火星驚現破紀錄有機分子 或源自脂肪酸

美國太空總署的火星探測車「好奇號」在蓋爾撞擊坑的坎伯蘭泥岩中，發現了迄今為止在火星上最大的有機分子。這些泥岩已有37億年歷史，意味著這些分子或其化學前體在當時就已形成，而製造它們的源頭早已消失殆盡。雖然這類分子在地球上可透過生物和非生物過程產生，因此這項發現並不能證明火星曾經存在生命，更遑論現今仍有生命存在。然而，這項發現確實顯示，如果火星在早期曾有生命，其產物可能一直儲存至今。

「有機」一詞的含義因物件而異。對農夫或食品採購者來說，它可能意味著某種特定的農業或食品生產方式；但對化學家而言，它僅僅指的是含有碳的分子。碳元素易於與許多物質結合，因此並非所有有機分子都需要生命來製造，它們也常出現在科學家認為不可能有生命存在的地方。

然而，複雜的有機分子是地球生命的基礎，我們也懷疑在其他地方也是如此。在火星上尋找生命時，一個重要問題是：那些早已滅絕的古代生命的證據，究竟能儲存得有多好？

在好奇號登陸火星的13年間，我們透過將蓋爾撞擊坑的樣本放入「火星樣本分析儀」（SAM）進行化學實驗和質譜分析，逐漸瞭解其組成。在此期間，SAM已發現了含有最多六個碳原子的有機分子，其中一些還含有氯或硫。

以太空探測器的標準來看，SAM非常精密，但它仍無法與地球上的化學實驗室相比。然而，操作人員已找到方法，使其超越原有設計。為了避免其他火星化學物質中的氧氣氧化他們尋找的分子，操作人員嘗試了兩階段加熱過程。

泥岩樣本首先被加熱至約475°C，然後冷卻，再在化學衍生劑N-甲基-N-叔丁基二甲基甲矽烷基三氟乙醯胺（MTBSTFA）蒸氣存在下加熱至約850°C。當對坎伯蘭泥岩的一個樣本進行這種雙重加熱過程時，產生了高濃度的氯苯，這種有機分子的六個碳原子當時代表了火星的紀錄。然而，研究人員也注意到少量長鏈有機分子，即烷烴，特別是癸烷（C₁₀H₂₂）、十一烷（C₁₁H₂₄）和十二烷（C₁₂H₂₆）。

對於任何異常的SAM結果，來自地球的分子汙染都是一個擔憂，但這項分析的報告作者確信，這並非此處的情況，因為他們在其他樣本中並未得到相同的結果。

這些分子的數量非常少——十一烷的濃度為53 ppb（±22 ppb），其他分子的濃度更低。然而，加熱過程可能已使樣本降解，因此最初可能存在更多分子。

高中化學可能讓你想起苯的碳原子形成一個環，而烷烴則是一條長鏈碳分子，上面掛著氫原子，因此這對火星來說是全新的發現，而不僅僅是先前發現的略微擴充套件。

作者認為烷烴是加熱過程的產物，可能並不存在於火星岩石中。然而，SAM並不會觸發更長碳鏈的形成，而是改變附著在碳主鏈上的原子。

可能轉化為這些烷烴的分子包括十一烷酸（CH₃(CH₂)₉COOH）和其他羧酸，也就是更為人熟知的構成細胞膜的長鏈脂肪酸。熱量可以將這些脂肪酸轉化為少一個碳原子的烷烴。在地球上，含有最多13個碳分子的脂肪酸是由非生物過程產生的。然而，更長的鏈，如含有16或18個碳的油酸，被認為是生命存在的更好指標。如果樣本中存在油酸，並在加熱過程中轉化為烷烴，其產物將無法被SAM檢測到。

因此，雖然這項工作並未證明火星曾經存在生命，但它使得如果數十億年前火星確實存在生命，任何產生的油酸和其他長鏈脂肪酸都可能在岩石中儲存下來的可能性更大。儘管在火星表面附近暴露於輻射數十億年，以及在此期間發生的任何化學反應，如果生命曾在火星海洋中繁盛，其產物很可能仍在等待我們派出比好奇號更先進的探測車去發現它們。

與載人任務相比，探測車更有可能做出這樣的發現，因為載人任務將樣本與來自地球的脂肪酸汙染的風險要高得多。或者，如果火星樣本返回任務最終獲得批准，我們可以希望「毅力號」已採集了一些同樣有趣的岩石。

這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。