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秦鹏,June 19, 2025
随着行星科学和天体生物学的发展，火星被广泛认为是太阳系中最有可能曾经孕育生命的天体之一。其早期存在液态水、火山活动频繁、具备稠密大气，这些条件为原始生命的产生与维持提供了可能性（图1）。近年来，中国的深空探测战略中也明确提出了“寻找地外生命痕迹”的科学目标，火星探测计划成为关键突破口。在这一背景下，理解火星环境对生命分子的影响，尤其是有机物在其表面长期演化过程中的稳定性，是地外生命探测技术体系的重要组成部分。
图1:早期火星环境与地球类似（McKay and Stoker,1989）
火星早期环境与地球相似，可能存在生命痕迹。然而，现代火星表面的极端条件（低温、干燥、强辐射及高氯酸盐等氧化性物质）可能对有机分子的保存构成威胁。目前，关于氯酸盐等氧化剂与生命分子（如磷酸盐、核苷酸）在火星条件下的反应机制尚不明确。该实验旨在探究类火星环境中生命分子的稳定性，试图了解其降解规律。采用实验室模拟方法，通过前期文献调研以及设计实验，测试在不同氯酸盐浓度、不同温度和不同酸浓度条件下生命分子的含量随时间的变化，探究生命分子在极端条件下的存活情况，从而为之后对于火星生命探测及其标志物的探究提供参考价值。
图2:AMPNa2分子式
图3:反应基底（Niles et al., 2017）
该实验借鉴已有文献中关于火星条件模拟的成熟方案，构建低温、弱氧化性环境下的实验体系。通过控制温度、酸碱度与氧化剂浓度等变量，测试特定生命分子（以磷酸酯类为代表）的降解行为，从而模拟其在类火星条件环境中长期暴露下的稳定性变化。选择“AMPNa2”作为代表性有机磷酸酯分子（图2），反应基底使用直径 400μm的二氧化硅珠模拟火星表层颗粒，,加入适量橄榄石碎片（5–53 μm），增强模拟效果，形成更接近真实地质反应界面的颗粒体系（图3）。依据“凤凰号”探测数据（ClO4-含量 0.4–0.6 wt%），实验氯酸盐浓度分别设置0.1 M氯酸钠溶液（高氧化性浓度）和0.6 wt% 氯酸钠溶液（模拟自然火星浓度），温度设置第一组-15°C恒温（模拟火星白昼温带地区地表温度）和第二组-25°C ~ +15°C冻融循环（模拟昼夜温差带来的周期性温度变化），pH 条件设置酸性条件组（0.1M HCl 溶液），模拟火星冷凝过程形成的局部极端酸环境。
通过实验研究发现：(1)氯酸盐的单独作用有限，在-15°C恒温条件下，0.1 M及0.6%wt 氯酸钠溶液均未显著加速AMPNa2的降解（剩余含量>98%），表明火星表面广泛分布的氯酸盐在低温、中性pH环境中，对磷酸酯类生命分子的直接氧化能力较弱；(2)酸性环境的增效作用不显著，添加0.1 M盐酸以模拟冷浓缩酸性条件后，低温组(-15°C)的降解率仍无显著提升，推测原因可能有实验时长(72小时)远低于酸性水解的理论半衰期，并且缺少还原剂提供电子使得氯酸盐在酸性条件形成副产物，进一步与磷酸酯反应；(3)冻融循环是降解关键因素，在-25°C/15°C交替的冻融实验中，60小时后AMPNa2含量下降至87.36%，揭示反应仍以温度为主导因素。
该实验通过系统模拟火星类极端环境（低温、强氧化、酸性），验证了关键生命分子（如AMPNa2）在此条件下的降解行为与稳定性变化规律，结果表明火星表面若曾存在生命，其关键生物标志物在适当地质结构（如风蚀层、岩芯包裹物）中具备保存潜力，增强了地外生命证据可被探测的可能性。尽管氯酸盐被广泛认为是火星表面生命分子保存的威胁因素，而该实验揭示火星环境中“温度”远比“氧化性”更具降解主导性，生命信号的“丧失”，不一定源于环境成分的致命破坏，更可能是反应动力学条件（如低温阻滞）导致的。
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