火星的冰冻冰盖可能是古代生命的“时间胶囊”。实验室实验表明，即使在持续不断的宇宙辐射下，蛋白质的关键构件也能在纯冰中幸存数千万年。然而，与类火星土壤混合的冰层则会更快地破坏有机物质。这些发现指引未来的探测任务转向钻取清洁的深层冰层，而非研究岩石或土壤。
来自美国宇航局戈达德太空飞行中心和宾夕法尼亚州立大学的研究人员在实验室中重现了类似火星的环境，以验证这一想法。他们发现，来自大肠杆菌的氨基酸碎片如果被困在火星永久冻土或冰盖中，即使处于持续的宇宙辐射下，也能存活超过5000万年。这项发表在《天体生物学》期刊上的研究结果表明，寻找火星生命的任务应优先考虑纯冰或富含冰的永久冻土，而不是主要关注岩石、粘土或土壤。
"5000万年远远大于火星表面目前某些冰沉积物的预期年龄，后者通常小于200万年，这意味着冰层中存在的任何有机生命都将被保存下来，"合著者克里斯托弗·豪斯说，他是地球科学教授，同时也是哈克生命科学研究所、地球与环境系统研究所的附属成员，以及宾夕法尼亚州立大学行星与系外行星科学与技术联盟主任。"这意味着如果火星表面附近有细菌，未来的任务就能发现它。"
在实验室模拟火星与宇宙辐射
这项研究由亚历山大·帕夫洛夫领导，他是美国宇航局戈达德中心的太空科学家，于2001年在宾夕法尼亚州立大学完成地球科学博士学位。研究团队将大肠杆菌密封在充满纯水冰的试管中。其他样本则与水以及火星沉积物中常见的物质（包括硅基岩石和粘土）混合。
这些冷冻样本被放置在宾夕法尼亚州立大学辐射科学与工程中心的伽马辐射室中。辐射室被冷却到零下60华氏度，以匹配火星冰原区域的温度。然后，细菌受到相当于火星表面2000万年宇宙射线轰击的辐射。之后，样本被真空密封，并在低温条件下运回美国宇航局戈达德中心进行氨基酸测试。研究人员随后模拟了额外300万年的辐射暴露，使总时间达到5000万年。
纯冰保护有机分子
结果令人震惊。在纯水冰中，超过10%的氨基酸（蛋白质的组成部分）在完整的5000万年模拟中存活了下来。相比之下，与类似火星沉积物混合的样本分解速度快了10倍，并且未能存活。
该团队2022年的一项研究曾表明，保存在10%水冰和90%火星土壤混合物中的氨基酸，比仅含沉积物的样本分解得更快。
"根据2022年的研究结果，人们曾认为单独存在于冰或水中的有机物质会比10%的水混合物分解得更快，"帕夫洛夫说。"因此，令人惊讶的是，发现仅置于水冰中的有机物质比含有水和土壤的样本分解速度慢得多。"
研究人员认为，混合样本中分解速度更快的原因，可能是冰与矿物质接触处形成了一层薄膜。该层可能允许辐射更自由地移动并破坏氨基酸。
"而在固态冰中，辐射产生的有害粒子会被冻结在原地，可能无法接触到有机化合物，"帕夫洛夫说。"这些结果表明，纯冰或以冰为主的区域是在火星上寻找近期生物材料的理想地点。"
对欧罗巴和恩克拉多斯的启示
该团队还在与木星冰卫星欧罗巴和土星冰卫星恩克拉多斯相似的温度下测试了有机物质。在那些更冷的温度下，降解速度进一步减慢。
帕夫洛夫表示，这些发现对美国宇航局的欧罗巴快帆任务来说是令人鼓舞的，该任务将研究欧罗巴的冰壳和地下海洋。欧罗巴是木星95颗卫星中的第四大卫星。欧罗巴快帆于2024年发射，将飞行18亿英里，于2030年抵达木星。该航天器将进行49次近距离飞掠，以确定地表下的环境是否能支持生命。
钻入火星冰层
对于火星而言，获取埋藏的冰需要合适的工具。2008年的美国宇航局火星凤凰号任务是第一个在火星北极圈区域挖掘并拍摄到冰层的任务。
"火星上有很多冰，但大部分就在地表之下，"豪斯说。"未来的任务需要足够大的钻头或强大的铲子来获取它，类似于凤凰号的设计和能力。"
除了豪斯和帕夫洛夫，研究团队还包括宾夕法尼亚州立大学地球科学系的退休实验室技术专家张志丹，以及美国宇航局戈达德中心的汉娜·麦克莱恩、肯德拉·法恩斯沃思、丹尼尔·格拉文、杰米·艾尔西拉和杰森·德沃金。
这项工作由美国宇航局行星科学部内部科学家资助计划通过戈达德太空飞行中心的基础实验室研究工作包提供资金支持。