火星與地球：生命的競(jìng)賽

上古真人 2012-02-19

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火星與地球：生命的競(jìng)賽

在這一場(chǎng)長達(dá)數(shù)十億年的孕育生命的競(jìng)賽中，火星顯然是個(gè)失敗者。

　　在那遙遠(yuǎn)的數(shù)千萬公里之外，一顆紅色的行星正在吸引著無數(shù)天文學(xué)家熱情期盼的眼光，來自美國、歐洲和日本的數(shù)個(gè)探測(cè)器正在競(jìng)相奔向那顆神秘的星球。　　

　　那就是火星——在地球運(yùn)轉(zhuǎn)軌道外側(cè)的陪伴了我們億萬年的鄰居?；鹦鞘浅鹦侵怆x地球最近的行星，與地球的距離在5570萬公里～12000萬公里之間。

　　火星與地球之間儘管相隔數(shù)千萬公里的空曠空間，卻與地球有著很多神秘的共同之處：它也是一顆固態(tài)的巖質(zhì)行星，半徑大約是地球的一半，但體積大約只有地球的1/7；火星上也有兩個(gè)白色皚皚的極冠，這兩塊區(qū)域冬季增大、夏季消融縮小，與地球極為相似。此外，火星上面也同樣有高聳的山脈、幽深的峽谷、飄蕩的白雲(yún)、怒吼的風(fēng)暴，它與地球一樣也是四季分明，甚至一天也是24小時(shí)。因此，它被人們稱為地球的“孿生兄弟”，與地球一起被認(rèn)為是太陽系內(nèi)生命可棲居區(qū)域。

　　僅僅在100多年前，人們還普遍相信火星上存在高級(jí)智慧生命，有關(guān)“火星上的運(yùn)河”、“火星人大戰(zhàn)”、“火星上的獅身人面像”等等的猜測(cè)與幻想很多年來一直不絕如縷。但人們對(duì)火星的瞭解越多，人們的失望也就越大。自從上世紀(jì)60年代以來，人類已向火星發(fā)射了30多個(gè)探測(cè)器，不僅沒有找到智慧生命的蹤跡，而且連最簡單的微生物也沒有找到。火星探測(cè)器帶給我們的訊息是：火星是一個(gè)佈滿了大小石塊的沙漠星球，其表面是一片荒涼、寒冷和死寂的世界，沒有一絲生命的氣息！

　　這顆與地球如此相似的星球?yàn)楹巫罱K沒有像地球那樣孕育出紛繁複雜的生命？在數(shù)十億年前的早期，它有過生命活動(dòng)的跡象嗎？如果有，那麼是什麼原因使生命的進(jìn)程被打斷？更深層的問題是：在廣闊的宇宙中，只要是與地球相似的星球，就必然會(huì)產(chǎn)生生命嗎？如果真是這樣，那麼火星為什麼給我們提供了一個(gè)反證？生命究竟是偶然還是必然？通過對(duì)火星和地球截然相反的命運(yùn)的比較，我們或許能夠更好地揭開宇宙生命之謎。

　　●兩顆洪水氾濫的星球

　　50億年前，在銀河系一個(gè)旋臂上，有一塊星際氣體雲(yún)坍縮了。這次宇宙中毫不起眼的坍縮事件最終創(chuàng)造了宇宙亙古未有的奇跡——智慧生命。這塊星際氣體雲(yún)核心的溫度很快上升到1000萬K，接著燃燒成一顆黃色的恒星——這就是我們的太陽。圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的大量宇宙塵粒依靠引力逐漸聚集成團(tuán)，然後形成了太陽系的九大行星，其中有兩個(gè)相互靠得很近、稟性相同的兄弟——地球與火星。

　　在誕生之初，這兄弟倆都遭遇了相同的命運(yùn)。初生太陽系內(nèi)有無數(shù)大大小小的巖石在四處遊蕩，肆意撞擊著尚在繈褓中的行星。巨大的碰撞對(duì)這兩顆行星來說都是家常便飯，每月至少發(fā)生一次。碰撞後拋射出去的煙霧與塵埃遮天蔽日，籠罩在行星上空，久久不能散去。據(jù)估計(jì)，在太陽系行星形成後，隕石風(fēng)暴前後延續(xù)了約7億年。直到今天，在砂礫遍地、荒涼沉寂的火星表面，還遍佈著遭隕星襲擊後形成的坑坑窪窪，但地球上的隕石坑已被長時(shí)間的風(fēng)蝕和水蝕消磨掉了。

　　那時(shí)，兩顆行星都是沒有水、沒有生命、漆黑一團(tuán)、異?？釤岬男行?。乍看起來，它們都沒有形成生命的可能性。

　　然而，隕石通常都含有豐富的水分，正是這持續(xù)了數(shù)億年的隕石風(fēng)暴為兩顆行星帶來了最初的水氣。隨後，兩顆熾熱的星球都經(jīng)歷了頻繁的火山活動(dòng)?；鹕奖l(fā)時(shí)，巖漿鋪滿了較低的盆地，大量氣體從巖漿中釋放出來，與隕石留下的水氣混合，在兩顆行星上空形成了飽含水分的原始大氣層。原始大氣層形成以後，隨著兩顆行星的溫度逐漸降低，某些氣體就會(huì)冷凝成雨，分別在兩顆星球上產(chǎn)生了最早的海洋。

　　火星因?yàn)樵诘厍虻耐鈧?cè)，受到隕石的撞擊比地球還多，得到的水氣也比地球多得多。因此，火星早期的水比地球豐富得多。據(jù)估計(jì)，火星上海洋的深度曾經(jīng)平均可達(dá)10萬米深，比現(xiàn)在地球海洋平均5000米的深度要深出20倍。

　　作為火星上曾經(jīng)洪水氾濫的證據(jù)，火星表面現(xiàn)在佈滿了縱橫交錯(cuò)的溝壑，很可能是乾涸的河床。它們多達(dá)數(shù)千條，長度從數(shù)百公里到1萬公里以上，寬度也可達(dá)幾公里到幾十公里，蜿蜒曲折，極為壯觀。它們主要集中在火星的赤道區(qū)域附近。河床的存在使科學(xué)家們認(rèn)為，現(xiàn)在乾燥異常的火星曾經(jīng)有過大量的水。而火星兩極至今仍有殘存的乾冰和水冰，這些水冰如果全融化，可在火星表面形成10米的均勻水層。

　　●生命的曙光同時(shí)出現(xiàn)

　　在數(shù)億年不斷絕的隕石雨中，與水分子相伴同行的是孕育生命的有機(jī)分子，它們不僅投向了地球的懷抱，也同樣投向了火星的懷抱——在太陽系初期變化劇烈的環(huán)境中，生命的曙光同時(shí)出現(xiàn)在火星與地球上。

　　這些有機(jī)分子是生命的“種子”，它們需要什麼樣的條件才能在一個(gè)星球上生根發(fā)芽、茁壯成長呢？

　　液態(tài)水是生命產(chǎn)生的先決條件，其它都是次要的。因?yàn)樗苋芙飧黝惢瘜W(xué)物質(zhì)，使分子能親密接觸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，製造生命所需蛋白質(zhì)，並能運(yùn)輸養(yǎng)分，排泄廢物。更重要的是，水能被分解成氫和氧，直接參與生物化學(xué)分子反應(yīng)，成為生命不可或缺的一部分。

　　別的液體能代替水嗎？土星的土衛(wèi)六上有石油類海洋，海王星的海衛(wèi)一上有液態(tài)氮海洋，別的行星上還有硫酸、液態(tài)氨、液態(tài)甲烷等海洋。但這些液體參與基本生命化學(xué)反應(yīng)的能力有限，更談不上參加製造複雜的蛋白質(zhì)和遺傳基因了。

　　因此，維持生命，一定需要水，離開水，生命就無法起源和演化。以“水淋淋”來形容生命核心和組織環(huán)境，最恰當(dāng)不過。作為典型例證，我們知道，人體內(nèi)有70%是水分，即使是地球上最簡單的生命大腸桿菌，水也占其總重量的70%。

　　水與生命的分子同時(shí)落到兩個(gè)星球上，這一切表明，在創(chuàng)造生命的歷程中，火星與地球曾站在同一起跑線上。但火星與地球生命故事的相同之處，至此結(jié)束。從這點(diǎn)起，火星與地球開始分道揚(yáng)鑣，各奔前程。

　　●火星上水與氣的大逃亡

　　太陽系共有四大顆巖石行星——水星、金星、地球與火星，火星是距太陽最遠(yuǎn)的巖石行星?；鹦侵?，是小行星帶，再向外走，除冥王星外，其餘的木星、土星、天王星、海王星皆為巨無霸的氣體行星。木星強(qiáng)大的引力很可能掠奪了火星軌道上的部分原始材料，使它先天營養(yǎng)不良，長成一個(gè)有厚厚的地殼和像小鐵球一樣的核心的小矮個(gè)。由於天生瘦弱，火星在與地球進(jìn)行的生命競(jìng)賽中，很快就處於下風(fēng)。

　　40多億年前，初生火星的材料正在進(jìn)行大分化，重金屬類如鐵等，向火星地心沉積，輕的物質(zhì)如二氧化碳、水等，向火星地表之上浮離，而大量氫氣因?yàn)樽钶p，所以一直竄升到外大氣層。由於瘦弱的火星其重力場(chǎng)僅為地球的38%，平均逃逸速度僅需約每秒5公里(相比之下，地球的平均逃逸速度為每秒11.2公里)，因此火星上的氫氣在初生太陽猛烈的紫外線照射下，取得足夠的能量，很容易就達(dá)到脫離火星的速度，一去不復(fù)返。眾多逃離的氫原子匯合成一股巨大的朝火星外噴射的氣流，還同時(shí)拖走了更多的其它成分的大氣，造成火星大氣集體逃亡潮。

　　數(shù)億年的隕石雨給火星帶來了大量的水，但這些水來得快，去得也急，很快又被火星大氣裹挾著逃向太空。每次隕石碰撞火星，雖然也帶來一些水，但其產(chǎn)生的能量也使火星上原有的水大量汽化，並激起一股高速反彈的氣流，輕易逃離火星。更厲害的是隕石以接近切線的角度撞上火星，火星像是在胃部被重重?fù)羯弦蝗?，向外太空做抽搐性瘋狂大嘔吐。專家稱這種由隕石碰撞造成的行星水損耗現(xiàn)象，為碰撞侵蝕。很可能，在最初的7億年中，火星處於既是大得水又是大失水的時(shí)期。

　　38億年前隕石風(fēng)暴停止，火星得水率和失水率都在減緩，但火星大氣仍在綿綿不斷地逃亡。最終，整個(gè)火星的大氣壓降成僅為地球的1/150，在這麼低的大氣壓下，火星表面液態(tài)水無法存在，其一點(diǎn)殘存的水分只能轉(zhuǎn)入地下，或成為深藏不露的地下水，或變成地下永凍層。而火星地表則變得永遠(yuǎn)荒涼乾燥。

　　幾十億年下來，小矮個(gè)火星根本無法保住自己的大氣層，氣壓低，則大氣吸熱和存熱能力低，天寒地凍，地表液態(tài)水消失。強(qiáng)烈的紫外線與各類宇宙射線長驅(qū)直入，把地表消毒得乾乾淨(jìng)淨(jìng)，連有機(jī)分子都被分解怠盡，不復(fù)存在。即使生命能耐高溫、高壓、無氧、高堿、超鹹的環(huán)境，但是卻無法抗拒高輻射能量。輻射能打入細(xì)胞內(nèi)核，擊斷遺傳基因長鏈，扼殺生命複製演化的契機(jī)。因此，數(shù)十億年前火星上的生命，至今恐怕早已灰飛煙滅，或變成化石，或深藏地下，不再露面了。

　　●生機(jī)勃勃的地球

　　而地球是幸運(yùn)的，它恰倒好處的引力維繫住了原始的大氣層和液態(tài)水。但早期地球的環(huán)境也極為惡劣，隕石風(fēng)暴過後，火山活動(dòng)活躍、硫磺濃湯漫流、地表灼熱、閃電頻頻，沒有一點(diǎn)氧氣。今天絕大部分地球生物，是無法在那個(gè)環(huán)境中生存的。

　　但生命的頑強(qiáng)正表現(xiàn)在這裏。從天上來的簡單的有機(jī)分子，在氮、碳、氫氣體豐富、溫暖潮濕的環(huán)境下，首先進(jìn)化出來的是厭氧古細(xì)菌，它們生活在90℃以上，吸收硫、氫、二氧化碳等化學(xué)能量生長繁殖，如果溫度低於80℃則停止生長。因此它們具有耐高溫、喜硫磺和甲烷等古怪個(gè)性，適應(yīng)了當(dāng)時(shí)異常惡劣的環(huán)境——最初的生命在地球上站穩(wěn)了腳跟。

　　然後，地球生命的轉(zhuǎn)折時(shí)刻到了，肩負(fù)著偉大轉(zhuǎn)折使命的是一種早已消亡的古細(xì)菌——氰細(xì)菌。它首次使用太陽能進(jìn)行光合作用，攝取二氧化碳，吐出氧氣，此後對(duì)地球大氣持續(xù)加氧10億年，徹底改變了地球原有的大氣成分，也永遠(yuǎn)改變了地球的未來命運(yùn)。它們?yōu)槲磥砀呒?jí)更複雜的喜氧生命披荊斬棘，開創(chuàng)了嶄新的環(huán)境，而自身卻不幸葬身於這個(gè)環(huán)境。地球生命史上最悲壯的一幕——“氧的大屠殺”，使第一代地球生命古細(xì)菌幾乎全部滅絕，目前只有一點(diǎn)殘餘躲在深海海底。

　　氰細(xì)菌的偉大獻(xiàn)身換來了地球上湛藍(lán)的天空，當(dāng)氧氣充溢著地球天空時(shí)，地球生命開始了一個(gè)長達(dá)30餘億年的波瀾壯闊的進(jìn)程。

　　在火星與地球的生命競(jìng)賽中，地球最終成為勝利者，孕育了萬千生命，並成功地誕生了高級(jí)智慧生命，現(xiàn)在已是一個(gè)生機(jī)勃勃、充滿活力的行星；而小個(gè)子火星則因氣力不支，很快就退出了競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)在成為一個(gè)萬籟俱寂、死氣沉沉的行星。

　　這兩顆星球的生命故事告訴我們：生命誕生所依賴的條件是極為苛刻的，即使是像火星這樣同地球如此相似的星球，其艱難的生命歷程也半途停頓，那麼，在宇宙其它地方，生命產(chǎn)生發(fā)展的可能性又有多大呢？

　　●尋找火星生命的遺跡

　　火星上尋找生命的遺跡一直扣人心弦，原因有兩個(gè)：一是人類好奇心驅(qū)使想要通過它驗(yàn)證一下到底外星有沒有類地文明，哪怕火星上有一點(diǎn)生命的遺跡，也足以讓人喜出望外，從而使人們對(duì)宇宙的思考改觀；另外一個(gè)原因則是地球生命起源的謎題尚未完全解開，人們希望火星可以多提供一些線索。

　　據(jù)說“海盜”號(hào)探測(cè)器開始發(fā)回科學(xué)數(shù)據(jù)後，一位報(bào)業(yè)人士向一位科學(xué)家約稿，要求對(duì)方用100個(gè)單詞的電報(bào)回答火星到底有沒有生命，這位科學(xué)家就將“Nobody knows”(無人知道)重複了50遍作回復(fù)。事實(shí)上，到了今天，如果有人問起能否找到火星生命的遺跡，科學(xué)家的回答仍然將是“無人知道”。

　　確實(shí)，這項(xiàng)工作的開頭就非常困難?；鹦蔷嚯x地球數(shù)千萬公里之遙，以現(xiàn)今的科學(xué)技術(shù)，人類還無法親臨火星，目前只能有三種間接的方法尋找火星生命的證據(jù)：一種是對(duì)被認(rèn)為來自火星的隕石進(jìn)行檢測(cè)；一種是對(duì)火星軌道探測(cè)器發(fā)回的觀測(cè)數(shù)據(jù)和照片進(jìn)行分析；最後一種是由火星登陸車取得火星土壤樣本進(jìn)行化學(xué)和生物試驗(yàn)。

　　火星樣本試驗(yàn)取得了積極的結(jié)果。從那塊著名的火星隕石ALH84001身上，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了它內(nèi)部佈滿了呈球狀的碳化物，球的直徑在100-200微米之間；球的交界處有卵圓形的物體，更加微小，形狀很像人類熟知的桿菌，但體積最大的也只有桿菌的1/10。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，球內(nèi)含有數(shù)種磁性礦物質(zhì)，與地球各類含磁鐵細(xì)菌體內(nèi)成分相似。

　　火星探測(cè)器的探測(cè)也取得了一定的成效，科學(xué)家們正依據(jù)從探測(cè)器得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合地球經(jīng)驗(yàn)作出種種最大膽的設(shè)想。2001年11月，匈牙利科學(xué)家宣稱，他們發(fā)現(xiàn)火星存在“黑生物”。這個(gè)科學(xué)家小組表示，“火星全球勘探者”拍攝的照片顯示，在火星冰雪覆蓋的南極環(huán)形山有幾千個(gè)黑色沙丘點(diǎn)，這些點(diǎn)顯示，在冰層下面的地面有生物體，它吸收太陽能，可以融化冰，為自己製造生存的條件。

　　當(dāng)然，目前最好的方法還是讓火星登陸車直接登臨火星，讓車上先進(jìn)的精密儀器對(duì)火星土壤進(jìn)行細(xì)緻地檢測(cè)。今天，當(dāng)人類的攜帶火星登陸車的探測(cè)器競(jìng)相向火星進(jìn)發(fā)時(shí)，我們可望在火星上什麼地方找到生命的遺跡呢？目前人類對(duì)火星生命模式，可從三方面探討。

　　第一方面，在火星形成後的10億年中，自然環(huán)境可能促成生命起源。後來環(huán)境每況愈下，生命再掙扎了十餘億年，終於全面絕種，只留下化石遺跡。

　　第二方面，火星生命也可能在起源後繼續(xù)演化，適應(yīng)環(huán)境，深入地下水源，繁殖生長，或長期冬眠潛伏，伺機(jī)再出。

　　第三方面，火星生命可能從未成形就胎死腹中，只留下一些氨基酸化學(xué)分子演化的蛛絲馬跡。

　　火星有巨大的死火山，火山底部可能尚有餘熱，火星又有大量地下冰源，兩個(gè)條件放在一起，火星可能還有地底溫泉。溫泉環(huán)境濕熱，又可能有硫磺“糧倉”，是類似地球古菌類的生存場(chǎng)所，這最可能是火星細(xì)菌生命生長繁殖的溫床。

　　隕石風(fēng)暴後，火星地?zé)嶝S富，大氣厚實(shí)，湖泊廣布。此時(shí)形成的湖底沉積層，如水手號(hào)谷內(nèi)的深壑地層，應(yīng)是細(xì)菌生命的最愛。現(xiàn)在雖然早已鬥轉(zhuǎn)星移，海枯石爛，但仍應(yīng)該是細(xì)菌生命或細(xì)菌化石的藏匿之地。

　　火星開始冷卻後，永凍層逐漸形成。目前火星的冰層都在高緯度，赤道帶極度脫水，高緯度冰層底部可能有淙淙細(xì)流的地下水溪，那也可能是火星生命的藏身之地。

　　火星肯定還有更多的生命熱點(diǎn)，只是人類目前數(shù)據(jù)貧瘠，仍需努力搜集。現(xiàn)在，種種結(jié)論都無法成為定論，人們正在期待著火星探測(cè)器給我們揭示火星更多的奧秘。（來源：大科技）　　

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