​火星上是否有生命？「火星2020」能否揭開半個世紀前實驗真相

2020年7月下旬到8月初是探測火星的「發射窗口」，阿聯的希望號已經率先出馬，中國天問一號和美國毅力號也將緊隨其後。美國「火星2020任務」的科學目標之一就是確定火星上是否有生命。在數十年前，美國國家航空航天局「維京任務」的生物標記實驗得出了存在生命的結果。儘管官方報告稱其沒有提供明顯證據，但至今仍有科學家沒有放棄火星生命假說，更有甚至提出了驚人的假設——「火星蘑菇」。究竟誰是誰非，或許毅力號的探尋之旅將給我們答案。

撰文 | 小葉

2020年地球命運多舛，但災禍沒有阻擋住人類探索太空的腳步。7月20日，阿聯的「希望號」（Hope）率先出發，中國的「天問一號」、美國的「毅力號」（Perseverance）很快將緊隨其後，帶著人類科學家的美好期望，奔赴5500萬公裡之外的紅色星球。

考察火星上的生命蹤跡是此次探索的一個重要科學研究任務之一。雖然火星上沒有「火星人」，但是否存在低級或者原始生命形式，能否為解釋生命起源提供思路，一直是科學家們孜孜以求的問題。在火星生命探索的歷史上，要屬美國國家航空航天局（NASA）經驗最為豐富，此前他們並沒有給出特別明確的說法。可是，卻有科學家始終堅持說Yes。

一切始於半個世紀前的「維京任務」

從上世紀60年代起，NASA就把目光瞄準了這顆紅紅火火的「戰神」星球。從1964年的水手四號（Mariner 4），1969年水手六號和七號先後飛掠火星，一直到1971年和1972年水手九號的軌道任務，NASA步步為營，始終堅持對火星的深入探索。事實上，在 「太空競賽」後期，NASA的下一個目標之一就是讓太空人登陸火星。

時間到了1975年，NASA正式啟動「維京任務」（Viking Mission，也被稱為海盜任務）。正如中世紀時，野心勃勃的維京人揚起風帆，從斯堪地那維亞半島出發，憑藉著驚人的勇氣和毅力，足跡踏遍歐洲大陸以及北極遼闊的疆域，創造了「維京時代」。兩艘維京號探測飛船承載著地球人的壯志，一探「戰神」究竟，除了了解火星的氣候地質屬性外，另一目標就是尋找生命蹤跡。

該年夏季，兩艘太空飛船先後奔赴火星，經過一年的飛行，維京一號著陸器於1976年7月20日率先登陸火星克裡斯平原（Chryse Planitia）西坡，而維京二號於9月3日登陸4000英裡外的烏託邦平原（Utopia Planitia）。

「維京」這一稱號似乎賦予了此次任務無與倫比的頑強「維京精神」，原本計劃90天的探索任務，軌道器和著陸器的使用壽命都遠遠超過了設計預期。尤其是維京一號軌道器，在火星軌道上「勤勤懇懇」工作了四年之久。隨著氣體燃料的逐漸耗盡，整個探索任務在1983年5月21日正式劃上句號。

維京著陸器由五個基礎部分組成：著陸器主體；生物防護罩和底座；機身；底蓋和降落傘系統；以及著陸器亞系統。攜帶的儀器用於著陸器主要科學研究目的：生物研究、化學成分分析（有機與無機）、氣象、地震學、地磁學以及地貌、火星表面和大氣物理。丨圖片來源：NASA

寄予厚望的「維京任務」生物實驗

在執行任務期間，著陸器上的科學儀器獲得了比預期更多的數據。展開的生物實驗包括氣象質譜實驗（GCMS）、氣體交換實驗（GEX）、標記釋放實驗（LR）和熱解釋放實驗（PR）。另外，維京任務期間還拍攝了很多質量精良的照片，其中著陸器拍了4500張，軌道器拍攝了52000張。著陸器提供的照片讓地球上的人們第一次近距離看清了火星荒涼的表面。

維京一號著陸器拍下的首張火星表面彩色照片丨來源：NASA/JPL

在上述四大生物實驗中，生物學家們對標籤釋放（Labeled Release，簡稱LR）實驗項目寄予厚望。具體實驗過程並不複雜，維京一號和二號著陸器收集火星土壤樣本，然後將一滴稀釋過的營養液注射入樣本中，然後檢測土壤上方的空氣中是否會出現代謝副產物。在注射之前，營養物質已經加入放射性碳14標記。如果土壤中存在的微生物對營養物質產生了代謝作用，那麼它們應該會釋放出放射性副產物，比如帶標記的二氧化碳或者甲烷。

在發射維京號太空飛船之前，研究人員在地球各地的極端環境下——從死亡峽谷到南極洲——不同陸地土壤中檢測了實驗方案。每一次實驗都是陽性結果。同時，研究人員還一一做了對照組實驗，將樣本加熱到160℃的高溫，以殺死所有的生命形式，然後重複實驗操作，結果每一次實驗都是陰性結果。為了確認實驗過程不會產生假陽性結果，研究人員還用到了已知的無菌土壤樣本，比如來自月球的巖石樣本和冰島附近薩特西火山島上的土壤樣本，最終產生了預期的陰性結果。

研究人員滿懷信心地期待著維京一號和二號在火星上的實驗結果。然而，讓他們沒有想到的是，這場實驗竟然成為了史上最具爭議的火星實驗，還讓NASA在接下來的近50年內對此實驗採取了閉口不談的態度。

從最有希望的實驗到最富爭議的實驗

LR實驗的首席研究員是Gilbert Levin博士。Gibert Levin一生經歷豐富，曾在第二次世界大戰期間服役於美軍海軍，又在馬裡蘭衛生部擔任過公共衛生工程師，並且成立了自己的生物技術公司Biospherics Research Inc.（現Aikido Pharma Inc.），1963年他在約翰·霍普金斯大學工程學院獲得環境工程博士學位。他的發明獲得了不少專利，尤其是對探測微生物的創新性方法引起了NASA的注意，因此後者在70年代初與他籤訂了一系列合同，邀請他開發適用於太空任務的地外生命探測實驗方案。

Gilbert Levin的同事Patricia Ann Straat，也來自約翰·霍普金斯大學。當年Straat在霍普金斯當助理教授，研究分子生物學和酶系統。Straat在電視上觀看了1969年月球登陸，心裡嚮往著能夠參與NASA宏大的太空探索計劃，而當時Levin設計的實驗正好被NASA選中，成為「維京任務」的生物實驗之一，兩位志同道合的科學家一番交流之後，Straat被LR實驗深深吸引，隨即加入團隊。

她至今都不能忘掉在加州的JPL實驗室和整個團隊一起觀看維京號著陸的場景，「當時在場的一半人都覺得著陸器可能會墜毀，但突然之間一個響亮的聲音傳過來：『我們安全著陸了』，大家都高興壞了。」她回憶道。而接下來LR實驗的最終結果讓兩人更加激動不已。

在1976年發表在《科學》雜誌上的論文中，Gilbert Levin和Patricia Ann Straat詳細匯報了火星生命探測實驗的所有結果。論文中提到，在向火星樣本中添加了含有放射性碳14的營養物質之後，兩個相距4000英裡的著陸地點土壤測試均檢測到相似的放射性氣體釋放。為了排除火星強烈的紫外線輻射可能產生的假陽性結果，著陸器還專門選擇了埋在巖石下方的土壤樣本，同樣得到的陽性結果。土壤中的「活性」響應在18℃時表現穩定，加熱3小時溫度提升至50℃時活性減弱，而160℃的無菌火星土壤樣本則作為對照組顯示出陰性結果。

但是，除了LR實驗，同期的其他實驗，比如氣相質譜實驗，並沒有在著陸地點附近發現有機化學的痕跡——爭議由此展開。NASA最終的官方報告表示：「在著陸點附近的土壤中並沒有提供明確的證據表明存在活著的微生物。」而且，NASA自己實驗室的科學家也無法復現Levin的LR實驗結果。

另外，根據NASA的解釋，火星具有自我殺菌功能。參加任務的生物學家認為，充滿火星表面的太陽紫外線輻射，加上極端乾燥的土壤，以及土壤化學的氧化屬性，三者結合起來會阻止火星土壤中形成活的生物體。因此，斷定火星生命存在尚有爭議。

在NASA看來，LR實驗發現的模擬生命活動可能是未知的化學反應。而Levin和Straat當時也認為LR結果可能也並不明確，因此在報告末尾表示：「目前沒有化學實驗能夠定量地重複LR火星數據，儘管存在（非生物學）假設理論，最合理的可能性仍是我們在火星上觀測到了生命活動。」

在接下來的幾十年裡，隨著NASA展開更多的火星探測任務，利用更加先進的技術手段，科學家對這顆星球的認識也愈發清晰，發現了包括液態水、甲烷等。尤其是2014年，好奇號不僅在大氣中檢測到高濃度的甲烷變化，還首次確認了火星巖石粉末中包含有機碳等有機分子，可以說是NASA半個世紀來火星探測的最重要發現之一。與此同時，這一結果也讓Levin更加堅持當年的LR實驗結果。

實際上，從1997年開始，Levin舊事重提，在公共場合頻繁發聲支持當年LR實驗的微生物活動結論。2016年，Levin和Straat在《天體生物學》（Astrobiology）雜誌上再次聯合發表了一篇觀點性文章，根據近年來在火星上的新發現，以及無機物質模仿代謝活動的觀點，重新探討了上世紀70年代的LR實驗，認為非生物性物質並不能充分解釋LR實驗結果，而最佳解釋就是火星微生物。

維京一號的注射實驗結果，表明第一次注射之後，土壤樣本表現出強烈的放射性*紅色（，表明內部存在代謝活動，而對照組土壤樣本則毫無反應（藍色）丨來源：Levin and Straat, 1977, Biosystems. ©Elsevier

Levin在接受媒體採訪時表示：「自從我1997年第一次堅定地提出LR實驗檢測到生命之後，大部分評審期刊都拒絕了我們的文章投稿，我和Straat每年都會在國際光學工程學會大會（SPIE，包含天文學領域）上提交論文，但大部分都被天體生物學家忽視了。」他只能把這些文章放在自己的個人網站上。

Straat作為堅定的支持者，2019年曾接受過《科學美國人》的採訪，她說自己最初並不完全同意Levin的觀點，但是隨著NASA在火星上發現的證據越來越多，她開始覺得當年他們確實發現了微生物生命。「火星上確實發現了一些複雜的有機分子，但是沒有發現類似於生命所需要的簡單有機分子，比如丙氨酸和甘氨酸」，她講道。她很期待未來的火星探索實驗，希望能夠最終證實或者證偽他們當年的實驗發現。

對此，NASA的JPL實驗室行星科學家Luther Beegle則認為真相其實很簡單：維京項目沒有在火星上找到生命。「他們做了一堆實驗，得到了很多他們無法理解的結果。」鑑於當時NASA對於火星土壤和大氣的認識非常有限，他表示應該先從地質學和化學實驗開始，而不是一下子就跳到生物代謝活動檢測實驗，LR實驗結果其實很模稜兩可。

奇人驚語：火星上長了「蘑菇」？

在火星探測歷程中，一直以官方機構和科學家為主，不過NASA會公布他們拍攝的照片，這就給了一些其他科研人員研究的機會。

2015年1月27日，NASA在官網上公布了火星探測器機遇號火星車2004年執行任務期間，在老鷹撞擊坑附近拍攝的一張彩色照片，照片上顯示火星地表上冒出一顆顆圓形物體，泛著灰藍色光彩。官方將其暱稱為「火星藍莓」，其實這是一種富含赤鐵礦的礦物結石，證明了火星該地區曾有過古老的水環境。

NASA官網展示的「火星藍莓」彩照丨圖片來源：https://mars.nasa.gov/resources/6944/martian-blueberries/

然而，有些科學家並不這麼認同這一官方說法，至少Rhawn Gabriel Joseph博士就有其他猜測——他認為火星藍莓其實是蘑菇。

Rhawn Gabriel Joseph這個名字在今年會引起科學界的注意，首先是因為上面的「火星藍莓」照，其次就是牽扯到了知名出版商Springer旗下的《天體物理學和空間科學》（Astrophysics and Space Science）雜誌。將兩者聯繫起來的就是Joseph博士2020年的最新論文，該論文引用了機遇號在火星老鷹撞擊坑（Eagle Crater）拍攝到的上百張照片，批評了NASA提出的赤鐵礦說法。他認為老鷹撞擊坑的環境不可能產生球狀赤鐵礦物質，並提出自己的假設：蘑菇、藻類、真菌等相關生物可能早已定居在紅色星球上，而且有可能參與了火星的光合作用和氧氣製造過程。

他和研究團隊分析了185張機遇號在36個火星日內拍攝的照片，將其放大到300%，經肉眼識別後，他說：「這些蘑菇狀的物種擁有莖稈和球根狀帽蓋，通過細細的莖杆依附在周圍的巖石上。怎麼就沒人看到呢？」

根據他的文章講述，火星車拍了上千張這樣的火星蘑菇物種照片，並且都是固定朝著一個向上的角度，就好像在參與火星的光合作用一樣，每一張照片中的朝向都有變化。至於這些火星蘑菇哪裡來的，Joseph也給出了自己的觀點：是太陽風將地球上的蘑菇物種送到了火星上，而且早在幾十億年前，我們的星球已經在火星和太陽系其他星球上播種下了生命的種子……

不管論文內容有多神奇，這篇投稿還是被《天體物理學和空間科學》雜誌接收了，並進入同行評審階段。Joseph曾向媒體透露，他的文章原定於今年4月10日在線發表，隨後推遲到4月16日。但4月20日期刊對外表示，因為作者本人拒絕進一步的同行評議，最終撤回了自己的稿件。隨後，Joseph在researchgate.net上傳了論文，希望大家來閱讀。這是篇近40頁、引用180篇參考文獻的論文，顯然他並不是開玩笑

這位Joseph博士是何許人？在谷歌輸入他的全名，出現在第一位的就是他擁有極其強烈個人風格的網站，除了出版物列表和評價，還有一段他的個人自傳：從小多才多藝，鍾情於音樂、藝術、繪畫、書本、自然，嗯，還有姑娘……在講述完奇奇怪怪的個人經歷之後，話鋒一轉，便介紹起個人科研學術生涯，「我為科學而生」。但是卻沒有給出具體的教育和工作背景。

據他自己介紹，從上世紀70年代起開始從事神經科學研究工作，主要成就有神經可塑性和靈長類大腦功能恢復、性別差異的荷爾蒙基礎、環境對靈長類大腦神經-突觸聯繫的影響，等等。進入新世紀以後，他的科研方向也邁入了新紀元，一手掌握著小小的靈長類大腦，一手伸向了廣袤的太空生物學。支持泛種論（Panspermia，簡單說就是一種猜想，認為生命形態存在宇宙中無處不在，並藉助小行星、流星到處散播繁衍。）的他研究起宇宙中的生命起源問題。所以，火星生命這一課題自然也納入囊中。事實上在2019年，他投稿的《天體物理學和空間科學》曾發表過他對於金星生命的研究——上面也長了蘑菇。

2009年，他創立了的民間學術期刊《宇宙學雜誌》（Journal of Cosmology），據介紹由專業人士組成編委，發表均經過了同行評議。他本人也在上面發表了很多文章，就火星蘑菇、真菌、細菌汙染等提出了許多意見，批評NASA並沒有對火星車進行滅菌消毒，同時也支持前文提到的維京LR實驗。

對於以上種種，加之今年扎堆發射的火星探測項目，他受到了一些媒體的關注。對於Joseph的觀點是否靠譜，Inverse雜誌曾聯繫過NASA諮詢。NASA公共關係專員明確表態，NASA並不會隨便評論任何人的研究，而是依靠科學界和同行評議程序來評價科學意義。NASA官方回復「科學界的普遍共識是，以火星表面目前的條件，不適合液態水或複雜生命存在。」而Joseph這種「非主流」科學家認為，這就是陰謀論——有更高層的力量試圖掩蓋外星生命的存在。不過，即使是嚴肅的天體生物學研究，天馬行空的理論只能等待技術發展，現在時機似乎到了。

凝視火星，再探生命蹤跡

火星上是否有生命，此次火星探測項目可能會給出答案。除了中國天問和阿聯希望號，美國的火星2020被寄予厚望。

此次「毅力號」火星車的登陸地點選擇在具有35億年歷史的傑澤羅隕石坑（Jezero）。這裡如今一片荒蕪，乾燥寒冷。但是，科學家認為，在幾十億年之前，火星擁有濃厚的大氣層，星球上一度溫暖無比，水流恣意流淌，匯聚在像傑澤羅這樣的隕石坑，形成湖泊，如此有利的條件下，很有可能促使生命誕生。

傑澤羅隕石坑圖像丨來源：NASA/JPL

「毅力號」的科學任務之一就是收集火星巖石和土壤樣本，尋找生命蹤跡，解開火星種種謎團。根據計劃，火星之旅從黑暗的隕石坑表面開始，隨後沿著三角洲邊緣顆粒細膩的粘土層行走，那裡曾是一條古代河流匯入湖泊的入湖口。在地球上，這樣的湖口往往能發現生物蹤跡，而毅力號會在火星河流尋找揭露過去微生物存在的有機化合物。此後，火星車將繼續前行，穿過一片堅硬的沙石地帶，那裡的泥土顆粒可能已經形成幾十億年了，曾有過來自火星最古老地區並向下流動的河流。在這之後的下一個階段就是富含碳酸鹽的古老湖泊沿岸，這些石灰巖狀的碳酸鹽層層疊疊，在地球上稱為疊層石。地球上的疊層石由細菌生長形成，可謂是濃縮了生命發展歷史的地質「膠囊」。

火星車的外觀設計大部分借鑑了自己的前輩——「好奇號」，但是內部卻裝載著全新的樣本獲取系統，這套複雜的機械系統能夠在火星地表鑽洞、搬運、成像並儲藏樣本，樣本如巖石和土壤組成的粉筆。火星車要製作至少30根這樣的巖芯，在未來的項目中實現打包寄送回地球，展開進一步分析。「毅力號」裝備了一套能夠識別火星巖石和土壤化學成分的工具，這套工具能夠成像巖石中的有機分子分布，從而幫助科學家分辨出是來自隕石撞擊的有機殘骸，還是微生物生命遺骸。

雖然我們要在地球耐心等待好一陣來自火星的「快遞」，但留給蘑菇的時間可能不多了。自古以來，地球上的人們對於天空的追問從未停止，2020年，探索火星的「窗口」已經打開，這次我們滿懷勇氣、好奇和希望，向著火紅的星球開啟毅力之旅。

參考資料

1. https://mars.nasa.gov/mars-exploration/missions/viking-1-2/

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Viking_lander_biological_experiments

3. https://blogs.scientificamerican.com/observations/im-convinced-we-found-evidence-of-life-on-mars-in-the-1970s/

4. https://science.sciencemag.org/content/194/4271/1322

5. https://phys.org/news/2016-10-year-old-viking-life-mars.html

6. https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/ast.2015.1464

7. https://www.gillevin.com/

8. https://www.scientificamerican.com/article/looking-for-life-on-mars-viking-experiment-team-member-reflects-on-divisive-findings/

9. https://www.researchgate.net/publication/340610633_Life_on_Mars_Colonies_of_Photosynthesizing_Mushrooms_in_Eagle_Crater_The_Hematite_Hypothesis_Refuted

10. http://brainmind.com/publications.html

11. http://journalofcosmology.com/

12. https://www.inverse.com/science/mushrooms-on-mars-a-wild-story

13. https://www.sciencemag.org/news/2020/07/how-nasa-s-new-rover-will-search-signs-ancient-life-mars?utm_campaign=news_daily_2020-07-05&et_rid=315162504&et_cid=3389469

14. https://www.cnet.com/features/the-space-tiger-king-and-the-mushrooms-on-mars/#ftag=CAD590a51e

15. https://phys.org/news/2014-12-curiosity-rover-ancient-chemistry-mars.html