達(dá)道安+楊亞天

生物學(xué)對(duì)生命的定義是，由核酸和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成的多分子生物體系。該體系帶有生命密碼信息并具有自我執(zhí)行生命密碼的能力。它可以不斷自我更新、繁衍后代并進(jìn)化。生命體系與一般的物理系統(tǒng)不同，其自組織過程按照生命密碼（DNA）設(shè)定的方向進(jìn)行，利用物質(zhì)產(chǎn)生能量運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過程朝著熵減小的方向變化，具有局部的可逆性。

生命雖然千差萬別，卻具有共同的組成成分，主要有碳、氫、氧、氮、磷、硫、鈣等元素。生命的基本單位是細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)的各結(jié)構(gòu)單元（細(xì)胞器） 都有特定的結(jié)構(gòu)和功能。在細(xì)胞這一層次之上還有組織、器官、系統(tǒng)、個(gè)體、種群、群落，每個(gè)層次都有各自特定的功能和結(jié)構(gòu)。它們的協(xié)調(diào)活動(dòng)構(gòu)成了復(fù)雜的生命系統(tǒng)。各種生物編制基因程序的遺傳密碼是統(tǒng)一的，都遵循DNA →RNA →蛋白質(zhì)的中心法則。

DNA 是一個(gè)長有機(jī)分子，它能夠以雙重二進(jìn)制的形式存儲(chǔ)各種生物生長所必需的信息。通過一組精確的DNA 結(jié)構(gòu)，我們可以精確地復(fù)制一個(gè)有機(jī)體。R N A 扮演著信息傳遞者的角色，把生命信息的片段從DNA 傳到其他部位。氨基酸能建構(gòu)或合成蛋白質(zhì)。

在地球上，動(dòng)物、植物、微生物及其生存環(huán)境組成了一個(gè)有機(jī)的生態(tài)系統(tǒng)。生命從周圍環(huán)境中產(chǎn)生，并從周圍環(huán)境中獲取生存所需物質(zhì)，再將剩余物質(zhì)排泄出來。這些排泄物又和生態(tài)環(huán)境的其他成員相互作用，形成新的循環(huán)。該系統(tǒng)的生命體能夠穩(wěn)定地從外界獲取物質(zhì)和能量，并將體內(nèi)產(chǎn)生的廢物和多余的熱量排放出去。

生命的誕生、生存、繁衍、競存、進(jìn)化，與它所在星球的物理、化學(xué)及生命學(xué)特性密切相關(guān)，比如，其表面的熱環(huán)境、大氣壓、大氣組成、液態(tài)水分布、陽光輻射強(qiáng)度以及大氣逃逸速度等。

生命過程只能在適宜的大氣環(huán)境中完成循環(huán)。大氣壓強(qiáng)過高或過低、缺乏合成生命體必需的成分、輻射過強(qiáng)、氧原子濃度過低，生命體都不可能產(chǎn)生；即使偶爾產(chǎn)生，也不可能持續(xù)生存下去。因而，擁有適宜生命生存的大氣環(huán)境，是一個(gè)行星存在生命的必要條件。

合適的大氣壓力及恒星照在行星表面的輻射能量強(qiáng)度，可使行星表面的溫度保持在允許大量液態(tài)水存在的范圍，大氣成分能夠保證充分地進(jìn)行以碳、氫、氧、氮為基礎(chǔ)的化學(xué)反應(yīng)。行星的重力加速度必須在地球的0.4 倍至2.4 倍，才能保證自身擁有適宜生命存在的大氣壓。

月球表面處于極高真空狀態(tài)，大氣壓力為1 0-1 0帕，夜間平均溫度為-1 7 3℃，而白天平均溫度為1 2 7℃，無液態(tài)水，磁場很弱，太陽風(fēng)可以直接吹到月球表面，輻射強(qiáng)度大，生命體無法生存。

火星表面平均大氣壓力為7 0 0帕， 約為地球大氣壓力的7‰；表面的平均溫度為-5 8℃，在某些區(qū)域，夏季夜間溫度為-9 3℃，白天中午為1 7℃，冬季兩極的溫度可降至-1 2 3℃；表面無液態(tài)水但有固態(tài)水冰，無雷雨，沙塵暴多。由于缺少厚的大氣層以及磁場的保護(hù)，火星表面直接暴露在太陽紫外線和其他宇宙射線照射下，輻射強(qiáng)度比地球大，不適于生命生存。

生命如何產(chǎn)生

1 9 5 3年，美國生物化學(xué)家斯特納·米勒把氨、氧和甲烷混合后裝在一個(gè)含有水汽的容器中，用人工放電模擬自然界的雷電，在容器中放電。在這個(gè)過程中，容器里出現(xiàn)了氨基酸分子，這是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單元，是所有生命有機(jī)體的共同成分。美國科學(xué)家西德尼·?？怂怪赋觯谶m當(dāng)條件下，氨基酸會(huì)連接在一起構(gòu)成類似蛋白質(zhì)的分子——類蛋白質(zhì)。它可以聚集為類似細(xì)胞的球體，這種球體具有生長和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。

不過，他們都沒能在實(shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造出生命，只是證明了生命有從與上述實(shí)驗(yàn)類似的反應(yīng)過程中產(chǎn)生的可能性。但是，自然的壽命那么長，它可以持續(xù)地進(jìn)行無數(shù)次實(shí)驗(yàn)，最小概率的事件也可能在無數(shù)次實(shí)驗(yàn)中發(fā)生。所以生命有機(jī)體魔術(shù)般地出現(xiàn)，也沒什么不可能。巨大生命體系存在需要一些必要條件，比如，滿足生命體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)呼吸的足夠大的大氣總質(zhì)量，能生成生命體系統(tǒng)（蛋白質(zhì)）的環(huán)境條件和足夠的化學(xué)元素，保證行星大氣有適當(dāng)?shù)目傎|(zhì)量、組成成分及逃逸壽命的適當(dāng)?shù)闹亓铀俣?，保證生命體能夠長期繁衍的行星表面大氣溫度、液態(tài)水、輻射強(qiáng)度、臭氧環(huán)境等。

研究火星表面大氣環(huán)境下生命體存在的可能性，需要分析火星表面生命體的生成、生存、繁衍、進(jìn)化等的環(huán)境適存性。

火星大氣環(huán)境不支持生命產(chǎn)生

火星表面具有稀薄的大氣， 大氣壓力從盆地底部的1 4 0 0帕到最高火山頂部的3 0 0帕，平均約為7 0 0帕?；鹦谴髿庵袠?gòu)成生命要素的元素總量很小。地球大氣總質(zhì)量為5. 2 6×1 01 8千克，其中氧氣、氮?dú)?、二氧化碳的總質(zhì)量分別為1.1×1 01 8千克、4.1×1 01 8千克、1.7×1 01 5千克?；鹦谴髿饪傎|(zhì)量為2 . 9×1 01 6千克。其中氧氣、氮?dú)狻⒍趸嫉目傎|(zhì)量分別為3.8×1 01 3千克、7.8×1 01 4千克、2.8×1 01 6千克。除二氧化碳的總質(zhì)量是地球的1 6.5倍外，氧氣、氮?dú)獾目傎|(zhì)量均是地球的幾萬分之一，不具備維持大型生態(tài)體系存在的大氣環(huán)境。氮?dú)夂脱鯕馐菢?gòu)成生命體的要素，火星氮?dú)獾臐舛燃s為地球大氣的1/2 9，氧氣的濃度僅為地球大氣的1/1 6 1。濃度越低，發(fā)生元素間化學(xué)、物理及生命反應(yīng)的幾率越小，不容易生成氨基酸，也不能支持生命體的新陳代謝過程。

火星大氣中的水汽含量僅為2 1 0毫克/ 千克，很難達(dá)到飽和狀態(tài)，因而無雨、無雷電，某些高能密度下才能進(jìn)行的生化反應(yīng)無法進(jìn)行?；鹦潜砻嬗羞^液態(tài)水，但在低氣壓狀態(tài)下，液態(tài)水易蒸發(fā)，易形成飽和蒸汽，易凝結(jié)。它們晚上因低溫而凝結(jié)成露，在白天便大量蒸發(fā)，因火星引力不夠，這些水蒸氣大量逃離火星。

火星表面水汽的逃逸壽命為6.5×1 07年，遠(yuǎn)小于火星的年齡（約4.5×109年）。即使火星初期有豐富的液態(tài)水，現(xiàn)在的存量也微乎其微?；鹦谴髿鈱又兴捏w積濃度很低，約為2 1 0毫克/ 升，而地球大氣層中水汽所占的比例為1 0- 3至1 0- 1?；鹦谴髿庵兴目傎|(zhì)量為6.1×1 01 2千克，小于地球大氣中水汽的平均含量1. 3×1 01 6千克。endprint

火星大氣的主要成分氮?dú)夂脱鯕庠谧罡叩臏囟拳h(huán)境下的逃逸半壽命分別為5×1 01 2年和3.3×1 02 0年，遠(yuǎn)大于火星的年齡。由于二氧化碳和氬氣的分子量大于氮?dú)夂脱鯕?，它們的逃逸半壽命更長，說明火星的稀薄大氣是最初形成的，在此后的演變過程中也未能補(bǔ)充足夠的大氣?；鹦腔蛟S從未具備過生命體適存的大氣環(huán)境。

2 0 1 4年4月1 4日，EdwinKite 在《自然地球科學(xué)》的網(wǎng)絡(luò)上發(fā)表了一篇論文，認(rèn)為火星上存在尺寸較大的隕石坑是火星不存在濃密大氣層的證據(jù)。

在火星赤道附近8 4 0 0 0平方千米的范圍內(nèi)，有3 0 0多個(gè)隕石坑，其中1 0%的直徑為5 0米，1 0%的直徑等于或小于2 1米。如果火星曾有密集的大氣，小型天體在穿越大氣層時(shí)必定會(huì)被分解，就像它們穿越地球大氣層時(shí)經(jīng)歷的一樣，不會(huì)被大部分完整無損地保留下來并留下較大的隕石坑。

由于火星沒有濃厚的大氣層和巨量液態(tài)水組成的海洋調(diào)節(jié)溫度，火星表面晝夜溫差大，冬季和夜間的平均溫度低，生命體適應(yīng)不了。

火星表面輻射不支持生命產(chǎn)生

生命體的耐輻射能力是很差的，而宇宙中的輻射很強(qiáng)。地球表面的巖石老化，剩余放射性很弱，又有濃厚的大氣層的保護(hù)，特別是較強(qiáng)的地磁場俘獲了大量帶電粒子，在防輻射方面發(fā)揮著主要作用，所以地球表面是生命系統(tǒng)的天堂。

火星稀薄的大氣不能有效阻擋宇宙射線，內(nèi)部沒有和地球一樣的強(qiáng)力磁場，表面殼層的磁場又弱于地球表面的磁場，所以太陽風(fēng)、太陽耀斑和宇宙射線都不能被有效阻擋，火星表面的輻射環(huán)境很不安全。

科學(xué)界用r e m 為單位評(píng)定人類生存環(huán)境的輻射水平。行星際年輻射劑量為5 7r em，火星表面的年輻射劑量為1 2rem。火星大氣層使行星際輻射降低了約7 9 % 。比較之下，地球表面的年輻射劑量為0.3 6rem，是火星表面的1/3 3。在太空的宇航員承受的年平均輻射劑量小于3 8rem?；鹦潜砻娴姆垒椛浒踩噪m然低，但比太空中的宇航員所處的環(huán)境還是要安全很多。

由于火星大氣中的氧含量很低，因而形成的臭氧非常少，太陽紫外線可以直接到達(dá)火星表面。火星表面的紫外通量對(duì)DNA的破壞作用比地球高1 0 0 0倍。在火星紫外條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，7種細(xì)菌很快就失去了活性?；鹦谴髿獠荒苡行У仄帘翁栕贤廨椛?，即使生命產(chǎn)生，也不可能長期生存下去。而且，火星的重力加速度僅為地球的0.3 8倍，小于生命生存的最低值0.4。

所有這一切，決定了火星上不可能有生命體系。endprint