火星陨石“意外线索”或改写生命搜寻策略 手性有机物成关键标志

一项以陨石为研究对象的新成果显示，源自动植物的典型有机分子在陨石中出现“手性平衡”现象，其成因可能与地球大气中的石油燃烧污染有关。 这一出人意料的发现不仅为欧洲空间局（ESA）即将执行的火星生命探测任务提供了重要校准依据，也可能改变科学界在火星上寻找远古生命的技术路径。

人们普遍认为，数十亿年前的火星与今天迥然不同：那时的火星更温暖、更湿润，拥有更厚的大气层，表面存在流动水，环境条件可能足以支持简单的微生物生命。 迄今为止，美国多台火星车已在火星岩石中发现有机分子，但这些有机物既可能源于生命活动，也可能由非生命化学过程自然生成，因此尚无直接证据证明火星曾经存在生命。

2025年，科学家在火星耶泽罗陨石坑拍摄到一块岩石上的细小暗色斑点，其形态类似“豹纹斑点”，可能具有有机或微生物性质。 研究人员随即采集样本，计划返回地球进行深入分析，以确认其中是否存在远古生命痕迹。 然而，由于资金问题，NASA在2026年6月将火星样本返回任务从既定规划中剔除，使得这一潜在关键样本的命运暂时悬而未决。

与之相对，ESA主导的“ExoMars”计划采取了另一条路径。该计划中的“罗莎琳德·富兰克林号”（Rosalind Franklin）火星车，预计于2030年抵达火星赤道附近富含黏土的奥克西亚高地（Oxia Planum）地区，这里被认为曾长期存在流动水。 火星车的重要任务之一，是利用搭载的火星有机分子分析仪（MOMA），在地下钻取岩芯样本中寻找可能指向古代生命的有机分子。

由德国马普太阳系研究所、哥廷根大学以及法国尼斯蔚蓝海岸大学组成的联合团队，近期通过分析火星陨石，对MOMA的测量方法进行了检验和优化。 MOMA由气相色谱、质谱、小型加热炉和激光激发系统组合而成，可在火星车钻取岩石样本后，通过加热释放挥发性化合物并对其进行分离和鉴定。

要在火星上给生命定性并非易事。科学家需要区分：古代有机分子究竟是由曾经存在的生物体产生，还是纯粹源于自然化学过程。 为此，研究团队将目光投向两种稳定的烃类——棕榈烷（pristane，C19H40）和植烷（phytane，C20H42）。在地球上，这两种分子广泛来源于生物体，常见于石油中，被视为探测远古生物活动的经典分子“指纹”。

“如果火星曾经存在生命，那么像棕榈烷和植烷这样的分子，很有可能作为关键的分子生物标志一直保存至今。”该研究论文第一作者之一、马普太阳系研究所科学家Guillaume Leseigneur表示。 更重要的是，这类分子具有“手性”特征，即存在两种互为镜像的构型（对映体），类似左右手的关系——结构元素相同但空间排列不同。

蔚蓝海岸大学的合作者Uwe Meierhenrich指出，手性是寻找地外生命特别有价值的工具。 在生物体系中，手性分子通常几乎只以其中一种“手性形式”存在，这是由生物复制和代谢机制决定的；如果在样本中观测到某种分子呈明显单一手性偏向，就很可能与生命过程有关。 相反，如果分子由非生物化学过程生成，其两种镜像形式通常以近乎相等的比例共存，这被称为“消旋”（racemic）。

罗莎琳德·富兰克林号火星车上的MOMA，正是利用手性分离来识别这类分子是否具有生命痕迹特征。 仪器中的气相色谱部分配有特殊涂层的毛细管，样本加热后释放的气体经过这些毛细管时，不同手性构型与涂层的相互作用程度不同，从而以略有差异的速度通过管道，实现对映体的分离和区分。

在最新的实验中，研究人员使用MOMA毛细管的复制品，首次成功地将棕榈烷和植烷的不同手性形式分离开来。 由于这两种分子化学性质相当稳定、难以发生分解或转化，想要在复杂样本中分离其手性构型，需要极高的仪器灵敏度和精确的测量条件。 “分离棕榈烷和植烷的对映体，对仪器性能提出了很高要求，而我们的实验表明，MOMA可以胜任这一任务。”马普太阳系研究所的MOMA团队成员Fatma Yesil Sahan介绍道。

为了模拟火星岩石样本，团队选择了著名的默奇森陨石（Murchison meteorite）作为研究对象。 这块碳质球粒陨石于1969年坠落在澳大利亚并碎裂成多块，被认为保存了极其“原始”的太阳系早期物质，同时也包含多种有机分子。 其中一些有机物被认为来自陨石自身形成过程，另一些则可能源于坠落地点后期的生物污染，例如土壤和地表水中的生源物质。

按照传统预期，如果棕榈烷和植烷是由地表生物污染带入陨石，那么它们的手性构型理应呈现明显偏向某一“手”，与地球生物体系中普遍的手性单一性一致。 然而测量结果却显示，在默奇森陨石中，这两种分子的各手性构型比例几乎完全相等，呈现出典型的“消旋”状态。 这一结果与简单的生物污染假设不符，促使研究团队重新审视这些分子的来源。

经过比对分析，研究者认为，默奇森陨石中的棕榈烷和植烷更可能是在陨石穿过地球大气时被现代工业污染“赋予”的。 具体而言，当陨石在大气层中高速飞行并升温时，其表面与含有石油燃烧产生的气溶胶的空气接触，这些来自化石燃料的气溶胶中含有经过长期高温高压作用而“消旋化”的棕榈烷和植烷，从而在陨石表面形成了消旋混合的有机物残留。

研究团队通过对油页岩中保存的棕榈烷和植烷进行对比试验，对这一推断进行了佐证。 油页岩是一类富含石油前体物质的沉积岩，石油在其中通过地层深处数百万年间的高温高压逐渐生成，这一过程会抹去原本由生命引入的手性偏向，使得分子最终呈现消旋状态。 正如哥廷根大学的合作者Manuel Reinhardt所解释，那些在油页岩和石油体系中长期演化的分子，会失去生物体系特有的“偏手性”，与默奇森陨石中观测到的消旋分布高度吻合。

这一工作不仅证明了MOMA在分离和测定高度稳定的手性有机分子方面的能力，也为未来火星生命探测提供了重要警示。 首先，科学家在判读陨石和火星样本中的有机物时，必须充分考虑后期环境污染以及长期地质过程对手性信号的“洗白效应”。 其次，随着地球大气中石油燃烧污染的持续累积，未来落地或穿过地球大气的陨石样本，其表面有机物来源和手性特征可能愈发复杂，对生命信号识别构成新的挑战。