火星曾经是一个有生命的星球吗？数十亿年前，在它变成冻干沙漠之前，这颗红色星球更像地球，地表有液态水和适宜的温度。也许它也孕育了生命。但是，任何古代火星人的大多数迹象现在都只是一些有机化合物的痕迹和隐藏在星球锈岩中的模糊化石形态。
如今，科学家们使用机器人来勘测这片贫瘠的景观，通过结合卫星图片和漫游车及着陆器本身的地面快照，远程引导他们寻找生命。然而，这种图像远不能令人满意——对于所有但非常近的视图，缺乏生物特征的岩石与充满化石微生物的岩石可能几乎无法区分。现在，在最近发表在《科学报告》上的一项研究中，一个由夏威夷大学研究人员领导的团队展示了一种可能的捷径，用于寻找最有希望进行天体生物学后续研究的目标，无论是在红色星球还是太阳系其他地方的某个世界。
该技术依赖于生物学的一个奇怪事实——至少是地球生物学：在生命的许多领域中，各种生物都会产生色素、蛋白质、脂类和其他分子，当它们被特定波长的光激发时，会发出明显的辉光——荧光。研究人员使用精心调整的激光脉冲照射来自科罗拉多州、怀俄明州和犹他州绿河地层的带有化石的数百万年历史的岩石，证明了这种“生物荧光”可能是快速有效地标记候选生物材料以进行更详细检查的有效方法。他们的原型仪器被称为紧凑型彩色生物探测器，它足够灵敏，可以探测到 5 米以外的生物荧光物质的存在，即使在白天也可以，并且可以将激光脉冲投射到很宽的目标区域，从而可以快速勘测大片区域。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
团队成员表示，这种独特的白天灵敏度使开发了十年的生物探测器成为寻找古代生命遗迹的特别有吸引力的选择。该功能来自仪器的摄像头，可以捕捉目标的短暂曝光。“当你的相机打开很短的时间时，实际上你不会检测到日光，”夏威夷大学的研究员兼该论文的第一作者安努帕姆·米斯拉解释道。
该仪器的另一个显著优势在于它对生命探测的——可以说——不可知态度。其他寻找外星生命的实验室可能会以地球上出现的生命中最详细的组成部分为目标——例如地球上极端环境中繁衍生息的单细胞生物中常见的某些 DNA 序列——而紧凑型彩色生物探测器则采取了一种更通用的方法。它所寻找的只是在激光脉冲刺激下会发出荧光的化合物。在地球上，所有生物都拥有芳香族氨基酸，通常是代谢过程的副产品。所有芳香族氨基酸都显示出荧光。鉴于荧光氨基酸在生命中的普遍性，研究人员假设，即使其他星球上的生命不使用地球上发现的完全相同的氨基酸，只要它发出荧光，他们仍然可以检测到它。“如果火星上有生命，而它不是‘我们所知的生命’，那么生物探测器可能是我们看到它的唯一方式，”该研究的合著者、美国宇航局艾姆斯研究中心的天体生物学家和行星科学家克里斯托弗·麦凯说。
一个挑战是，氨基酸和生物化合物并不是地球上唯一在激光刺激下发光的物质。非生物矿物也会发出它们自己的光，称为磷光。它可能与生物荧光混淆，但该团队从一开始就构建了生物探测器来区分这两种截然不同的现象。一般来说，磷光信号比它们的荧光对应物持续的时间长得多，这使得生物探测器可以区分它们。
尽管麦凯认为生物探测器可能是发现火星上未知生命形式的古代遗迹的最佳选择，但这并不是说该仪器将为理解它在相机上捕捉到的东西提供最终答案。“你可以看一块馅饼，但品尝它会让你获得更多关于它的信息，”他说。
麦凯说，生物探测器点亮的任何样本都需要在实验室的分析仪器中进行“消化”，以便科学家更好地了解他们的发现。但他认为生物探测器的通用性是一个优点，洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究员帕特里克·加斯达则认为缺乏具体性是该方法的主要缺点。加斯达曾在火星漫游车“毅力号”上的仪器 SuperCam 上工作。SuperCam 使用激光光谱学筛选火星上的岩石和土壤，用高度聚焦的激光束照射目标，以收集有关潜在化学成分的更具体信息。“你可以看到是否有碳和氮，”他说。但即使是光谱学也与真正的消化分析不同。“你可能仍然希望提取一个样本”进行更直接而不是远程的研究，他说。
尽管加斯达没有参与最近的研究，但加斯达在 2012 年在攻读博士学位时曾作为米斯拉在夏威夷大学的学生参与过生物探测器的研究。现在，加斯达正在与米斯拉合作开发一个名为 OrganiCam 的生物探测器版本。与生物探测器一样，OrganiCam 使用激光诱导荧光成像来发现生命迹象。但它增加了一种称为拉曼光谱的化学分析技术，该技术使用激光来确定目标的分子组成。与生物探测器一样，OrganiCam 尚未准备好用于太空飞行。加斯达说，除了需要小型化以适应着陆器外，这两种仪器还需要更坚固的外壳和微电路，以使其能够承受火箭发射、行星降落和宇宙辐射的有害影响。
尽管生物探测器*有朝一日*可能会为太空探索提供突破性的应用，但它可能在地球上更直接地用于在极端——或许是非常脆弱——的环境中寻找生命。例如，麦凯引用了墨西哥山脉深处充满巨大石膏晶体的洞穴。他说，奇特的生命形式可能会舒适地存在于晶体中，但现在检查的唯一方法是将它们锤开并查看内部。“亵渎！”麦凯说。“必须有更好的方法。”借助类似生物探测器的东西，研究人员可以对这种晶体进行侵入性较小的探测。
麦凯说，无论是在地球、火星还是其他某个世界，“从我的角度来看，核心理念是能够在不进行剥落、钻孔或采样的情况下了解目标生物学”。