机化合物。 美国宇航局/戈达德太空飞行中心

霍根说：“这次发现确实证实了我们的希望，即火星古代水环境中的沉积物可以保存大量有机分子，这些分子可以告诉我们一切信息，从生命起源前的过程和途径，到古代生物的潜在生物特征。”

普渡大学地球、大气和行星科学系助理教授、起源和天体生物学研究实验室负责人本·K·D·皮尔斯博士称，这一发现“可以说是迄今为止在火星上发现的最令人兴奋的有机物”。皮尔斯没有参与这项研究。

皮尔斯说，一些科学家认为，癸酸和十二酸等脂肪酸形成了地球上第一个简单细胞状结构的膜。

“（这是）我们迄今为止最接近探测到与生物分子相关的重要信号的一次——它可能与膜结构有关，而膜结构是生命的一个关键特征，”皮尔斯通过电子邮件说道。“有机物本身很有趣，但并非生命存在的证据。相比之下，像膜、氨基酸、核苷酸和糖这样的生物分子是我们所知的生物学的核心组成部分，发现其中任何一个都将是开创性的（我们目前还没有发现）。”

从火星带回样本

欧洲航天局计划于2028年向火星发射“罗莎琳德·富兰克林”号火星探测车，该探测器将携带与火星探测器样本采集器（SAM）配套的仪器。LS6号火星探测车将能够深入火星地表以下6.5英尺（2米）深处，或许能够发现更大、保存更完好的有机分子。

虽然好奇号的样本无法在地球上进行研究，但毅力号火星车一直在积极地从耶泽罗陨石坑（一个古老的湖泊和河流三角洲所在地）收集样本，目的是通过名为“火星样本返回”的复杂任务，在 21 世纪 30 年代将它们带回地球。

好奇号火星车已经使用机械臂钻入岩石并研究样本超过 12 年。 美国宇航局

威廉姆斯说，两辆火星探测器都在火星的不同区域探测到了多种有机碳分子，这表明有机碳在这颗红色星球上很常见。

行星科学研究所博士后研究员阿什利·墨菲博士表示，虽然“好奇号”和“毅力号”已经证明它们能够探测到有机物，但它们的仪器无法最终确定所有关于其起源的答案。墨菲博士此前曾与威廉姆斯一起研究过“毅力号”发现的有机物，但他并未参与这项新研究。

墨菲说：“为了正确探究生物特征问题，这些样本需要在地面实验室进行高分辨率和高灵敏度的分析，而将这些样本带回地球可以实现这一目标。”

格拉文表示，如果坎伯兰样本中的分子是37亿年前微生物生命的副产品，那么这一发现将与科学家们认为的地球生命起源的时间框架相吻合。他表示，好奇号的发现似乎“非常接近”帮助做出这一判断，但答案更有可能来自对地球样本的研究。

格拉文说：“我更加乐观地认为，我们最终能够解决关于火星生命问题的争论，这场争论感觉好像已经持续了很久了。”