火星生命新發現：利用硫酸鹽礦物尋找古代微生物

科學家們可能終於找到了一種方法，可以透過研究儲存在硫酸鹽礦物中的微生物化石，來探測火星上的古代生命。火星上的石膏沉積物可能隱藏著過去微生物生命的證據，這些微生物與四十億年前地球上出現的第一批生物相似。但要證明這一理論，需要合適的工具。科學家們現在已經測試了一種專為太空任務設計的微型鐳射質譜儀。這臺儀器成功地識別了地球石膏沉積物中的微生物化石，這些石膏的形成條件與火星上的硫酸鹽沉積物相似。研究人員希望這項技術很快就能用於火星，以尋找古代生命的跡象。

地球上的第一批生命出現在約四十億年前，以微生物的形式在古老的池塘和海洋中繁衍生息。那麼，如果火星上也曾發生過類似的情況，我們該如何證明呢？研究人員在尋找火星古代微生物化石證據方面取得了重大進展。他們已經證明，微生物化石可以在石膏樣本中被檢測到，而石膏與火星上發現的硫酸鹽岩石非常相似。這一突破錶明，類似的技術可以用來識別火星上過去生命的痕跡。

「我們的研究為在火星硫酸鹽礦物中檢測生物標誌物提供了一個方法論框架，這可能指導未來的火星探索任務，」伯爾尼大學物理研究所的博士生、該文章的第一作者Youcef Sellam表示。「我們的鐳射燒蝕電離質譜儀，一種太空飛行原型儀器，可以有效地檢測硫酸鹽礦物中的生物標誌物。這項技術可以整合到未來的火星探測車或登陸器中，進行現場分析。」

數十億年前，火星被水覆蓋，但隨著水分的蒸發，石膏和其他硫酸鹽礦物從蒸發的池中形成。這些礦物可能儲存了曾經存在的任何微生物生命，將古代細菌的痕跡化石化在它們的結構中。如果微生物生命曾經在火星的水域中繁盛，其遺骸可能仍然被鎖在這些礦物中，等待被發現。

「石膏在火星表面被廣泛檢測到，並且以其卓越的化石化潛力而聞名，」Sellam解釋道。「它迅速形成，在分解發生之前捕獲微生物，並儲存生物結構和化學生物標誌物。但要識別這些微生物化石，我們首先需要證明我們可以在已知存在這些微生物的地方識別類似的化石，例如在Messinian鹽度危機期間形成的地中海石膏層。」

「Messinian鹽度危機發生在地中海與大西洋斷開連線時，」Sellam說。「這導致了快速蒸發，使海水變得超鹽，並沉積了厚厚的蒸發巖層，包括石膏。這些沉積物為火星硫酸鹽沉積物提供了一個極好的地球類比。」

科學家們選擇了一種可以用於太空飛行的儀器：一種微型鐳射質譜儀，它可以以微米級的精度詳細分析樣品的化學成分。他們從阿爾及利亞的Sidi Boutbal採石場採集了石膏樣本，並使用質譜儀和光學顯微鏡進行分析，這些分析基於可以幫助區分潛在微生物化石和天然岩石形成的標準。

這些標準包括形態學，即不規則、彎曲且可能中空的形態，以及生命所需的化學元素的存在，碳質材料，以及受細菌存在影響的礦物，如黏土或白雲石。科學家們在阿爾及利亞石膏中識別出了長而扭曲的化石絲狀物，這些絲狀物以前被解釋為底棲藻類或藍綠藻，現在被認為是像Beggiatoa這樣的硫氧化細菌。這些絲狀物嵌入石膏中，並被白雲石、黏土礦物和黃鐵礦包圍。

這些礦物的存在標誌著有機生命的存在，因為原核生物——沒有細胞核的細胞——提供了黏土形成所需的元素。它們還透過增加周圍的鹼度並在其細胞膜中濃縮離子，在像火星這樣的酸性環境中促進白雲石的形成。如果沒有有機生命的存在，白雲石要在石膏中形成，需要高溫和高壓，這會使石膏脫水，而這與我們對火星環境的瞭解不一致。

如果質譜儀在火星石膏中識別出黏土和白雲石的存在，以及其他生物標誌物，這可能是化石生命的關鍵訊號，這可以透過分析其他化學礦物的存在並尋找類似的有機形成的絲狀物來加強。

「雖然我們的研究結果強烈支援石膏中化石絲狀物的生物成因，但區分真正的生物標誌物與非生物礦物形成仍然是一個挑戰，」Sellam警告說。「一個額外的獨立檢測方法將提高Perseverance探測車在生命檢測方面的信心。此外，火星具有獨特的環境條件，這可能會影響生物標誌物在地質時期的儲存。需要進一步的研究。」

「這項研究是第一個涉及阿爾及利亞的天體生物學研究，也是第一個使用阿爾及利亞地球類比來研究火星的研究，」Sellam說。「作為一名阿爾及利亞研究人員，我非常自豪能將我的國家引入行星科學領域。這項工作也獻給我的父親，他是我力量的源泉和鼓勵。在這項研究期間失去他是我生命中最艱難的時刻之一。我希望他為我所取得的成就感到自豪。」