美国宇航局（NASA）的好奇号（Curiosity）火星探测器在火星盖尔陨石坑（Gale Crater）的古老湖床中，发现迄今为止在火星上探测到的最大有机分子。这项发现为火星远古时期可能存在生命提供了更强有力的证据，表明这颗红色星球上的化学演化可能比我们想象的更复杂，更接近生命的基本构建模块。

泥岩中的隐藏宝藏

2013年，好奇号探测器偏离原定路线，钻探了盖尔陨石坑中一块被称为“坎伯兰”（Cumberland）的泥岩。这个看似偶然的决定却意义非凡。这片区域曾被水淹没数百万年，富含黏土的岩石为有机分子的浓缩和保存提供了独特的环境。

多年后，科学家们重新分析了该样本的数据，发现了一种引人注目的物质：癸烷、十一烷和十二烷——由10、11和12个碳原子组成的长链有机分子。这些烷烃很可能是脂肪酸的碎片，而脂肪酸是地球上细胞膜的关键组成部分。

“这真是在大海捞针，”NASA戈达德太空飞行中心的太空生物学家、这项新研究的合著者丹尼尔·格拉温（Daniel Glavin）表示，“毫无疑问，我们找到了三根针。”

长链有机物的意义

这些分子的存在并不能直接证明火星曾经存在生命，但它们有力地表明，火星上的生命前化学反应比之前认为的更进一步。脂肪酸既可以通过生物活动形成，也可以通过纯化学手段产生，例如水与热液系统中岩石的相互作用。

法国行星科学家、该研究的主要作者卡罗琳·弗雷西内（Caroline Freissinet）表示：“即使在今天，通过分析火星样本，我们仍然可以检测到过去火星上生命存在的化学特征（如果它曾经存在的话）。”

过去的火星任务已经发现了简单的有机化合物，即由少量原子构成的小分子。但这次发现的长碳链表明，火星上的化学反应可能已经达到了更高的复杂程度。科学家们推测，如果像十一烷酸、十二烷酸或十三烷酸这样的长链脂肪酸曾经存在于坎伯兰，它们可能会分解成较简单的分子，这些分子是好奇号在车载实验室加热样本时检测到的。

解读模糊的数据

好奇号的内部化学实验室，名为SAM（火星样本分析仪），其分析能力不如地球上的仪器。它通过将粉末状岩石样本加热到高达1100°C的温度，然后测量释放的气体来进行分析。但是，数据可能很混乱，往往更像静电噪音而不是信号。这就是为什么多年来，同一个样本会被多次使用不同的技术进行研究。

2015年，弗雷西内帮助识别了坎伯兰的第一个火星有机分子，但它们的结构和来源尚不清楚。2016年，对同一样本的另一项分析似乎一无所获。直到很久以后，经过数月对数据中被忽略的微小波动进行检查，并使用地球上的SAM双生仪器进行比较测试后，该团队才意识到他们错过了一些重要的东西。

他们在实验室中重现了火星环境，将类似火星的黏土与脂肪酸十一烷酸混合。当以与火星上的SAM相同的方式加热时，该化合物释放出十一烷，就像火星样本一样。进一步的实验和比较表明，癸烷和十二烷很可能来自类似的脂肪酸。

好奇号的项目科学家阿什温·瓦萨瓦达（Ashwin Vasavada）表示：“夏普山（Mount Sharp）一直在不断地带来惊喜，而探测器也一直在前进。”盖尔陨石坑中的这座山脉是一个地质层宝库，每一层都保存着一段火星历史。

这是生命的线索吗？

虽然这些分子的存在令人兴奋，但科学家们尚不能确定它们是否来自生物体。在地球上，生命通常会产生具有偶数碳原子的脂肪酸。在发现的三种烷烃中，十一烷可能与偶数脂肪酸有关，并且似乎略微丰富，但这还不足以得出结论。

陨石可以通过非生命过程将脂肪酸带到行星上，包括地球。同样的事情也可能发生在火星上。这些酸也可能从好奇号先前检测到的类干酪根颗粒演化而来。这些复杂的巨型分子通常是通过地质而非生物过程产生的。

“SAM数据一团糟，”弗雷西内承认。但她仍然保持乐观。原始坎伯兰样本中仍有一部分未使用，该团队正在探索是否可以调整SAM以检测更小的烷烃，低至六个碳原子。检测到清晰的模式——无论是碳链主要是偶数还是奇数——可以更强烈地指向生物或非生物起源。

恶劣条件下的保存

这项发现中最有希望的方面之一是这些分子在数十亿年中的存活。火星没有足够厚的大气层来阻挡有害辐射，其表面不断暴露于氧化化学物质中。许多科学家担心大型有机分子会分解得太快而无法被检测到。

但这项发现证明了事实并非如此。坎伯兰样本中存在的黏土、硫和硝酸盐可能有助于长期保护这些分子。黏土矿物在水中形成，已知可以保存有机物，而硫可以形成稳定脆弱化合物的键。硝酸盐是地球生命所必需的，也在化学保存中发挥作用。

格拉温表示：“有证据表明，液态水在盖尔陨石坑中存在了数百万年，甚至可能更长时间。”水的长期存在为生命形成化学反应的发生提供了足够的时间。

为下一步做好准备

最终目标是将火星样本带回地球，在那里更强大的工具可以揭示更深层次的真相。NASA的毅力号（Perseverance）探测器已经在收集岩石核心，以用于未来的样本返回任务。通过使用地球上的高分辨率实验室，科学家们将能够测试当前火星仪器无法检测到的分子结构。

未参与这项研究的行星科学家莫妮卡·格雷迪（Monica Grady）表示：“如果这些是羧酸的分解产物，那么我们确实看到了非常令人兴奋的事情。”

布朗大学的杰克·穆斯塔德（Jack Mustard）等人认为，毅力号很快就会发现类似的分子。这可能意味着长链有机物在火星上的分布比之前认为的更为广泛。

与此同时，好奇号的电力供应正在减少，其钻取更多像坎伯兰样本的能力也受到限制。该团队只剩下最后一批原始样本可以进行测试。“最后这个样本必须是完美的，”弗雷西内说。

无论这些分子是由生命制造的还是通过非生命化学制造的，它们都有助于讲述一个曾经拥有水、黏土、能量和时间的星球的故事——这些也是地球上生命诞生的相同要素。随着研究的继续，每一项发现都为火星之谜增添了新的篇章。