機器人漫游車目前正在探索火星表面?；鹦擒嚾蝿?wù)的一部分是調(diào)查地球是否有生命跡象?？赡軟]有什么可找的——但如果有，而漫游者就是無法“看到”它呢?

今天發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一項新研究表明，漫游車目前的設(shè)備實際上可能無法勝任尋找生命證據(jù)的任務(wù)。

作為一名極端環(huán)境微生物學(xué)家，在看似幾乎不可能的地方尋找生命的挑戰(zhàn)對我來說很熟悉。

在天體生物學(xué)中，我們研究地球上具有環(huán)境或物理特征的地點的生命多樣性，這些特征類似于火星上已經(jīng)描述的區(qū)域。我們稱這些地面環(huán)境為“火星模擬”站點。

檢測限

這項新研究由馬德里天體生物學(xué)中心的阿曼多·阿祖阿-布斯托斯(Armando Azua-Bustos)領(lǐng)導(dǎo)，測試了美國宇航局好奇號和毅力號火星車目前使用的復(fù)雜儀器，以及計劃用于未來分析的一些更新的實驗室設(shè)備 - 在阿塔卡馬沙漠的火星模擬中。

Azua-Bustos及其同事發(fā)現(xiàn)，漫游車的測試臺設(shè)備 - 用于分析現(xiàn)場樣本的工具 - 檢測我們可能期望在這顆紅色星球上發(fā)現(xiàn)的生命痕跡的能力有限。他們能夠檢測樣品的礦物成分，但并不總是能夠檢測有機分子。

在我的團(tuán)隊的案例中，我們的火星模擬站點是南極洲干燥山谷和風(fēng)車群島的寒冷和超干旱沙漠。

在這兩個地點，盡管面臨極端壓力，生命仍然存在。鑒于惡劣的條件和微生物生命的稀缺性，尋找生命的證據(jù)具有挑戰(zhàn)性。

首先，我們必須定義在模擬“極端”環(huán)境中存在(和正在被發(fā)現(xiàn))的生命的生物和物理邊界。然后，我們需要開發(fā)工具來識別生命的“生物特征”。這些包括有機分子，如脂質(zhì)、核酸和蛋白質(zhì)。最后，我們確定在地球和火星上檢測這些生物特征所需的靈敏工具。這告訴我們檢測的極限。

尋找黑暗微生物組

在我的極端微生物學(xué)領(lǐng)域，“微生物暗物質(zhì)”是指樣品中的大多數(shù)微生物尚未分離和/或表征。為了識別它們，我們需要定義下一代測序。Azua-Bustos的團(tuán)隊更進(jìn)一步，提出了一種“黑暗微生物組”，其中包含潛在的遺物，滅絕的地球物種。

Azua-Bustos的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜的實驗室技術(shù)可以在阿塔卡馬沙漠的火星類超干旱土壤樣本中檢測到黑暗微生物組。然而，火星車目前的設(shè)備無法在火星上探測到它。

在生物質(zhì)稀缺的樣品中，我們使用高度靈敏的實驗室方法來檢測微生物生命，包括基因測序和使用顯微鏡分析可視化細(xì)胞。該領(lǐng)域基因組測序的原型正在開發(fā)中，但它們尚不具備低生物量樣品所需的靈敏度。

不同的星球，不同的規(guī)則

在其他星球上尋找生命也依賴于我們對生命存在需要的理解，最簡單的列表是能源，碳和液態(tài)水。

在地球上，大多數(shù)生物利用光合作用來利用陽光的能量。這個過程需要水，而水在南極洲和阿塔卡馬沙漠等干燥的沙漠環(huán)境中幾乎完全無法獲得，而且很可能是火星。我們認(rèn)為一個我們稱之為“大氣化學(xué)合成”的過程可以填補這一空白。

我的團(tuán)隊首先在南極洲寒冷的沙漠土壤中發(fā)現(xiàn)了大氣化學(xué)合成。在這個被忽視的代謝過程中，細(xì)菌通過消耗大氣中的微量氫氣和一氧化碳?xì)怏w來“生活在稀薄的空氣中”。

我們認(rèn)為干燥的沙漠微生物群可能依賴于這一過程來獲取能量和水，這是該過程的副產(chǎn)品。像我們在南極洲發(fā)現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在為尋找火星生命提供了最有前途的生態(tài)模型之一。

我們現(xiàn)在相信火星冰水泥地下存在生命潛力。我的團(tuán)隊與美國宇航局和比勒陀利亞大學(xué)的合作者一起，計劃在南極洲的大學(xué)谷對此進(jìn)行調(diào)查，通過定義通過痕量氣體消耗對能源，代謝水和碳產(chǎn)生的環(huán)境限制。

我們找不到我們無法定義的東西

我們對目標(biāo)生物特征的新知識以及檢測它們所需的靈敏度水平在設(shè)計或優(yōu)化未來部署在旨在尋找生命的任務(wù)中的儀器時至關(guān)重要。

未來火星任務(wù)的目標(biāo)，包括計劃于2026年進(jìn)行的破冰船生命任務(wù)，是尋找生命的證據(jù)。破冰船生命號將對冰水泥地面進(jìn)行采樣，類似于南極干燥的永久凍土，如果它檢測到生命跡象，火星樣本返回任務(wù)將是一個高度優(yōu)先事項。

將樣本送回地球進(jìn)行實驗室分析是有風(fēng)險的。正如我們在南極土壤樣本中發(fā)現(xiàn)的那樣，挑戰(zhàn)可能包括污染、運輸過程中的低溫保存，以及需要專門的檢疫實驗室來分析樣本而不破壞它們。

但正如Asua-Bustos所建議的那樣，將樣本帶到地球進(jìn)行詳細(xì)的實驗室分析可能是檢測或排除生命存在(或過去存在)的唯一可靠方法。