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(转载)西班牙神秘河流与火星环境相似 可能蕴含生命起源证据

已有 3064 次阅读 2008-9-18 11:49 |个人分类:生命起源|系统分类:科普集锦


力拓河里红色的河水


正在进行实验的拉曼光谱仪

据生活科学网站报道,科学家一直希望在登上火星进行生命探测前能在地球上进行高度仿真的模拟实验。目前,科学家们在西班牙发现一条河流,它的生态环境和火星非常相似。科学家已经在这条河流上开始利用先进的生命探测技术进行高仿真的实验,而且还取得了惊人的成果。
 
这条河名叫力拓河(Rio Tinto),它的源头在西班牙塞维拉西部。泉水从铁矿石中分离出硫化铁矿物质,使河水变成红色。同时,硫化铁矿物质分离形成硫磺酸。当PH值达到1.5—3时,力拓河水将变得像醋一样酸。力拓河的酸性环境宛如是一个地表下的“生化反应炉”(chemical bioreactor)。科学家们认为,力拓河的生态环境可模拟火星地表下的环境。在力拓河中寻找生物存在的数据,可与火星快车号(Mars Express)或地面上望远镜搜集到的资料相对比。令人吃惊的是,科学家们竟然在这种状况的河水中找到了各种各样生命体的存在,如:细菌、藻类、原生生物(protists)的单细胞生物体和生长于酸性河水上游的真菌。因此,力拓河也就成为了科学家实验火星生命探测最新技术的最理想的场所。
 
费尔南多·佩雷斯(Fernando Rull Pérez)是一名来自西班牙天体生物学中心的专家,他一直在力拓河上对一项光谱生命探测技术进行实验。他说,“我们目前正在开发一种装置,可以用来探测矿物质和有机物。我们一直在力拓河上进行实验并收集相关数据,然后建立一个科学模型。我们希望这个模型将来能用于火星生命探测”。
 
佩雷斯表示,力拓河的生态环境和火星的如此相似,这为科学家们提供了一个测试生命探测技术的好场所。他所开发的这种装置采用了“现场光谱技术”(“in situ” techniques),这意味着这种装置会对所采取的样本进行现场分析,而不会运回实验室。这样做一方面可以提高效率,另一方面也避免了样本在运回实验室的途中被污染的可能性,而且也非常适合在火星的环境下操作,因为科学家们不可能将火星样本送回地球进行分析。
 
佩雷斯指出,利用现场光谱技术对火星生命进行探测也是欧洲火星探测计划的一部分。欧洲太空总署计划于2013年发射一颗名为“ExoMars”号的火星探测器。该探测器上将会安装一个拉曼光谱仪(Raman BS),这个光谱仪所采用的技术就是现场光谱技术。现场光谱技术有两个光学镜头。一个安装在ExoMars号探测器的外面,主要用来确定火星表面可能有矿物质或者有机物的地点;另一个安装在ExoMars号探测器的的里面,主要用来分析探测器钻头所采取样本的成分。科学家们目前计划钻取火星表面下2米内的土壤样本,以便科学家来分析判断火星表面曾经是否有水、或者生命的存在。拉曼光谱仪相比其他生命探测技术具有一个突出的优点,即它不会产生破坏性,对所钻取的样本不会产生任何伤害。
 
佩雷斯和他的研究小组计划对拉曼光谱仪进行升级,让它可以探测到火星表面以下20米内的矿物质和有机物。不过,这项升级后的技术不会用在2013年发射的ExoMars号火星探测器,而是为未来火星生命探测做准备的。佩雷斯表示在火星上进行生命探测是一件非常令人激动的事情。
 

半透明桔红色针铁矿包裹着灯丝状微生物细菌

西班牙力拓河覆盖的含铁岩石保留着2亿年前微生物化石

灯丝状微生物化石包裹覆盖在含铁矿石上

    据美国太空网报道,日前,最新研究表明,在西班牙富含铁的河流中发现的微生物化石揭示了火星上矿石可能保存着过去生命体存在的迹象。这项发现将促进科学家研制装备新一代火星探测器,在探测器上装配能够发现火星过去生命体存在证据的工具。

    力拓河(Rio Tinto)的源头来自西班牙塞维拉西部源泉,2亿年前河水源泉通过过滤铁矿石,最终在地热活跃性作用下铁矿石进行沉积。泉水从铁矿石中分离出硫化铁矿物质,使河水变成红色。同时,硫化铁矿物质分离形成硫磺酸。当PH值达到1.5-3时,力拓河水将变得像醋一样酸,然而这种状况的河水仍支持各种各样的生命体存在,如:细菌、藻类、叫做原生生物(protists)的单细胞生物体和旺盛生长于酸性河水上游的真菌。

    地球上含铁矿石与火星赤铁矿非常相似

    力拓河引起外空生物学家的关注是由于这种环境状态可以形成赤铁矿石,这种矿石在火星表面上也存在着。在地球上,赤铁矿仅在液态水作用下形成,由于液态水是生命体形成的先决条件,因此火星上存在赤铁矿暗示科学家火星的过去或现在有生命存在的迹象,或者在地球的邻近行星上也可能存在生命体。

    通过检测力拓河岸边的早期化石,和对比河床之上梯田更久远的化石,西班牙托雷洪·德阿尔多斯(Torrejon de Ardoz)天体生物学中心的大卫·费尔南德斯·雷默拉和美国哈佛大学安德鲁·克诺尔希望能够更好地理解火星上曾保持生命体存在迹象的矿物所具有的相似性。

    在西班牙最炎热的夏季,河流边缘的池塘都蒸发消失,留下矿石沉积。随着时间的推移,河流进入山谷逐渐形成岩石梯田。最久远、最高的梯田沉积形成于2亿年前,而最年轻的梯田沉积层只比远古沉积层厚几厘米。

    含铁矿石见证了微生物的存在

 当雷默拉和克诺尔着重研究这些蒸发的池塘时,他们看到微生物身体上覆盖着一层水沉积形成的铁矿纳米粒子,他们所观测的最普通的矿石是叫做针铁矿的像铁锈一样的氧化铁。针铁矿细密纹理的分层包裹着最年轻的化石微生物,保存着像杆状外形的单个细菌,这种细菌是细菌群繁殖形成的灯丝状结构。

    当沉积物结合形成岩石时,环绕化石周围的矿物质也发生变化。在最近的河流沉积梯田中可发现含有细密纹理矿物质的化石,但是它们形成岩石层700-800年后会形成更大的结晶结构。随着时间的过去,矿物质的化学性质也发生改变。像铁锈般的针铁矿逐渐失去氢、氧原子,慢慢地变成更加稳定的赤铁矿。在最古老的河流沉积梯田化石中,赤铁矿取代了针铁矿。目前,这项研究已发表在近期出版的《国际太阳系研究杂志》上。

    位于纽约州立大学石溪分校行星地质学家蒂莫西·格洛彻称,“机遇”号火星探测器在火星梅里迪亚尼平原(Meridiani Planum)发现了富含铁的矿石,可能其形成与地球上的赤铁矿形成有相似的化学进程。他说,“力拓河与我们在火星表面上看到的地形有相似之处,光谱分析表明火星赤铁矿最初是由针铁矿形成的,或类似针铁矿的矿物质之后改变成为赤铁矿。总而言之,火星上赤铁矿的形成过程非常类似于地球上力拓河的富含铁岩石。”

    火星赤铁矿岩石比力拓河岩石更久远,它们可能形成于30-40亿年前,该时期正值地球最早期生命进化阶段。缺少火星构造活跃性很难使基础构造发生变化,雷默拉说,“基于这些因素,火星非常有利于观测微生物结构的保存状态。”

    未来人为现场勘测是最佳方案

    美国宇航局艾姆斯研究中心行星科学家卡罗尔·斯托尔赞同如果火星梅里迪亚尼平原形成时广泛存在生命体,化石将很可能保留着生命存在的迹象。然而她并不对任何火星探测器勘测发现化石抱有多大期望,她认为成功鉴别存在生命依据的化石需要地质学家选取最有研究价值的样本进行细致的现场勘测。

    目前,雷默拉和卡诺尔忽略了对力拓河岩石进行切片处理观察其内部微生物结构。虽然未来火星探测器将装配更强大的微缩成像仪器,但它们仍无法完全分析岩石。下一代火星探测器可能具备将岩石样本研磨成粉、并对粉末进行分析,然而这一处理进程将抹擦了岩石中所保存的生命存在证据。

    斯托尔说,“即使未来火星勘测任务能够将火星岩石样本带回地球,但却不可能选择和装载足够多的岩石样本进行地面分析。同时,发现火星岩石样本有生命存在迹象的最佳方法是人为现场勘测。”



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