探寻地外宜居环境和生命信号是深空探测任务和行星科学研究的重要目标。我国国家空间科学中长期发展规划（2024—2050年）中的“宜居行星”主题就主要探索太阳系天体和系外行星的宜居性，并开展地外生命探寻。寻找地外宜居环境和生命信号中“探哪里”、“探什么”和“如何探”是当前天体生物学研究的前沿。此前，国际上曾陆续提出将“水”、“碳”、“氮”、“磷”或“能量”等不同生命宜居要素，作为着陆区和探测区的遴选标准。然而，随着探测技术和知识水平的不断进步，近年来逐渐意识到单一的宜居要素难以准确评估支持生命起源和生存的宜居环境条件。
近日，我所地球与行星物理学科中心地球与行星磁场及宜居性学科组的申建勋博士后与合作导师林巍研究员、潘永信研究员，联合我所岩石圈演化学科中心的刘传周研究员，基于近年来国内外在地球和地外天体上蛇纹石化过程研究中取得的最新进展，提出指示多种宜居环境要素的蛇纹石有望成为地外宜居环境和生命信号探测的突破口。
蛇纹石化过程是一类特殊的水岩反应，是基性或超基性岩中的含镁铁矿物（如橄榄石、辉石等）在热液蚀变下的变质作用，通常伴随着与气体之间的相互作用和释放还原性气体的过程（图1）。根据对地球生命的认知，生命起源和生存至少需要液态水、生源要素、有机分子、适宜的理化条件等宜居要素。蛇纹石的出现不仅可以指示液态水的存在，还表明可能同时存在水合成的过程。橄榄石或辉石等矿物中的亚铁离子提供了一个局部的强还原环境，为氮、磷等生命必需元素的活化和释放创造了条件，同时生成氢气、一氧化碳、甲烷、氨和亚磷酸等生命更易利用的物质。二氧化碳、甲烷、水汽和氢气等气体的温室效应可能为一些寒冷天体（如火星、木/土星系冰卫星等）提供适宜生命起源和生存的局部温暖环境，这个相对温暖还原的环境还可以与天体表面或宇宙中的低温氧化辐射环境形成天然的能量梯度，进而可能驱动更加复杂的化学过程甚至生命过程。
与蛇纹石化过程相关的甲烷、氨、氢气和水可以通过米勒-尤里反应生成氨基酸、单糖、有机酸、尿素等有机分子。蛇纹石化过程的产物二氧化硅和磁铁矿可能进一步促进单体有机分子（如氨基酸）的聚合反应以及手性分子的同手性起源。其中，磁铁矿还可以记录行星的化学剩磁，是重要的磁性载体。此外，形成蛇纹石的流体环境也可诱导碳酸盐化过程的发生进而生成含镁、铁、钙等金属元素的碳酸盐矿物（图1），这些矿物不仅有利于碳的赋存，也为潜在的生命提供了碳源。同时，蛇纹石还具有保存有机质的潜力，地球上碳酸盐化的蛇纹石甚至可以保存微生物化石。
图1 蛇纹石化过程及其相关联的水-岩-气作用可以指示地外环境的宜居性
综上所述，蛇纹石化过程的标志性产物——蛇纹石不仅指示了环境的多种宜居要素，而且具有保存过去生命痕迹的潜力。由于蛇纹石能够在地质历史时期长期保存，而且利用谱学技术可以进行遥感和原位探测，因此可以作为指示地外宜居环境和潜在生命信号的理想探测目标，在未来的深空探测任务中应予以重视。
上述研究发表于国际学术期刊NA（申建勋*，刘传周，潘永信，林巍*. Follow the serpentine as a comprehensive diagnostic for extraterrestrial habitability [J]. Nature Astronomy, 2024, 8: 1230-1236. DOI: 10.1038/s41550-024-02373-x.）。研究受国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中国科学院地质与地球物理研究所等联合资助。