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一项新研究表明,火星上的早期生命可能已经消灭了

  • 2022-10-22
  • Scien

生命可能早早就消亡了。这并不像听起来那么荒谬。这就是地球上发生的事情。

但地球上的生命不断进化并持续存在,而火星上却没有。

有证据表明火星曾经温暖潮湿并且有大气层。在古代诺亚时期37亿至41亿年前,火星也有地表水。如果这是正确的,火星可能适合居住(尽管这并不一定意味着它有人居住。)

一项新的研究表明,早期的火星可能适合一种在地球极端环境中繁衍生息的生物体。产甲烷菌它们生活在海底热液喷口等地方,在那里它们将环境中的化学能转化为废物,并释放甲烷。研究表明,产甲烷菌可能在火星地下繁衍生息。

该研究是“早期火星的宜居性和基于氢气的产甲烷菌导致的全球变冷。“它发表于自然天文学,资深作者是 Regis Ferrière 和 Boris Sauterey。 Ferrière 是亚利桑那大学生态与进化生物学系的教授,Sauterey 是 Ferrière 团队的前博士后研究员,现在在索邦大学。

“我们的研究表明,早期火星的地下很可能适合产甲烷微生物,”费里埃在新闻稿中说。然而,作者很清楚,他们并不是说地球上肯定存在生命。

论文称,这些微生物会在多孔的咸岩中繁衍生息,这些岩石使它们免受紫外线辐射和宇宙射线的影响。地下环境还提供了弥漫的大气和适度的温度,使产甲烷菌能够持续存在。

研究人员专注于氢营养产甲烷菌,它吸收 H2和二氧化碳2并产生甲烷作为废物。这种类型的甲烷生成是地球上最早进化的新陈代谢之一。然而,该论文“……在早期火星上的生存能力从未得到过定量评估”说。

到目前为止。

在这项研究中,古代火星和地球之间存在着重大差异。在地球上,大部分氢都与水分子结合在一起,只有很少的氢是单独存在的。但在火星上,它的大气层中含量丰富。

氢可能是早期产甲烷菌生长所需的能量供应。同样的氢可以帮助捕获火星大气中的热量,使火星保持适宜居住。

费里埃表示:“我们认为当时火星的温度可能比地球低一些,但远没有现在那么冷,平均温度很可能徘徊在水的冰点以上。”说。

“虽然目前的火星被描述为一个覆盖着灰尘的冰块,但我们想象早期的火星是一颗岩石行星,具有多孔的地壳,浸泡在液态水中,可能形成湖泊和河流,甚至可能形成海洋。”

在地球上,水要么是咸水,要么是淡水。但在火星上,这种区别可能没有必要。相反,根据火星表面岩石的光谱测量,所有的水都是咸水。

研究小组利用火星气候、地壳和大气模型来评估古代火星上的产甲烷菌。他们还使用了代谢氢和碳的类地微生物生态群落模型。

通过使用这些生态系统模型,研究人员能够预测产甲烷菌种群是否能够生存。但他们走得更远;他们能够预测这些人群对其环境的影响。

“一旦我们制作出了模型,我们就将其应用于火星地壳——打个比方来说,”说该论文的第一作者鲍里斯·索特里(Boris Sauterey)。

“这使我们能够评估火星地下生物圈的可能性。如果存在这样的生物圈,它将如何改变火星地壳的化学成分,以及地壳中的这些过程将如何影响大气的化学成分。”

“我们的目标是制作一个由岩石和咸水混合而成的火星地壳模型,让大气中的气体扩散到地下,看看产甲烷菌是否能与之共存,”说费里埃. “答案是,一般来说,是的,这些微生物可能在地壳中谋生。”

问题是,你需要走多深才能找到它?研究人员表示,这是一个平衡问题。

虽然大气层中含有丰富的氢和碳,生物体可以将其用作能量,但火星表面仍然很冷。不像今天那样冰冻,但比现代地球冷得多。

微生物会从地下温暖的温度中受益,但越深入,可用的氢和碳就越少。

“问题在于,即使在早期的火星,表面仍然非常寒冷,因此微生物必须深入地壳才能找到适宜居住的温度,”索特里说。

“问题是,生物学需要深入多深的深度才能在温度和它们生长所需的大气分子的可用性之间找到正确的折衷方案?我们发现,我们模型中的微生物群落在上层几百米的地方最快乐。”

他们将在上地壳中停留很长一段时间。但随着微生物群落的持续存在,吸收氢和碳并释放甲烷,它们就会改变环境。

该团队对所有地上和地下过程以及它们如何相互影响进行了建模。他们预测了由此产生的气候反馈以及它如何改变火星的大气层。

研究小组表示,随着时间的推移,产甲烷菌会改变大气的化学成分,从而引发全球气候变冷。随着地球冷却,地壳中的咸水会冻结得越来越深。

这种冷却最终会使火星表面无法居住。随着地球变冷,生物体将被驱赶到更深处,远离寒冷。

但是风化层中的孔隙会被冰堵塞,阻止大气到达这些深度,并使产甲烷菌缺乏能量。

索特里说:“根据我们的研究结果,火星的大气层会在几万年或几十万年之内,非常迅速地被生物活动完全改变。”说。 “通过从大气中去除氢气,微生物将大大降低地球的气候。”

每行代表不同类型盐水的冰点。橙色色标代表海拔。叠加的白色阴影区域对应于表面冰的概率。 (鲍里斯·索泰雷和雷吉斯·费里埃)

结果呢?灭绝。

“这些微生物将面临的问题是,火星的大气层基本上消失了,完全变薄了,所以它们的能源就会消失,它们必须寻找替代能源,”索特里说。说。

“此外,温度会大幅下降,他们将不得不深入地壳。目前,很难说火星还能保持适宜居住多久。”

研究人员还在火星表面确定了未来任务最有可能找到火星古代生命证据的地方。

“近地表种群将是生产力最高的种群,因此最大限度地提高了生物标记物以可检测数量保存的可能性,”作者在他们的论文中写下。 “考虑到火星漫游车目前采用的技术,火星地壳的前几米也是最容易探索的地方。”

研究人员表示,希腊平原是寻找这种早期地下生命证据的最佳地点,因为它仍然没有冰。不幸的是,该地区是强大沙尘暴的发源地,不适合火星车探索。作者表示,如果人类探险家曾经访问过火星,那么希腊平原是一个理想的探索地点。

古代火星上的生命不再是一个革命性的想法,而且已经很长时间了。因此,这项研究更有趣的部分可能是早期生命如何改变其环境。这发生在地球上,并导致了更复杂生命的发展。大氧化事件(GOE。)

早期地球也居住着简单的生命形式。但地球不同。生物体进化出了利用能量的新途径。地球早期的大气层中没有氧气,地球上的第一批居民在没有氧气的情况下繁衍生息。然后随之而来的是蓝细菌,利用光合作用获取能量并产生氧气作为副产品。

蓝藻喜欢氧气,而地球上的第一批居民则不喜欢。蓝细菌生长在垫子上,在它们周围形成了一个含氧水区域,它们在那里繁衍生息。

最终,蓝细菌给海洋和大气层充氧,直到地球对其他生命有毒。产甲烷菌和地球上的其他早期生命无法处理氧气。

科学家们并没有将所有这些原始生物的死亡称为灭绝,但这个词已经很接近了。一些古老的微生物或其后代在现代地球上生存,被驱赶到缺氧的环境中。

但那是地球。在火星上,光合作用或其他东西并没有发生进化,从而产生了获取能量的新方法。最终,火星冷却并冻结并失去了大气层。火星现在死了吗?

火星生命有可能在地壳的偏僻地点找到了避难所。

一个2021年学习使用模型表明火星地壳中可能存在氢源,并且可以自我补充。研究表明,地壳中的放射性元素可以通过辐射分解作用分解水分子,从而为产甲烷菌提供氢气。放射分解作用使地壳充满水的裂缝和孔隙中孤立的细菌群落能够持续存在数百万年,甚至可能数十亿年。

还有深碳观测站发现埋藏在地壳中的生命所含的碳量高达全人类的400倍。 DCO还发现深层地下生物圈的体积几乎是世界海洋体积的两倍。

火星地壳中是否仍然存在以辐射分解产生的氢气为食的生命?还有令人费解的甲烷检测在至今无法解释的气氛中。

许多科学家认为,除了地球之外,火星地下是太阳系中最有可能孕育生命的地方。 (抱歉,欧罗巴。)也许会,也许有一天我们会找到它。

本文最初发表于今日宇宙。阅读原创文章。

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