東京工業大學理學院地球行星科學系的上野雄一郎教授、哥本哈根大學（丹小麥）的馬修·約翰遜教授以及東京大學研究生院新領域創成科學研究科的青木翔平講師等人組成的研究團隊發表研究成果稱，火星沉積物中存在的有機物質來源於大氣中的一氧化碳（CO）。研究團隊透過實驗和理論計算，證明了火星大氣中的CO₂在太陽光作用下分解會產生與地球不同的擁有穩定同位素比的CO。這些CO在早期火星環境中轉化成有機物質並積澱下來。這一發現有望爲未來的火星探測提供全新視角。相關成果已於5月9日發表在國際學術期刊《Nature Geoscience》上。
（供圖：東京工業大學）
近年的火星探測表明，30多億年前的早期火星上曾存在由液態水形成的湖泊和海洋，其環境與現今的火星完全不同。此外，透過分析30多億年前早期火星的沉積物，發現其中含有有機物質。
然而，這些有機物質是如何生成的，是否是由隕石等外來物質帶來的，其起源一直不清楚。
NASA的火星探測車「好奇號」（Curiosity）透過精密測量沉積物中有機物質的碳穩定同位素比（13C/12C），發現火星有機物質中13C存在度爲0.92%～0.99%，遠低於地球沉積物中約1.04%的存在度。火星有機物質中13C的這種存在度，在太陽系中也是獨一無二的。
對此，研究團隊此次檢驗了太陽系13C存在度的差異是否是因爲有機物質生成方式的不同而引起的。地球上的有機物質主要是透過植物的光合作用生成的，在此程序中12C較容易被固定。
研究人員檢驗了不同生成方法下13C減量的情況，結果顯示，CO₂在太陽光下分解（光解離反應）生成的CO中13C極少。研究人員透過理論和實驗得以證實，在該反應中，CO₂在太陽光下分解爲CO和O，12C較容易分解。
去年，上野教授和青木老師等人利用歐洲火星探測器傳回的觀測資料，發現火星大氣中的CO是缺乏13C的。
而在地球和如今的火星上都存在光解離反應，CO很快被氧化成CO₂。然而，早期地球和早期火星的地表缺乏強氧化物，處於還原性環境。
此前上野教授在實驗中證實，在富含氫氣等還原性早期大氣中，CO不會還原爲CO₂，而是會進單步驟反應生成甲醛（HCHO）、有機酸和氨基酸等有機物質。
基於這些結果，研究團隊分析了早期火星的碳循環，發現早期火星大氣中的CO₂最高有20%被轉化爲有機物質。這些有機物質在火星表面堆積，沉積物中埋藏的有機物質可能遠超目前的認知。
此次研究成果並不否定火星沉積物中包含生物起源有機物質的可能性。
上野教授表示：「NASA計劃將火星樣本帶回地球。此次研究成果對確定未來的探測方向提供了重要的見解。我們不僅研究火星，也研究地球的歷史，早期的地球環境與現在很不一樣，也很有可能與火星一樣是透過CO來生成有機物質的。爲何生命獨在地球上誕生，我們想這可能與CO生成的有機物質有關，我們正在朝該方向繼續操作研究。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Geoscience
論文：Synthesis of 13C-depleted organic matter from CO in a reducing early Martian atmosphere
DOI：10.1038/s41561-024-01443-z
