ALH 84001：这块陨石是否含有火星生命化石的证据？ |
“发现太空生命的新线索：陨石中发现与地球上已知生物不同的化石单细胞生物，”《纽约时报》的头条新闻醒目地写道。《新闻周刊》也附和道：“外星存在某种东西”。受人尊敬的科学家告诉成群的记者，他们在一家著名期刊上发表的著作揭示了复杂的碳氢化合物以及看起来像是埋藏在陨石深处的化石细菌。他们声称，这提供了“我们星球之外存在生命形式的第一个物理证据”。
那是 1961 年。而有问题的陨石并非最近成为头条新闻的火星陨石，而是早在一个世纪前坠落在法国奥尔盖伊的另一块陨石。经过仔细审查，令人震惊的证据最终被科学界的法庭驳回。有机化学物质和“化石”最终被证明是豚草花粉和炉灰。
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因此，科学家们以可以理解的怀疑态度迎接了美国国家航空航天局约翰逊航天中心的大卫·S·麦凯和八位同事的大胆断言，他们认为在陨石 ALH84001 中发现的奇特特征最好用早期火星上存在原始生命来解释。尽管公众对发表在《科学》杂志上的结论充满热情，但许多研究陨石和古代生命的顶尖研究人员权衡了证据，发现它令人难以信服。《陨石学和行星科学》杂志的编辑德里克·西尔斯说：“麦凯数据的非生物学解释更有可能。”
8 月 7 日的晚间新闻回顾了 ALH84001 令人印象深刻的履历：诞生于 45 亿年前的火星深处；被巨大的撞击溅入行星际空间漂流了 1600 万年；被地球引力捕获并拖入南极洲的雪中；在冰雪中埋藏了 1 万到 2 万年，直到 1984 年，陨石猎人在艾伦山冰川上七人并排跋涉时捡起了它，并使其闻名于世。几乎每个人都同意这一点；争议的焦点在于这块岩石不太引人注目的内部故事。
麦凯和他的合作者基于四条证据线索构建了生命存在的案例。第一个是橙色斑点，不大于句点，点缀在穿透陨石闪亮外壳的裂缝和缝隙的壁上。这些多层结构称为碳酸盐玫瑰花结，往往具有富含锰的核，周围环绕着铁和镁增强的交替层，以及主要由磁铁矿组成的皮层。池塘中的细菌在代谢矿物质时会产生类似的玫瑰花结。但“这在不断变化的化学环境中也是一个完全合理的序列，”该论文的同行评审员之一、生物学家肯尼斯·尼尔森反驳道。
第二条证据线索集中在碳酸盐内部和周围发现的称为多环芳烃或 PAH 的有机化合物。斯坦福大学化学家、《科学》杂志论文的合著者理查德·N·扎尔报告说，这块岩石包含某些轻质 PAH 的不寻常混合物。“结合所有其他数据，在我看来，它们很可能都来自曾经活着的某种东西的分解产物，”他说
然而，批评者提出了其他可能的解释。“水热合成可以利用无机碳和水制造芳香族有机物；你会得到他们报告的那些，”俄勒冈州立大学的化学家伯恩德·西蒙内特指出。“看看默奇森陨石，它被认为来自小行星带，”华盛顿大学的埃弗雷特·肖克补充道。“在其中已经鉴定出数百种有机化合物，包括氨基酸和更接近生物体实际使用的物质的化合物。它也含有碳酸盐矿物——以及水的真正确凿的证据——但没有人说小行星带存在生命。”
麦凯小组将高功率电子显微镜对准 ALH84001，发现了第三个也是最令人信服的证据：微小的泪滴状磁铁矿和硫化铁晶体嵌入在碳酸盐溶解的地方，据推测是由于某种酸的作用。作者指出，某些细菌会制造出非常相似的磁铁矿和硫化铁晶体。加州理工学院的生物矿物学家约瑟夫·基尔什文克同意，这些矿物构造非常有趣。“如果这不是生物学，我就无法解释到底发生了什么，”他说。“我不知道还有什么东西能制造出那样的晶体。”肖克仍然不相信。“还有其他方法可以获得这些形状。而且无论如何，”他继续说道，“形状是地质学中用来定义事物最糟糕的方法之一。”
化石微生物？ |
最后的证据线索是受到怀疑论者最强烈攻击的线索。麦凯的团队在电子显微镜下检查 ALH84001 的碎片，在碳酸盐中发现了挑衅性的细长和卵形结构；研究人员将这些解释为可能是化石微生物。许多科学家仍然不相信这种生物曾经在地球上存在过，更不用说在其他任何地方了。也确实存在观察者效应起作用的危险。
美国宇航局天体生物学家杰克·法默说：“问题在于，在只有几十纳米的尺度上，矿物质可以生长成几乎不可能与纳米化石区分开来的形状。”尼尔森抱怨道：“如果我展示这样的照片并声称我发现了细菌，我会被微生物学会开除。”但麦凯的另一位合著者、美国宇航局约翰逊航天中心的埃弗雷特·吉布森回应说，“通过注意到缺乏晶体生长面”和其他矿物学特征，我们排除了大多数例子中的这种可能性。麦凯补充说，他观察了另一块陨石作为对照，没有看到类似的结构。
一些批评者还发现，“化石”的小尺寸很难与其他证据相符。“这些结构的体积只有最小的陆地细菌的千分之一，”研究古代生命生物化学的伊利诺伊大学的卡尔·R·沃斯指出。“它们真的触及了生命单元可以有多小的下限，”他说。（但加州大学圣地亚哥分校的斯坦利·米勒本人也是一位怀疑论者，他问道：“谁知道你到底需要多少空间呢？”）此外，假定的火星细菌几乎不比它们本应产生的矿物晶体大。“磁性细菌是可移动的；它们会游泳，”基尔什文克补充道。“这就是磁定向具有选择性的原因——它有助于导航。但这些纳米细菌太小，无法包含足够的磁铁矿以使其正确地对准磁场。
如果不是生命，那么是什么可以解释这些奇怪的特征集合呢？一种可能性是水热过程。“想象一下热流体流过地壳，”加州大学圣地亚哥分校的行星科学家约翰·F·克里奇建议道。“随着化学成分随时间变化，磁铁矿、硫化铁和碳酸盐的结晶是完全合理的。如果火星地表以下任何地方存在 PAH，那么它们就会被这种流体携带并沉积在流体结晶的地方。我认为纳米结构很可能是碳酸盐结晶方式导致的不寻常的表面纹理。”
然后是陨石在南极洲长期停留期间受到污染的可能性。加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的杰弗里·巴达指出，虽然浓度非常低，但在冰川冰中发现了 PAH；当他分析另一块火星陨石时，他发现陆地氨基酸已经渗入岩石中。麦凯和他的同事试图通过对几块南极陨石进行相同的测试来避免被污染物愚弄。他们除其他外表明，在分析时 ALH84001 内部没有任何生物存活，大多数（但并非全部）碳酸盐含有与火星相关的同位素，并且 PAH 在岩石内部的浓度高于其表面。“这些论点是站不住脚且过于简单化的，”西尔斯反驳道。“风化是一个马虎的过程。东西会渗入，然后渗出；它们不会做显而易见的事情。水的化学成分会发生变化。”
许多科学家也担心，对麦凯论文的关注最终可能会适得其反。“我真的对这场喧嚣感到有些惊讶，”巴达说。“如果事实证明是错误的，很多人会非常失望。我们需要持续努力十年或更长时间才能理清头绪。”
这项努力已经在进行中。许多学科的研究人员正在争先恐后地获取 ALH84001 和其他 11 块被确定为火星起源的陨石的碎片，以便进行进一步的测试。扎尔说，他想寻找氨基酸，并将 PAH 中的碳 13 与火星的碳 13 进行比较——有些人认为他应该在公开结果之前就做这项工作。麦凯曾谈到要获得纳米化石薄切片的电子显微照片，以寻找细胞壁和内部结构，但这些努力将突破当前技术的极限。
尼尔森和其他人坚持认为，要毫无疑问地证明火星上曾经存在过生命，唯一的方法是向火星发射一个机器人探测器，将岩石送回地球——这是另一项艰巨的技术挑战。美国宇航局计划在今年晚些时候发射两个探测器，但该机构原本预计到 2005 年才会执行样本返回任务，尽管美国宇航局局长丹尼尔·S·戈尔丁最近谈到要加快进度。此外，亚利桑那州立大学的罗纳德·格里利担任主席的一个委员会警告说，预算紧张正在减缓寻找火星化石或地下生命所需的探测车和钻探设备的开发。
在所有这些想法之下，隐藏着一个挥之不去的问题：如果我们看到生命，我们甚至会知道生命是什么吗？一些非常规的思想家，如康奈尔大学的托马斯·戈尔德和英国天文学家弗雷德·霍伊尔提出，生命可能存在于不太可能的环境中，如彗核或月球地壳。即使是识别碳基生命也极其困难——如果某些生命遵循非常规的化学成分怎么办？米勒反思道：“思考这些问题令人难以置信。“你必须坚持你所知道的；另一种选择是坐在那里，看着自己的肚脐。
如果麦凯小组报告的结果成立，米勒怀疑这仅仅是冰山一角。“我的印象是，细菌生命存在于大约十分之一的恒星周围的行星上，甚至更多，”他推测道。“我会将火星上的生命视为一个新领域，而不是一个惊喜。”