探索阿塔卡马沙漠长期原位实验中生物分子的保存机制及其对火星生命探测的启示

研究人员针对极端环境下有机化合物保存难题，在火星类比环境阿塔卡马沙漠开展为期8个月的原位实验，通过模拟火星地表温度波动、紫外线辐射和盐分（Cl-/ClO4-）胁迫，揭示了ATP、叶绿素-a和蓝藻（Chrooccoccidiopsis）在不同基质（石英、石膏、MGS-1火星模拟壤土）中的降解规律。研究发现UV屏蔽效应和盐类型显著影响生物标志物稳定性，为火星任务中耐降解生物标记物（如卟啉类）的筛选提供了关键依据。

　　

在寻找地外生命的征程中，火星始终是科学家们关注的焦点。然而，这颗红色星球表面的极端环境——强烈的紫外线辐射、剧烈的温度波动以及高盐分土壤——对有机化合物的保存构成了巨大挑战。更棘手的是，火星土壤中广泛存在的氯酸盐（ClO₃^-）和高氯酸盐（ClO₄^-）可能通过氧化作用破坏潜在的生物标记物。要破解这个难题，地球上的火星类比环境研究显得尤为重要，而阿塔卡马沙漠——这个被称为"地球上最像火星的地方"——自然成为理想的研究场所。

德国柏林工业大学（Technische Universit?t Berlin）的Felix Leo Arens领衔的国际团队在《Scientific Reports》发表了一项开创性研究。他们设计了一套能在阿塔卡马沙漠极端条件下长期运行的实验装置，首次系统评估了典型生物分子在火星模拟环境中的保存潜力。这项研究不仅填补了实验室短期模拟与真实环境间的数据鸿沟，更对未来火星生命探测任务的采样策略提供了理论支撑。

研究人员采用多学科技术手段：定制化样品板实现环境参数（温度、湿度、太阳辐射）实时监测；生物发光法（luciferase assay）定量ATP降解；超高效液相色谱-质谱联用（UHPLC-MS）追踪叶绿素-a及其降解产物（脱镁叶绿素-a、焦脱镁叶绿素-a）；傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）解析蓝藻降解产物的分子组成。所有样本均置于三种火星相关基质（石英、石膏、MGS-1模拟壤土）中，并添加1 wt% NaCl或NaClO₄进行对照。

结果部分呈现三个关键发现：

ATP的快速降解

在透明石英基质中，ATP浓度随暴露时间呈梯度下降，8个月后保留率不足初始值30%。但出人意料的是，高氯酸盐组ATP残留量反而高于无盐对照组，推测NaClO₄可能抑制了微生物降解途径。石膏组因Ca²⁺干扰检测而数据异常，凸显生物发光法在高盐环境中的局限性。

叶绿素-a及其降解产物

叶绿素-a在所有暴露样本中迅速消失，但其热降解产物（脱镁叶绿素-a、焦脱镁叶绿素-a）在MGS-1模拟壤土中持续检出8个月。这种差异凸显Fe/Mg矿物（如橄榄石、辉石）的UV屏蔽效应——可使光解率降低90%以上。侧链降解产物植醇（phytol）在石英-NaCl组中存留2个月，但在高氯酸盐组完全消失，证实ClO₄^-对分子结构的破坏作用。

蓝藻的渐进分解

FT-ICR-MS数据显示，暴露初期（2-4个月）蓝藻细胞裂解释放大量含氮化合物（CHNO），但8个月后含氧CHNO显著增加。特别值得注意的是，高氯酸盐组中氮化合物相对富集，提示多肽类物质可能成为火星环境下较稳定的生物标记物候选。

这项研究的重要结论在于：火星表面直接暴露的生物分子（如ATP、叶绿素-a）难以长期保存，但更稳定的降解产物（卟啉、异戊二烯类烃）和特定含氮化合物可能成为优先探测目标。MGS-1模拟壤土的优异保护性能证实，未来火星任务应优先选择含Fe/Mg矿物的采样区域。研究还创新性地提出：高氯酸盐的"双刃剑"效应——既可通过产生活性氧（ROS）加速降解，又能通过抑制生物酶活间接稳定某些分子。这些发现为解读"好奇号"在火星岩石中检测到的直链烃（C₁₀-C₁₂）的生物来源可能性提供了新视角。

正如作者在讨论部分强调的，这项长达8个月的原位实验弥合了实验室模拟（通常仅数天）与真实环境间的差距。虽然阿塔卡马与火星在气压、宇宙辐射等方面存在差异，但该研究建立的降解动力学模型，将为即将开展的"ExoMars"火星车（计划钻探1.5米深取样）的生物标志物检测算法提供关键参数。当人类最终踏上火星表面时，这项研究揭示的"有机保存法则"，或许能帮助我们更准确地解读那些跨越亿年时空的生命密码。