沙漠星球的景象：机遇号探测器着陆点附近的Payson岩层露头全景图。虽然火星的海洋早已消失，但火星地下可能还有液体储藏库，航天器也已经看到了地表水流的迹象。如果生命曾经在火星上存在过的话，那生命很有可能会依水而生。来源：NASA/JPL-Caltech/USGS/Cornell

此时此刻，七艘机械航天器正在火星上漫游或绕着火星轨道运行，他们在拍摄照片，收集数据，还有执行地球上的科学家的命令。经过这些机器15年的勘察，除了我们自己的地球之外，我们最熟悉的就是这颗红色星球了。而行星科学家们也终于找到了他们最古老、最基本的问题之一的答案：火星能支持生命存在吗?

答案是肯定的：以前的火星绝对可以，现在火星也很有可能。2013年，“好奇号”在古湖床盖尔陨石坑(lakebed Gale Crater)着陆不到一年，该项目的首席研究员约翰格罗金格(John Grotzinger)就自信地宣布：“我们发现了一个适宜居住的环境”，数十亿年前，这个环境中曾经存在大量地表水，更重要的是好奇号科学小组相信这些湖泊和溪流持续存在了很长的时间，也许有数百万年。

2018年9月，另一项同样重要的声明接踵而至：现在的火星在地表或地表下附近仍然有水在流动。十多年来，NASA探索火星的策略一直是“跟着水走”;该机构认为只要有水，我们就可能找到生命。现在，既然已经确认了水的存在，NASA正准备发射主要目的是寻找生物证据的火星任务。而且，与之前的搜索不同，这些任务有真正成功的机会。

在20世纪60年代，第一代行星科学家试图设计出一套能够确定火星是否存在生命的单一仪器(1976年海盗号着陆器的前身)。最终他们失败了。科学家们现在怀疑，过去的火星生物学实验提出的问题过于狭隘，甚至是错误的。

科罗拉多大学的哲学家卡罗尔·克莱兰(Carol Cleland)花了十多年时间研究有关生命本质的科学和哲学文献，她解释道：“如何定义生命是一个问题，如果你对生命的定义是错误的，你就将会寻找错误的东西——并且很容易会错过各种奇怪的生命形式。直到今天，在对生命的定义方面我们还没有摆脱亚里士多德的定义。”

早在2000多年前，亚里士多德就将生物定义为具有新陈代谢(消耗营养，排出废物)和有性繁殖的生物。这个定义在20世纪中叶之前一直没有变动，但在科学家们了解了DNA之后，他们才开始理解地球上最主要的生命形式是单细胞生物。(复杂的多细胞生命在不到10亿年前才开始出现在化石记录中。)

许多单细胞生物都违反了亚里士多德关于新陈代谢和有性生殖的观点。有些单细胞生物甚至根本不吃有机营养。例如，一种叫做Shewanella的奇怪海洋微生物，通过“纳米线”直接从岩石中捕获电子来获取代谢能量。有些生物体不需要有性繁殖：它们的子代直接从母体“分裂”出来。还有一些生物有时表现得好像活着，有时却表现得好像死了。例如，病毒可以在水晶状态下休眠几个世纪。

在过去的几十年里，科学家们发现了许多“极端微生物”，它们在曾经被认为是致命的环境中生存得相当好：在温度极高的间歇泉中，在南极冰川的底部，在深海的无边黑暗中。

如果地球上的生命比我们曾经想象的还要陌生得多，适应能力也要更强，那么在像火星这样的外星生物圈里，生命还能有多奇怪呢?

话虽如此，我们也有理由希望找到我们熟悉的生命形式。美国宇航局位于加州的艾姆斯研究中心的空间科学和天体生物学首席研究员大卫·德·马莱说：“关于水和碳基生命的争论从未比火星上的争论更激烈。有些人推测，除了水以外的其他溶剂也可能支持生命，虽然基于‘怪异生命’的可能性我们永远不能完全否认存在基于替代溶剂的生命，但水对于火星更加有利，因为地球的环境比太阳系其他任何行星都更接近火星的环境。”

鉴于我们必须从某个点开始搜寻生命，德·马莱和其他人认为，我们应该首先寻找自己熟悉的生命形式;我们不知道的生命形式可以先放一边。他说，为成功“选择最好的机会”。

我们以前不是这样做过吗?

1976年7月20日，也就是阿波罗11号登月7周年纪念日，美国宇航局的“海盗1号”探测器在火星赤道附近着陆，这是第一次完全成功的火星表面探测任务。六周后，它的孪生兄弟海盗2号在火星另一侧稍北一点登陆。这两艘静止着陆器(在第一次火星探险中没有轮式的漫游车)传回的全景图像证实了火星布满卵石的沙漠景观，并且没有任何明显的生命迹象。

每个海盗号着陆器都配备了一个铲子，用于在火星“土壤”中挖掘浅沟(这些土壤实际上是被紫外线轰击过的沙质风化层，它与地球表层土壤几乎没有相似之处)，这些浅沟用于采集样本，以便在飞船内部进行三种实验来寻找生物活动的证据。这三种实验包含一项气体交换实验，该实验向土壤样本提供了养分和水，然后在土壤中寻找有机体会消耗或释放的养分的迹象;实验还包含一项热解释放实验，实验将土壤暴露在光照和加入了放射性碳14的合成火星大气中，然后移除大气，再将样本加热至样本释放出气体，再在这些气体中寻找含有碳14(光合作用的替代物)的生物质能的证据;最后，天体生物学家对标记释放实验抱有最大的希望：土壤样本被掺杂了标有碳14的有机营养物，样本周围的空气则被监测着以检查放射性二氧化碳的含量(放射性二氧化碳应是微生物代谢过程中呼出的物质)。

但实验结果让每个人都很沮丧。气体交换实验对微生物反应呈阴性，不过表明土壤中有高度活性的化合物。在热解释放实验中，一份样品呈阳性，但另一份经过灭菌的对照样品也呈阳性，这表明除了生物因素外还有其他因素在起作用。两个着陆器上的标记释放实验一开始都检测到了二氧化碳，但一两个星期后重试时就没有了。最关键的是：一项非生物实验——气相色谱-质谱联用仪(GCMS)——在火星风化层中没有发现有机物的踪迹。这有点出人意料，因为有机分子在陨石中很常见，包括地球上发现的来自于火星的岩石。有机物的明显缺乏似乎排除了生物实验会取得任何积极结果的可能性。综合考虑所有这些结果，海盗号科学小组得出了令人失望的结论：两个着陆点都没有生命。

海盗号的实验是正确的吗?GCMS设备坏了吗?是强烈的太阳紫外线辐射(火星没有臭氧保护层)还是某种未知的化学物质(如强碱性氧化剂，比如漂白剂)破坏了火星表面的所有有机分子?还是说，这三个生物实验的设计太过植根于地球的假设，地球类型营养物质和水毒害或淹没了适应极度干旱和与地球环境不同的火星生物?

40年来，模糊的海盗号研究结果引发了科学界的争论。标记释放实验的首席研究员吉尔伯特·莱文至今坚信海盗号1号和海盗号2号在火星上发现了生命的证据。2008年，NASA凤凰号宇宙飞船在火星北极附近着陆，当它确认火星土壤的化学成分实际上可能会破坏有机物质(这至少可以解释海盗号的一些发现)时重新引发了科学界的争论。

罪魁祸首似乎是高氯酸盐，一种在凤凰号着陆点发现的高活性氯氧化物。在火星上的普遍低温条件下，高氯酸盐本身不会与有机物发生反应，但火星上严酷的辐射可能会将它们分解成活性更强的化合物。2013年，艾姆斯中心(Ames center)的理查德·奎因(Richard Quinn)进行了一项实验，在实验中，高氯酸盐经过伽玛射线的照射后，似乎重现了标记释放实验的令人困惑的结果。

尽管高氯酸盐可能会破坏暴露在火星表面辐射下的有机化合物，但微生物可能会在岩石或地下受到保护吗?事实上，好奇号去年在火星上的样本分析仪器(SAM)中发现了两种复杂的有机分子，它们被发现于盖尔陨石坑的泥岩中钻出来的粉状样本。一种分子甚至类似于地球陆地生物细胞壁中的脂肪酸。尽管好奇号任务科学家们并没有宣称火星上有生命存在，但我们现在有证据表明，在某些情况下，有机分子可以在火星上生存。

去哪里?怎么找?

无论搜索的是现在的生命还是过去生命的化石证据，“跟着水走”仍然是一个有用的策略。幸运的是，在海盗号之后的40年里，科学家们发现了大量的水的存在证据。从轨道上，和从“勇气号”、“机遇号”和“好奇号”探测器收集的数据表明，火星曾经有一个体积大于地球北冰洋的海洋。这些海水可能会随着时间推移而移动。天文学家使用“倾斜”一词来形容火星的轴向倾斜，这种倾斜的巨大历史变化发生在几十万年甚至一百万年的时间尺度上。华盛顿州立大学的天体生物学教授Dirk Schulze-Makuch说：“这也可能导致全火星的水资源重新分配。”水资源的重新分配也许可以解释在大海消失很久之后的过去几百万年里被流水冲刷出的表面特征。

从轨道上拍摄的图像显示有早雾和薄雾从火星峡谷底部升起，这让科学家们推测液态水可能仍然被困在火星地表之下。(舒尔茨-马库奇甚至推测火星生物可能直接从大气中提取水。)去年9月，火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter)传回的高分辨率图像显示，即使是在今天，水——实际上是在低温下仍能保持液态的盐水——都会在火星的春季和夏季沿着陡峭的斜坡流动。

液态水在火星表面存留了很长时间这一发现给人们带来了希望：火星上出现了生命，而且这些火星生命找到了一种适应严酷环境(随着水的消失而变化)的方法。舒尔茨-马库奇说：“生命是一种行星害虫，一旦感染，就很难根除。”引用了卡尔·萨根(Carl Sagan)的名言，即非凡的断言需要非凡的证据，他补充说，“我认为这次非凡的断言是火星一直都是无菌的。”

美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(European Space Agency)希望在五年内检验这个乐观的想法。当时下一个前往火星表面的主要任务是ExoMars 2018，这是欧洲航天局(European Space Agency)和俄罗斯航天局(Russian Space Agency Roscosmos)的一个联合项目，后者将提供质子火箭。预定于2019年1月在火星软着陆(或者2021年，如果像传言的那样发射日期推迟的话)，ExoMars将部署一辆装备有钻头的漫游者，其钻孔深度可达6英尺。英国莱斯特大学的天体生物学和太空仪器学教授马克·西姆斯解释说，他们的目标是从深处获取样本，这些样本大部分远离了会将有机分子分解的强辐射环境。

在为ExoMars选择着陆点时，项目科学家利用轨道数据来寻找沉积岩的位置，尤其是细粒粘土，这些细粒粘土显然是在有水的情况下形成的，就像在一个古老的湖床上一样。理想的岩石样本应该是要非常古老——大约有40亿年的历史左右，并且在大部分时间中都被掩埋，而且仅仅会因为由于侵蚀或相对较近的山体滑坡才被刚刚暴露在火星严酷的表面环境中。ExoMars项目将潜在的着陆点被缩小到4个，其中首选的着陆点是Oxia Planum，这是一片平坦的平原，只有少量的尘埃覆盖，因此应该有暴露更多的地表岩石。ExoMars漫游者将会在火星赤道以北18度寻找生物证据。

在火星上发现可见的化石(比如像在澳大利亚一些古老岩石中看到的细菌遗骸)将会是一件非常美妙的事情，但由于一些原因，这件事情发生的可能性非常小。首先，这些化石几乎可以肯定会非常小，以至于ExoMars的近距离摄像机都无法分辨。就像海盗号40年前所做的那样，ExoMars的研究重点将会是化学。

　　“好奇号”对一种名为鲸鱼岩的地层的研究发现了流水的证据，这是科学家们寻找的主要线索之一，用以评估一个地点是否曾经适合孕育生命。(NASA/JPL-Caltech/MSSS)

探测器探测生命的主要仪器被称为MOMA，即火星有机分子分析仪(Mars Organic Molecule Analyser)。它将使用两种分光仪来在钻孔样品中寻找有机分子的踪迹，科学家们希望能够将与生物学有关的化合物和与生物学无关的化合物区分开来。该仪器还将分析任何有机化合物的手性或“利手性”。氨基酸和其他分子以右手型或左手型的形式存在。地球上所有的植物和动物的生命都是以左旋氨基酸为基础的(尽管有些微生物在必要时可以消耗右旋的营养物质)。两个手性各占一半的ExoMars样本可能暗示着地质的起源，而一种手性优于另一种手性则暗示着一种生物起源(如果火星生命也有偏好的手性的话)。

美国宇航局计划在2020年7月向火星发射其第五艘漫游车(几乎是“好奇号”的翻版)。它将会在发射后7个月着陆火星，并开始寻找可以密封在容器中、由未来的航天器带返地球的岩石。长期以来，科学家们一直渴望进行一项能够将火星岩石带回地球的任务，这样他们就可以在地球上用比着陆器更复杂的仪器来分析这些岩石。火星2020任务是这一任务的前半部分，火星2020漫游车将会识别那些极有可能含有生物特征或生命证据的珍贵火星岩石。

火星2020漫游车上的主要生命探测仪器是SHERLOC，即用拉曼发光技术扫描宜居环境中的有机物和化学物质(Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals)。美国宇航局喷气推进实验室的首席研究员卢瑟·比格尔将其描述为安装在探测车机械臂上的“一种平衡装置”。他说：“我们不想接触样本，也不想探测到我们带到火星上的生命。”相反，SHERLOC将会在两英寸的距离之外用远紫外激光照射岩石，使岩石中的化学成分散射光或发出荧光(发光)。得到的光谱应该能揭示岩石中任何有机分子的化学指纹。在采取措施避免污染的同时，有希望发现生命的样本将成为采集的候选对象，并最终返回地球。

由于预算的限制，并不是所有提出的生物实验都能飞出太空，因此一些有价值的生命探测方法将不能被尝试。最初为ExoMars挑选的“生命标记芯片”将使用抗体检测有机分子，类似于医学界使用的测试，但是为节省成本和减轻重量，这些有效载荷和其他一些仪器一起被丢弃。

首先，不要伤害

另一个限制科学家寻找火星生命的因素是“行星保护”的要求。根据国际协议，着陆在火星上可能存在水的区域的航天器在离开地球之前必须进行彻底的清洁，因为担心潜在火星生物会暴露在地球污染之下，或者使人们怀疑“火星”生物是否真的来自地球(从科学的角度来看同样糟糕)。用干热来清洗大型、复杂的航天器既困难又昂贵。目前，即使可能有液态水这些地点最有可能有生命存在，但火星任务的策划者也会避免在这些地点着陆。

一个名为“破冰船”(Icebreaker)的计划打算将把一架类似凤凰号的小型着陆器送到火星可能存在液态水的高纬度地区，该计划背后的团队打算使用其他方法为着陆器进行清洁，例如化学清洁方法，使用化学手段清洁与样本接触的设备。破冰船计划(现在还是一个没有资金支持的概念)将携带一个能够穿透三英尺土壤的钻头，着陆器上的生命迹象探测器(Signs of Life Detector, SOLID)将分析钻孔样本的生物特征：有机分子、蛋白质、多糖和核酸，包括DNA。

只有通过广泛搜集各种可能的生物特征，科学家们才能希望避免哲学家克莱兰的“以地球为中心的陷阱”：只寻找我们在地球上看到的那种生物。“在火星上寻找生命和在火星上寻找不同的生命两者是有区别的，”艾姆斯中心的资深科学家、破冰船计划的首席研究员克里斯·麦凯(Chris McKay)说：“火星生命可能是碳基的，但仍然是外星人。真正的希望是找到另一种生命形式：也就是说，火星上的生命证据与地球上的进化生命树无关。”

就像古老的撞击将火星表面的岩石炸到了地球南极洲一样，地球上的有机物质也有可能已经被运到了火星。如果这是真的话，那么在火星上发现的任何微生物都可能是我们久违的远亲。因此科学家们需要测试类似地球的核酸，比如DNA。麦凯说：“我们不仅仅需要在地理上定义外星生命(即来自其他星球)，我们还需要在生物化学上定义外星生命。”

地球上的大多数生物都是基于大约20种氨基酸，但在自然界中有大约500种这样的化合物。发现基于不同氨基酸的火星生命形式将指向另一种独立于我们自身的生命形式。发现与陆地生物同样基于氨基酸的火星生命也会如此，但这种火星生命将具有右手性。

克莱兰对任何包括可能的外星生物化学在内的研究都表示赞赏。她说：“我们需要寻找所有化学形式的生命都会呈现的特征，生命是一个自我组织的系统。因此，我们应该寻找模式或不可预料的复杂程度。”她继续说，生命是“一种不平衡的状态，我们需要研究异常现象：研究那些不应该存在的东西。”

从1969年的水手7号开始，到本世纪初的火星快车号和地面望远镜，再到最近的“好奇号”，她对火星上甲烷气体的反复探测都特别感兴趣。好奇号在盖尔陨石坑表面探测到了神秘的短暂甲烷气体泡，甲烷其实不应该存在，因为如果它起源于遥远的过去的话，它将在短短几百年内就消失在火星的大气层中。所以检测的结果表明它正在以某种方式被源源不断地补充。

但至于这些甲烷来源是地质上的还是生物上的，目前还没有定论。去年发表在《天体生物学与外展》(Journal of Astrobiology & Outreach)杂志上的一篇综述文章中，加州理工学院的Yuk Yung和喷气推进实验室的Pin Chen提出了两种假设：甲烷可能是由气体、水和岩石的化学反应或呼出甲烷的微生物引起的。他们写道：“前者暗示着提供液态水和化学能源的环境的存在，即宜居性——后者意味着在火星上发现了生命。”

欧洲追踪气体轨道器(European Trace Gas Orbiter)从轨道上收集的数据应该会让科学家对火星甲烷有更多了解。但是这个仪器不太可能解决甲烷是否来自生物来源这个问题。事实上，Yung和Chen写道，解决这个难题需要“跨多个学科的研究努力”以及“重大技术进步”。

虽然火星生物正在释放甲烷这个前景令人兴奋，但麦凯警告说，我们不要太过专注于在火星上发现生命，而忽视了偶然发现过去火星曾有生命存在的证据的重要性。他说：“在火星上发现一只死兔子将是火星上存在生命的有力证据，但发现单个叶绿素分子也同样有力——因为尽管这个叶绿素分子不是活的，但没有生命你就无法得到叶绿素。”

也许过去存在生命的最有说服力的证据是可以辨认的化石——因此，在20世纪90年代，当几位科学家认为他们可能在40亿年历史的火星陨石ALH 84001(从南极冰原中取回)中发现了细菌的古老微化石时，引起了极大的轰动。现在大多数科学家认为这种说法是没有根据的;大多数“证据”可以用非生物学的方法来解释。

先不说火星陨石里面是否有化石，对地球上古代微化石的鉴定我们也还存在争议。20世纪80年代在澳大利亚发现的“顶端燧石”，最初被认为含有世界上最古老的化石，可追溯到34.6亿年前。近30年后，更精密的仪器和对当地地质的重新研究表明，这些“化石”是无生命的矿物质，而不是曾经的细菌的残余物。

　　在1996年，显微图像导致了人们得出化石的结论，在今天看来当然是不算数的。来源：NASA

因此，对火星上生命的识别不可能只依赖于一张图片，甚至是一段数据。ExoMars团队成员马克•西姆斯(Mark Sims)宣称：“并不存在理想的生物标记，除非生命向你走来并向你挥手。”(马克领导一项生命标志芯片的研究，但现在已经被取消)。他所担心的不仅仅是错误的乐观情绪(错误地暗示火星上存在生命的证据)。他还担心“火星生命的证据成功地从火星土壤中提取出来，但在探测过程中丢失了”。2012年，他和三名同事写了一篇论文，分析了各种有机化合物是如何附着在钢、钛和其他航天器常用材料上，以至于永远无法进入探测器内。如果西姆斯听起来像个杞人忧天的人，他身上的伤疤可以证明这一点。他是英国建造的Beagle 2号着陆器的任务经理，该着陆器于2003年登陆火星，但从未向地球发出过信号，西姆斯甚至连开始寻找火星生命的机会都没有。

尽管在火星上发现生命似乎是一项几乎不可能完成的任务，但科学家们有理由感到乐观。与海盗号时代的知识相比，我们现在对生物学有了更多的了解，包括怪异的生物学，我们对火星也有了更多的了解。轨道飞行器能够拍摄高分辨率的图像，并绘制出我们选择访问的任何地点的矿物学图。事实上，NASA很有信心，它认为外星生命正在等着被我们发现，去年该机构的首席科学家，艾伦·斯托芬说：“我认为在未来十年内我们会发现有力的地外生命迹象，在未来20到30年内我认为我们会掌握确凿的证据。”

如果我们这么做呢?

麦凯说：“我不认为我们对外星生命的回应是让地球上的生命与之竞争。我们需要采取措施来保护第二种生命形式。”随着飞船变得越来越复杂，行星保护的困境只会变得更糟。(目前还没有人知道如何在不增加污染风险的情况下进行人类火星探险，一些人认为这是我们找到生命的最佳选择。)1975年，海盗号着陆器在干净的房间里被组装，然后放进一个巨大的烤箱，在华氏200度的温度下烘烤了30个小时(在一些厨师看来温度可能有点低)。但是长时间的高温会导致一些现代电子产品和密封失效，像麦凯和他的破冰船团队一样，宇宙飞船的工程师们也希望能找到新的清洁方法。

麦凯说：“我们还需要认真考虑将可能含有生命的火星样本带回地球的风险，并观察类似于我们对埃博拉病毒所做的隔离技术。”他担心的不是外星生物会在地球上引起瘟疫，而是它们可能会取代一些地球生物，就像引进的物种，例如葛藤在新环境中一样。

对发现火星生命抱有希望的最好理由可能是可能性。生物学很可能要么局限于地球，要么对所有地方都适用。已故伟大的科幻作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)曾观察到，宇宙中的现象要么是独特的，要么是普遍的：二是一个不可能的数字。