火星表面具有丰富的水活动历史，可能曾具有较宜居的环境，是行星科学和天体生物学的研究热点。探寻生命信号不断是火星探测任务的重要科学目标之一。蒸发岩类矿物（如硫酸盐、碳酸盐、氯化物等）在火星表面广泛分布，不仅指示了早期水活动的历史，也是保存生命信号的重要载体。蒸发岩类矿物在结晶过程中能够将周围的水体捕获进矿物晶格之中，形成流体包裹体，如果水体中有生命存在，生命过程产生的信号可能被封存于矿物内部而保存下来。
地球上有许多地区可以类比火星在不同演化阶段的环境特征，为认识火星环境演化和探索火星可能生命信号给予了新视角。研究地球类火星区域蒸发岩类矿物流体包裹体中生命信号的保存和识别对火星生命信号探测具有启示意义。我国西北部的柴达木盆地是海拔最高、面积最大的干旱荒漠之一，具有寒冷、干旱、高辐射等极端环境条件，发育了大量蒸发岩矿物和类火星地貌，可以类比火星诺亚纪晚期至西方纪早期表面液态水逐渐减少、气候由湿向干过渡期的环境，是召开火星类比研究的重要区域。
近期，z6com人生就是博行星科学与前沿技术重点实验室的博士研究生黄童童，在导师林巍研究员的指导下，联合中国科研实验室南京地质古生物研究所殷宗军研究员等，在柴达木盆地西北部的类火星多边形盐壳采集了堆晶状石盐样品（图1），综合利用岩相学观察、显微荧光成像、激光拉曼光谱分析等方法对石盐矿物流体包裹体召开了系统研究。
图1 柴达木盆地采样地点。(a) 柴达木盆地在中国西部的位置（绿色区域）；(b) 本研究采样区位于柴达木盆地西北部（红色五角星）；(c) 采样点的多边形盐壳地貌；(d) 多边形盐壳；(e) 可见新鲜石盐矿物颗粒的盐壳剖面
研究发现，石盐流体包裹体中保存着丰富的β-胡萝卜素、不饱和脂肪酸以及干酪根（图2）。β-胡萝卜素是生物过程形成的光合作用色素，是一类典型的生命信号。不饱和脂肪酸和干酪根在特定条件下可顺利获得费-托反应等无机途径合成，但这类过程多发生在热液等高温环境，而它们在柴达木盆地表层盐壳这一低温环境中的存在，更可能源自生命活动。
图2 流体包裹体和对应的拉曼谱图（包裹体内的红色圆圈表示激光拉曼的探测点位）。包裹体中包含β-胡萝卜素（黄色箭头）和硬石膏（黑色箭头）。（a-f）不同包裹体中β-胡萝卜素及其对应的拉曼光谱；（g-h）单个包裹体中同时存在硬石膏和β-胡萝卜素；（i-j）包裹体及其对应拉曼光谱，拉曼峰位于1017、1156和1519 cm⁻¹指示β-胡萝卜素的存在，位于433、632和1017 cm⁻¹的拉曼峰指示硬石膏的存在；（k-l）包裹体中含有干酪根（拉曼峰位于1357和1613 cm⁻¹）和β-胡萝卜素；（m-n）包裹体中含有不饱和脂肪酸；（o）图2n中黑色矩形区域内2800 cm⁻¹至3050 cm⁻¹波数范围的曲线拟合结果
对柴达木盆地西北部的土壤微生物宏基因组数据进行分析，发现属于放线菌门（Actinobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexota）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）、装甲菌门（Armatimonadota）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等类群的微生物基因组中具有参与β‐胡萝卜素合成的相关关键基因crt（图3）。在超过60%的组装基因组中都存在crt基因，表明这些微生物的代谢产物可能是β-胡萝卜素的来源之一。进一步研究发现，部分石盐流体包裹体中不仅保存了有机质，还含有硫酸盐矿物硬石膏，这些硬石膏与β‐胡萝卜素共存。拉曼光谱面扫描分析也表明同一个流体包裹体内β‐胡萝卜素和硬石膏呈现出明显的重合分布特征（图4）。这些研究结果指示了微生物可能参与硫酸盐矿物的形成，因此包裹体内的硫酸盐可能是一种潜在的生命信号指示矿物。该研究未在石盐流体包裹体中发现微生物的完整细胞，推测盐湖表层水体中的微生物可能受紫外辐射、氧化、高盐度等影响，难以将细胞完整保存下来。此外，柴达木盆地自中更新世以来气候逐渐变得干旱，引发盐湖水体盐度急剧升高，致使盐湖宜居性降低，可能导致水体中微生物丰度减少，降低了微生物细胞被矿物捕获的概率。
图3 柴达木盆地土壤细菌和古菌基因组中检测到与类胡萝卜素生物合成相关的crt基因。这些基因主要分布在放线菌门（Actinobacteriota）、绿弯菌门（Chloroflexota）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）、装甲菌门（Armatimonadota）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等微生物类群
图4 拉曼面扫描分析显示包裹体中β-胡萝卜素和硬石膏的重合分布。（a）与图2a相同的包裹体的显微图像；（b）β-胡萝卜素的二维成像；（c）硬石膏；（d-e）水和包裹体背景的二维成像；（f）由不同物质组成的二维复合成像图；（g）不同物质的拉曼光谱
该研究提出柴达木盆地类火星环境石盐流体包裹体中有机质生命信号保存的三阶段过程（图5）。在早期淡水湖泊阶段，水体环境宜居性较高，种类多样的微生物在湖泊中繁盛（图5a）。受中更新世晚期青藏高原隆升的影响，柴达木盆地海拔逐渐升高，干旱程度逐渐增强，引发湖泊蒸发作用增强和盐度升高，微生物数量逐渐减少；随着湖水的持续蒸发，石盐矿物开始结晶析出，矿物在生长过程中将周围水体中的有机质捕获进矿物晶格（图5b）。此后，湖水因蒸发而干涸，表层被石盐盐壳所覆盖，有机质则保存在石盐矿物中（图5c）。上述研究表明，石盐流体包裹体具有保存多种类型有机质及生命信号的潜力，火星上富集蒸发岩矿物的区域可以作为未来生命信号探测的重点关注区域。
图5 柴达木盆地类火星盐壳石盐流体包裹体保存有机质的模式图。(a) 柴达木盆地早期的淡水湖泊中生存着种类多样的微生物；(b) 湖泊因青藏高原隆生开始蒸发而结晶形成石盐矿物，该过程将有机质、硬石膏矿物等捕获进矿物内部；(c) 湖水干涸后形成的干盐滩，表层被石盐盐壳覆盖
研究成果近期发表于国际学术期刊JGR-Planets（黄童童，陈妍，刘立，申建勋，殷宗军，潘永信，林巍*. Preservation of Organic Matter Within Primary Fluid Inclusions in Late Middle Pleistocene Halite From the Mars-Analog Qaidam Basin [J]. Journal of Geophysical Research: Planets, 2025, 130, e2024JE008566. DOI: 10.1029/2024JE008566.）。研究受国家自然科学基金、中国科研实验室、中国科研实验室地质与地球物理研究所联合资助。
黄童童（博士生）
