光譜測量是研究地外環境和探測地外生命訊號常用的技術手段，其中鐳射誘導擊穿光譜（laser-induced breakdown spectrometer， LIBS）具有無需樣品製備、快速分析、檢測元素多等特點，已成為火星就位探測和巡視探測的一類重要科學載荷，廣泛應用於火星環境演化、宜居潛力評估、生命訊號探測等研究。我國的“祝融號”火星車上也攜帶了LIBS科學載荷，主要用於火星環境和宜居性的探測和研究。儘管LIBS可以有效分析多種元素，但其用於尋找潛在生命訊號的能力有待深入研究。

近日，中科院地質與地球物理研究所

地球與行星物理院重點實驗室

地球與行星磁場及宜居性學科組的申建勳博士後與合作導師

林巍

研究員等，利用LIBS對地球類火星環境中岩石樣品的光譜特徵進行了研究，結合拉曼光譜測量，探討了LIBS技術

在火星生命訊號篩選中的應用潛力。該研究選取了柴達木盆地西北乾旱區巖灘的一塊典型岩石碎屑樣品（圖1），分別利用拉曼光譜和LIBS對樣品不同部位（巖上、巖側和巖下）的數百個點進行了系統分析。

圖1 柴達木盆地取樣點（a）地形圖、（b）地質圖以及（c和d）石英岩碎屑樣品

拉曼光譜分析顯示巖下部位存在能夠吸收紫外輻射並清除氧自由基的β-胡蘿蔔素，指示了岩石下部有耐輻射微生物群落的存在。而巖上、巖側未檢測到有效的微生物訊號，僅發現石英和少量其他礦物訊號（圖2）。該研究結果表明在環境惡劣的類火星地區，岩石下部為微生物生存提供了適宜的生態位，未來的火星生命探測中可以著重關注火星巖下區域。同時結合前人研究，揭示出合成色素分子是類火星極端環境微生物的一類重要生存策略。

圖2 柴達木盆地西北乾旱區類火星環境石英岩碎屑樣品部分測量位點的拉曼光譜圖。Qz：石英；Fr：鋅鐵礦；Hm：赤鐵礦；Cr：β-胡蘿蔔素

為了評估LIBS篩選生命訊號的潛力，進一步對該樣品的巖上、巖側和巖下不同部位進行了LIBS分析。研究顯示樣品不同區域的LIBS光譜整體特徵類似，但利用多元統計分析方法（主成分分析法PCA和相似性分析ANOSIM）可以對岩石樣品不同部位的LIBS光譜資料進行區分（圖3）。進一步分析區分樣品的波段資訊，發現涵蓋了部分鈣、鎂的峰區和一些可能由於生命化學元素空間分佈而產生的相互作用訊號。

以上結果表明，在樣本均質程度較高但有足夠樣本量的前提下，基於LIBS資料的多元統計分析可以作為快速篩選潛在生命訊號的一種手段，再結合其他探測技術，有望在火星生命訊號的原位探測中發揮作用。

圖3 類火星環境石英岩碎屑樣品部分測量位點的LIBS光譜圖（左圖）與PCA散點圖（右圖）

研究成果發表於美國化學學會旗下期刊

ACS Earth and Space Chemistry

（申建勳，劉立，陳妍，孫宇，

林巍

*。 Geochemical and biological profiles of a quartz stone in the Qaidam Mars analog using LIBS： Implications for the search for biosignatures on Mars［J］。

ACS Earth and Space Chemistry

， 2022。 DOI：

10。1021/acsearthspacechem。2c00129

）。該成果受中國科學院、國家自然科學基金、中國科學院地質與地球物理研究所等聯合資助。

美編：傅士旭

校對：萬鵬