NASA研究发现：远古生命或可在火星冰层中存活5000万年

美国宇航局戈达德太空飞行中心与宾夕法尼亚州立大学的研究人员在实验室中模拟火星环境，以验证相关观点。他们发现，大肠杆菌的氨基酸片段若被困在火星永久冻土或冰盖中，即便持续受到宇宙辐射，也能存活超过5000万年。这项发表在《天体生物学》上的研究结果表明，火星生命探测任务应优先关注纯冰或富冰永久冻土，而非主要聚焦于岩石、黏土或土壤。
“5000万年远远超过火星当前一些表面冰层的预期年龄，这些冰层的年龄通常不到200万年，这意味着冰层中存在的任何有机生命都能被保存下来，”该研究的合著者克里斯托弗·豪斯表示。他是地球科学教授、哈克生命科学研究所及地球与环境系统研究所的附属成员，同时也是宾夕法尼亚州立大学行星与系外行星科学技术联盟的主任。“这意味着如果火星表面附近存在细菌，未来的任务就能发现它们。”
实验室模拟火星与宇宙辐射
该研究由美国宇航局戈达德的太空科学家亚历山大·帕夫洛夫领导，他于2001年在宾夕法尼亚州立大学获得地球科学博士学位。研究团队将大肠杆菌密封在装满纯水冰的试管中。其他样本则混合了水和火星沉积物中常见的物质，包括硅酸盐岩石和黏土。
这些冷冻样本被放置在宾夕法尼亚州立大学辐射科学与工程中心的伽马辐射室中。辐射室被冷却至零下60华氏度，以匹配火星冰冻区域的温度。随后，这些细菌受到的辐射量相当于火星表面2000万年的宇宙射线轰击。之后，样本被真空密封，并在低温条件下运回美国宇航局戈达德进行氨基酸检测。研究人员还模拟了额外3000万年的辐射暴露，使总时长达到5000万年。
纯冰保护有机分子
结果令人惊讶。在纯水冰中，超过10%的氨基酸（蛋白质的基本组成单位）在整个5000万年的模拟过程中存活了下来。相比之下，混合了类火星沉积物的样本分解速度快10倍，且未能存活。
该团队2022年的一项研究表明，保存在10%水冰和90%火星土壤混合物中的氨基酸，比仅含沉积物的样本破坏得更快。
“基于2022年的研究结果，人们曾认为仅存在于冰或水中的有机物质会比10%水混合物中的有机物质破坏得更快，”帕夫洛夫说。“因此，发现仅置于水冰中的有机物质的破坏速度远慢于含水和土壤的样本，这令人惊讶。”
研究人员认为，混合样本中分解速度更快可能是因为冰与矿物质接触处形成了一层薄膜。这层薄膜可能使辐射更自由地移动，从而损坏氨基酸。
“而在固态冰中，辐射产生的有害粒子被冻结在原地，可能无法接触到有机化合物，”帕夫洛夫说。“这些结果表明，纯冰或冰主导的区域是在火星上寻找近期生物物质的理想场所。”
对木卫二和土卫二的启示
该团队还在与木星的冰卫星木卫二和土星的冰卫星土卫二相似的温度下测试了有机物质。在这些更寒冷的温度下，有机物质的分解速度进一步减慢。
帕夫洛夫表示，这些发现对美国宇航局的“木卫二Clipper”任务是个好消息，该任务将研究木卫二的冰壳和地下海洋。木卫二是木星95颗卫星中第四大的卫星。“木卫二Clipper”于2024年发射，将飞行18亿英里，于2030年抵达木星。该航天器将进行49次近距离飞掠，以确定地表下的环境是否能支持生命。
钻探火星冰层
至于火星，获取地下冰层需要合适的工具。2008年美国宇航局的“凤凰号”火星任务首次在火星的北极圈类似区域向下挖掘并拍摄到冰层。
“火星上有很多冰，但大部分都在地表正下方，”豪斯说。“未来的任务需要足够大的钻头或强大的铲子来获取冰层，类似于‘凤凰号’的设计和能力。”
除豪斯和帕夫洛夫外，研究团队还包括宾夕法尼亚州立大学地球科学系的退休实验室技术员张智丹，以及美国宇航局戈达德的汉娜·麦克莱恩、肯德拉·法恩斯沃思、丹尼尔·格拉文、杰米·埃西拉和杰森·德沃金。
这项工作由美国宇航局行星科学部内部科学家资助计划通过戈达德太空飞行中心的基础实验室研究工作包提供资金支持。