尽管我们知道早期火星比今天这片干燥荒凉的世界更湿润、温暖且更适宜居住，但研究人员尚未找到直接证据证明生命曾在这颗行星的表面存在。如果火星曾经孕育过生命，那么关键问题仍然存在：这种生命如何影响了这颗行星？我们可以在哪里找到其过去存在的证据？一项新的研究考虑了这些谜团，发现一个可能的火星生物圈可能有助于将这颗行星推向目前不适宜居住的状态。这些发现进一步确定了火星的某些区域——包括 耶泽罗陨石坑，美国宇航局的“毅力号”探测器现在正在那里漫游——最有可能存在过去生命的迹象。它们还预示着，在整个宇宙的世界中，生命可能是自身最大的敌人。
研究人员利用气候和地形模型重建了四十亿年前的火星，得出的结论是产生甲烷的微生物可能曾经繁荣于这颗红色星球大部分地表之下仅几厘米的地方，吞噬大气中的氢气和二氧化碳，同时受到上覆沉积物的保护。但是，这种埋藏在地下的生物圈最终将退缩到行星深处，这是由自身造成的冰冻温度驱动的——或许会走向灭亡。
他们发表在《自然·天文学》杂志上的研究提出，氢气、二氧化碳和甲烷（所有这些都是捕获热量的温室气体）之间的相互作用会引发全球降温，从而使火星的大部分表面被不适宜居住的冰层覆盖。
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“基本上，我们所说的是，生命，当它出现在行星上并且处于合适的条件下时，可能会具有自我毁灭性，”研究主要作者、索邦大学博士后研究员鲍里斯·索特雷说。“正是这种自我毁灭的倾向可能会限制生命在宇宙中广泛出现的能力。”
耶泽罗陨石坑的轨道视图，这是火星上的一个区域，古代微生物可能曾在那里繁衍生息——美国宇航局的“毅力号”探测器现在正在那里漫游。 ESA/DLR/FU-Berlin
盖亚的祝福——还是美狄亚的诅咒？
1965年，已故化学家和生态学家詹姆斯·洛夫洛克——当时是美国宇航局喷气推进实验室的研究员——认为大气中的某些化合物充当生物特征，表明另一个世界存在生命。例如，在地球上，甲烷（来自产生甲烷的细菌，称为产甲烷菌）与氧气（来自光合生物）的共存构成了强有力的生物特征：每种气体在环境条件下都会消除另一种气体，因此两者的持久存在表明存在稳定的补充，最容易用生物来源来解释。
洛夫洛克的工作构成了今天科学界寻找外星生命的基础。它也为盖亚假说提供了信息，该假说他在 20 世纪 70 年代与生物学家林恩·马古利斯共同制定。这个假说以希腊神话中的“大地之母”神祇命名，表明生命是自我调节的：地球上的生物集体与其周围环境相互作用，以维持环境的宜居性。例如，大气中二氧化碳过多导致全球气温升高也会促进植物生长，而植物生长反过来会从空气中吸收更多的温室气体，最终使地球恢复到较冷的状态。
2009 年，华盛顿大学古生物学家彼得·沃德提出了一个不太乐观的观点。沃德认为，在行星尺度上，生命更具有自我毁灭性而不是自我调节性，并且最终会自我消灭。与盖亚假说相反，他以希腊神话中的另一个人物命名了他的观点：美狄亚，一个杀死自己孩子的母亲。为了支持他的“美狄亚假说”，沃德引用了地球上过去发生的几次大规模灭绝事件，这些事件表明生命具有内在的自我毁灭性。例如，在大氧化事件（发生在 20 多亿年前）期间，光合蓝藻将大量气体泵入地球缺氧的大气层中。这消灭了早期占主导地位的生命形式：产甲烷菌和其他厌氧生物，氧气对它们有毒。“你只要回顾地球的历史，就会看到一些时期，生命是其自身最大的敌人，”未参与这项新研究的沃德说。“我认为这当然也可能发生在火星上。”
然而，在地球上，氧气的涌入也被证明对于生物多样化和我们生物圈多细胞祖先的最终出现至关重要——这表明，将情况定义为盖亚式还是美狄亚式可能只是一个角度问题。然而，在其他世界发现生命之前，我们只能通过索特雷等人的理论研究来审视这个问题。
更深入地寻找火星生命
SETI 研究所的研究科学家卡维·帕勒万（未参与这项研究）表示，这项工作“确实拓宽了我们对生物圈可能对宜居性产生的影响的思考方式”。但他指出，它只考虑了一种新陈代谢类型的行星改变效应。这项研究不会捕捉到类似于大氧化事件的复杂性，大氧化事件取决于产甲烷菌和蓝藻的冲突影响。索特雷承认这种局限性：“你可以想象，一个更复杂、更多样化的[火星]生物圈不会对行星宜居性产生负面影响，而仅仅是产甲烷菌会产生负面影响，”他说。
这项研究突出了一个复杂的生态系统（如早期地球的生态系统）对于从原本灾难性的环境变化中恢复可能至关重要。在沃德看来，向更大复杂性的提升可能有助于生物圈避免原本黯淡的美狄亚命运。“我真的相信唯一的出路——任何行星一旦出现生命后唯一的出路——就是进化出智能，”他说。沃德说，只有这样，居民才能开发出解决方案，以减轻生命污染其行星家园的美狄亚倾向。
这项研究没有考虑当今产甲烷菌潜伏在火星地表之下的可能性。这种情况可能有助于解释科学家在火星大气层中反复探测到的神秘的甲烷羽流，尽管无生命的地球物理活动也可能解释这些羽流。
然而，对于古代火星来说，这项研究指出了行星历史上大部分时间未受冰层影响的地方——尽管全球降温事件导致了近乎全球的冰川作用——这些微生物可能曾经在更靠近地表的地方繁衍生息。其中一个地点是耶泽罗陨石坑，这是“毅力号”探测器目前寻找携带生物特征物质的目标。但是，早期产甲烷菌的化石证据可能埋藏在探测器无法到达的过多的沉积物之下。
这项研究还确定了两个更有希望的地点：火星的希腊平原和伊西地平原地区。加州理工学院地球生物学家维多利亚·奥尔芬（未参与这项研究）表示，这些目标符合人们对检查火星地表之下生命迹象的日益增长的兴趣。奥尔芬说，索特雷的研究是“帮助激发关于未来任务的辩论和更深入思考的参考点”。
索特雷小心地指出，这项新工作是假设性的——仅仅因为火星地壳的某些部分曾经适宜居住，并不意味着这颗行星曾经有人居住。然而，无论古代产甲烷菌是否曾在火星上生活过，这项研究的结果都说明了生命本身如何为自己在宇宙中任何世界的繁荣或衰落创造条件。即使是单细胞生物也有能力将原本适宜居住的行星变成一个充满敌意的地方。索特雷阴郁地补充说，“凭借我们拥有的技术手段，人类可以更快地做到这一点。”
编者注（2022 年 1 月 13 日）：本文的标题为“火星的衰落”的版本经过改编，收录在 2023 年 2 月号的《大众科学》杂志中。本文反映了该版本，并增加了一些为印刷而删节的材料。