东京工业大学理学院地球行星科学系的上野雄一郎教授、哥本哈根大学（丹麦）的马修·约翰逊教授以及东京大学研究生院新领域创成科学研究科的青木翔平讲师等人组成的研究团队发表研究成果称，火星沉积物中存在的有机物来源于大气中的一氧化碳（CO）。研究团队通过实验和理论计算，证明了火星大气中的CO₂在太阳光作用下分解会产生与地球不同的拥有稳定同位素比的CO。这些CO在早期火星环境中转化成有机物并积淀下来。这一发现有望为未来的火星探测提供全新视角。相关成果已于5月9日发表在国际学术期刊《Nature Geoscience》上。
（供图：东京工业大学）
近年的火星探测表明，30多亿年前的早期火星上曾存在由液态水形成的湖泊和海洋，其环境与现今的火星完全不同。此外，通过分析30多亿年前早期火星的沉积物，发现其中含有有机物。
然而，这些有机物是如何生成的，是否是由陨石等外来物质带来的，其起源一直不清楚。
NASA的火星探测车“好奇号”（Curiosity）通过精密测量沉积物中有机物的碳稳定同位素比（13C/12C），发现火星有机物中13C存在度为0.92%～0.99%，远低于地球沉积物中约1.04%的存在度。火星有机物中13C的这种存在度，在太阳系中也是独一无二的。
对此，研究团队此次检验了太阳系13C存在度的差异是否是因为有机物生成方式的不同而引起的。地球上的有机物主要是通过植物的光合作用生成的，在此过程中12C较容易被固定。
研究人员检验了不同生成方法下13C减少的情况，结果显示，CO₂在太阳光下分解（光解离反应）生成的CO中13C极少。研究人员通过理论和实验得以证实，在该反应中，CO₂在太阳光下分解为CO和O，12C较容易分解。
去年，上野教授和青木老师等人利用欧洲火星探测器传回的观测数据，发现火星大气中的CO是缺乏13C的。
而在地球和如今的火星上都存在光解离反应，CO很快被氧化成CO₂。然而，早期地球和早期火星的地表缺乏强氧化物，处于还原性环境。
此前上野教授在实验中证实，在富含氢气等还原性早期大气中，CO不会还原为CO₂，而是会进一步反应生成甲醛（HCHO）、有机酸和氨基酸等有机物。
基于这些结果，研究团队分析了早期火星的碳循环，发现早期火星大气中的CO₂最高有20%被转化为有机物。这些有机物在火星表面堆积，沉积物中埋藏的有机物可能远超目前的认知。
此次研究成果并不否定火星沉积物中包含生物起源有机物的可能性。
上野教授表示：“NASA计划将火星样本带回地球。此次研究成果对确定未来的探测方向提供了重要的见解。我们不仅研究火星，也研究地球的历史，早期的地球环境与现在很不一样，也很有可能与火星一样是通过CO来生成有机物的。为何生命独在地球上诞生，我们想这可能与CO生成的有机物有关，我们正在朝该方向继续研究。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Geoscience
论文：Synthesis of 13C-depleted organic matter from CO in a reducing early Martian atmosphere
DOI：10.1038/s41561-024-01443-z
