發現高濃度甲烷和在隕石中發現輕碳同位素相比，哪個更能證明火星存在生命？

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最近中國科學院和好奇號火星探測器別分發布了令人振奮的消息：
【光明網】我們發現了火星曾經存在生命的證據----中國科學院地質與地球物理研究所
好奇號監測火星甲烷異常升高：或因生命體活動
不是專業人士，不太明白這兩個發現是基於什麼證據得出的結論？各自有什麼優點及弊端？哪種方法獲得的數據更能支撐這一結論？為什麼？

先說結論，兩者都不能證明火星現在存在生命，但相對來講碳同位素分餾可以更好指示火星曾經存在過生命過程。

前面的答案們解釋了為什麼甲烷的發現不是充足證據，大家還是沒給出我想看的部分啊（┬＿┬）。我補充一下為什麼C同位素分餾可以更好的指示生命過程。

1、為啥生命活動會引起碳同位素分餾？
其實這個結論也是通過現代生物學和地質統計學的結果得出的，說到這兒又要有人說geology is not a real science了哈哈哈哈。結論是有機生命體在生命過程中更容易富集吸收輕碳即12C，所以只要有生命活動存在那麼沉積物中的δ13C也就是13C/12C的值就會出現偏負的分餾情況，公式如下：

其中標準採用Carolina南部白堊紀皮狄組中的擬箭石，以PDB 表示
1993: VPDB = Vienna PDB, (NBS-19 CaCO3 δ13C=+1.95 ‰)

自然界中的碳同位素分餾分為兩種：動力學分餾和熱力學平衡分餾，而動力學分餾即為生物作用過程導致的。

根據這個原理我們不妨找幾個基準值來進行參考：
初始地球同位素組成：δ13C=-4.5 ‰
生物出現前沉積物碳酸鹽：δ13C=-4.5 ‰
碳質球粒隕石全岩：δ13C=-5.6 ~ -11.6‰
碳質球粒隕石乾酪根：δ13C=-13.8 ~ -17.1‰
現代大氣：δ13C=-7 ‰
現代海洋：δ13C=1 ~ 2‰
現代海洋植物：δ13C=-28 ~ -4‰
現代陸生或淺水植物：δ13C=-37‰ ~ -10‰
現代動物：δ13C=-17 ~ -6‰
陸相沉積岩中有機碳：δ13C=-8 ~ -38‰
海相沉積岩中有機碳：δ13C=-10 ~ -30‰
變質岩中石墨：δ13C=-24 ~ -28‰

通過這些數據我們可以發現，除了大氣和海洋由於控制因素太多也是最大的碳庫所以值並不具有參考意義外，其他的數值均表明：生命活動會導致較低的δ13C值，且變化範圍均較大。

咱們拿個最典型的高等生物的例子來看，C3 C4植物的分餾情況如下圖：

分餾時間段主要是光合作用固碳階段的化學反應，而在地質演變過程中則不會出現明顯的分餾，具體如下：
光合作用過程中的碳同位素分餾分為三步：
① 植物從空氣中優先吸收12CO2，使之溶解於細胞質中。這是因為12CO2比13CO2鍵易破裂，加之12CO2的質量數低於13CO2，運動速度較快。
② 溶解於細胞質中的12CO2通過酶的作用優先轉移到磷醯甘油酸中。在這一過程中，有一部分未反應的、溶解在磷醯甘油酸中富集13C的 CO2從植物中排出。排出越有效，分餾越明顯。
③ 由磷醯甘油酸合成各種有機組分的過程中進一步分餾，總趨勢是半纖維素、蛋白質、果酸最富集13C(-17‰)，纖維素、木質素次之(-23‰)，類脂化合物最輕(-30‰)

有人要問了，像火星這種星球上應該出現的會是低等生命吧，也會出現這樣的分餾么？
是的。
古太古代有機質較低的δ13C值指示其生態系統主要受自養生物控制，在CO2含量很高的情況下，戊糖磷酸鹽分異作用通常產生最大的分餾作用（Schidlowski et al. ,1993）。然而Hayes（2001）認為，古太古代地層序列中有機質的δ13C值指示了各種微生物的自養同化分異作用，特別是在厭氧條件下。與三羧酸逆循環（reverse tricarboxylic acid cycle）、3-羥基丙酸鹽循環（3-hydroxypropionate
cycle）、戊糖磷酸鹽循環（pentose phosphate cycle）和乙醯基輔酶A循環（acetyl-CoA
cycle）的碳同化作用伴隨的同位素分異範圍可從&<10‰到&>40‰。古太古代碳酸鹽和乾酪根的同位素記錄是一致的，這些同位素記錄也和化學自養微生物（包括產甲烷菌）及不產氧的光合自養細菌的同位素分異一致（Schidlowski et al. , 1983）。

2、那麼碳同位素分餾有沒有非生物因素？
之前說過，碳同位素分餾分為動力學分餾和熱力學平衡分餾。
動力學分餾里除了生物成因還有熱解過程引起的動力學分餾，特徵如下：
① 原始烴類分子越大，熱裂解時產生的甲烷越富12C
② 熱裂解的溫度越高，熱裂解時產生的甲烷越貧12C
③ 在一定的溫度條件下，熱裂解早期產生的甲烷更富12C
例如，有機物的初始δ13C值為-29.7‰, 裂解17小時後, CH4的δ值為-57.1‰；而裂解114小時後，CH4的δ值為-52.9‰
而熱力學平衡分餾則是指，通過同位素交換，含碳組分的13C富集程度形成一個固定的系列：
CO32- &>H12CO3- &> C(金剛石) &> C(石墨) &> CH4
同樣可以造成有機質中碳同位素的明顯分餾。

因此要想確認Tissint隕石中的碳粒是否是生物成因可能還需要排除掉熱力學平衡分餾的影響。只有更廣泛的採樣和統計驗證普遍性以後才能得出結論。

以上。

references：
Carbon isotopes as biogeochemical recorders of life over 3.8 Ga of Earth history: evolution of a concept
The initiation of biological processes on earth: Summary of empirical evidence
Biological modulation of the terrestrial carbon cycle: Isotope clues to early organic evolution
Stable carbon isotope fractionation of six strongly fractionating microorganisms is not affected by growth temperature under laboratory conditions
Carbon isotopic fractionation in the biosynthesis of bacterial fatty acids. Ozonolysis of unsaturated fatty acids as a means of determining the intramolecular distribution of carbon isotopes
Factors controlling 13C contents of sedimentary organic compounds: Principles and evidence

中科院的那項研究最大的亮點是1.在岩漿岩裂隙中發現乾酪根型有機質；2.這種乾酪根型有機質的碳同位素明顯較輕。乾酪根作為複雜有機質熱演化的產物，必然是火星曾存在過複雜有機質的鐵證。從地球上的碳同位素生物分餾作用來看，這一過程會使有機質傾向於富集輕同位素，因此間接證明火星上曾存在過類似的碳同位素分餾效應，即可能是生物分餾作用。於是，便存在一種可能性：火星曾經存在過複雜的碳基生命形式。

然而，在火星上發現甲烷其實並不令人感到意外。
首先從成因來看，甲烷的成因有以下幾種主要方式：
無機成因：
1）.水岩反應為代表的無機成因氣（橄欖石的蛇紋石化作用等）
有機成因：
2.1）.有機質熱演化早期釋放的生物成因氣（沼氣也算）（近地表處）
2.2）.有機質熱演化中後期形成的熱解氣（地下深部滲透至地表）
2.3）.有機質熱演化晚期形成的裂解氣（地下深部滲透至地表）

作為曾經存在岩漿活動的類地行星，火星的礦物組分與地球有一定的相似性，水岩反應形成甲烷是必然存在的過程。無非是量多量少的問題。這種無機成因氣都可以在地球上形成天然氣藏，安知火星上沒有類型的氣藏存在？

但話說回來，好奇號目前所處的地方是一個隕石坑，鑽探地層是年輕的湖相-三角洲沉積物，基於這一點，我寧願相信那些甲烷是過去湖泊沉積的有機質在近地表處經過熱演化形成的生物成因氣。甚至不排除地下大型氣藏滲透至地表的氣苗。不過，在有更多證據以前，好奇號的發現實在沒有什麼說服力。這一點，NASA的報道里也直言無法排除無機成因的可能性。

天然氣的有機成因中，上述2、3、4其實是一脈相承的。如下面幾個圖：

有機質熱演化的綜合概念圖：

一個不同類型乾酪根的簡化熱演化模型：

tip：濕氣是指非甲烷類的烴類氣體，如乙烷。

埋藏的有機質在淺地表受到微生物分解作用和一定的受熱，可以脫離出一些氣體【生物成因氣】，甲烷是其中的重要組分。隨著埋深的進行，壓力和溫度進一步升高，有機質開始向乾酪根轉化——不溶於水、非氧化酸、鹼和非極性有機溶劑的大分子有機物。這些乾酪根進一步受到高溫高壓的作用，就會開始進入熱解、進而裂解的階段，釋放出液態烴類（石油）和短鏈氣態烴類（甲乙丙丁烷等）。這種有機質受到埋藏釋放甲烷的途徑，是一類很常見也很重要的現象。

那麼，如何去證實這些甲烷是有機成因的呢？除了同位素比值，好像也沒有什麼直接的方法了。或者直接對湖泊沉積的泥質沉積物進行有機質的抽提和質譜分析，直接證實古代湖泊沉積物里是否有複雜有機質。就不知好奇號有沒有相應設備。

不過，我並不介意親自去做個有機質抽提實驗~

我是來打樓上臉的。
陳埃落關於包裹體的概念都是錯的。呵呵，他說的那叫俘虜體，不叫包裹體。概念都不清楚就開始評論人工作對錯，呵呵。
文章在這。NanoSIMS analysis of organic carbon from the Tissint Martian meteorite: Evidence for the past existence of subsurface organic-bearing fluids on Mars
這是他們課題組關於文章的論述。排除了可能的地球污染，確證這些有機碳來自火星，其主要證據有：（1）這些有機碳的H同位素富氘（δD = +1183 ‰），完全不同於地球有機物；（2）一部分碳顆粒包裹在小行星撞擊產生的熔脈中，證明其形成遠早於降落地球之前；（3）包裹在熔脈中的碳顆粒部分相轉變為金剛石，表明經歷了高壓高溫事件，不可能是摩洛哥沙漠的污染；（4）Tissint隕石非常鮮新，難以通過污染的方式，在隕石內部充填這些不可溶的乾酪根物質。納米離子探針的分析還表明，這些有機質的N同位素組成無明顯的異常，但C貧重同位素13C，其δ13
C = -12.8 ‰至-33.1 ‰，與火星大氣（δ13C = -2.5～+46 ‰）相比，具有顯著富輕同位素的特徵。這一結果暗示，該有機質可能與生命過程相關。
林的文章里有，他們發現的這種有機C有兩類，一類賦存在包裹體中（老外觀點），一類是在裂隙里的。得先形成岩石之後，才會有裂隙，才會有裂隙中的乾酪根。乾酪根進入裂隙時間肯定會晚於岩漿活動，所以不可能是老外說的那種情況。
林楊挺好像是歐陽自遠的學生。不確定，錯了別噴我。

謝邀。
首先，兩者都無法直接證明火星上現在存在生命。
在火星隕石上發現輕碳同位素基本上證實了火星歷史上存在生命活動。無機世界和天外來客都不大可能產生這麼大的碳同位素分餾(-12.8到-33.1個permil)，這一定是生命活動導致的。但對於現在的火星環境沒有多大指示意義。

好奇號檢測到甲烷的意義在於直接證明了火星上現在存在有機物(其實它已經直接檢測到有機物了喵，Roger說了這很重要)，並暗示了現在有生命活動的可能性。因為甲烷濃度異常升高除了生命活動之外，很有可能是地質歷史中形成的有機物裂解導致的。因此甲烷只能作為有機物存在的證據，而非生命證據。有機物則有可能來自於含有機質隕石。因此這裡甲烷產生存在三種情況，一種是現在的生命活動產生的(也是我們最希望看到的)，第二種是過去生命活動產生的有機物現在分解，第三種是隕石有機物現在分解。

就科學意義來講，我傾向於認為輕碳同位素&>甲烷，因為碳同位素的生命證據是確鑿無疑的，而甲烷的來源存在外生的可能性。不過碳同位素的發現來得太偶然，多虧那一顆Tissint隕石。好奇號則是真正的hardcore science, 方法簡單粗暴，能將檢測限低於ppb量級的TLS送到火星，這科技樹點得不知道甩我們幾條街。這個賦予了roger他們持續拓展主動去探索火星的能力。

甲烷。
1.甲烷是有機物，有了甲烷就有可能產生更複雜的有機物。
2.生命活動可以產生甲烷。最常見的就是沼氣了。

再次謝邀。本人對這個沒有深入地了解過，只能給出一個比較主觀的回答。
首先，我們都知道有機物的產生對於一個星球生命的產生是很重要的，而對於一個星球從只有碳原子、碳氧化合物或者輕碳同位素到甲烷這樣的有機物還有一個很漫長的時間跨度。從這個意義上，出現甲烷就意味了離產生生命更進一步了。我們都知道甲烷的生成可以加熱鹼石灰和無水醋酸鈉，也可以通過生物厭氧呼吸也就是發酵過程來產生，所以火星上甲烷含量異常升高，可能是生命活動導致的。
第二，我們地球的生物是碳基生命，有人提出過硅基生命，因為碳和硅是同族的，但是最大的問題就是硅鏈不穩定，超過10個硅的鏈基本不存在，極易水解，也就是意味著硅基生命你很怕水。如果沒水的話很多化學過程都無法實現，其實就水而言，其氫鍵對於生命的意義很大。甚至有人說無機生命，且不論能不能產生生命，首先無機生命的供能是一個很大的問題，控制無機反應的放能就很難。有機物中的共價鍵和氫鍵對於生命的意義是很重大的。所以，我們本著我們的化學定律在全宇宙都適用的思想，也是本著所有參考系下物理定律都具有相同形式的相對性原理。以我們地球的生命形式來推測外星生命。
樓上說木衛六，可能是《2001：太空漫遊》的梗。

不管(科學家)怎麼說，我們(記者)發現了火星曾經存在生命的證據。知道太空中除了我們，還有其他生命存在，這是多麼令人激動的事情！（光明日報記者齊芳）

個人覺得都不是直接證據，根據這些發現推出的假說好發文章，其實無機成因與有因成因並沒有那麼截然的區別，正如油氣成因中的「無機生油論」與「有機生油論」之爭。歡迎拍磚！

可以的啊。。

這個問題其實是在問生命的起源到底該由甲烷來證明還是輕碳同位素。又或者說是在問，火星上是否會出現生命，還是已經出現生命。
非常類似雞生蛋還是蛋生雞的話題。。。

我一直不懂為什麼大家都覺得宇宙中生命存在的形式非要跟地球上生命存在的形式一樣。

一個是煤氣罐，一個是煤球爐，還真不好判斷呢。

謝邀。雖然第一篇文章是刊登在地質與地球物理研究所，雖然我也是學過地球物理學的。但是這篇文章跟我的專業完全不相關呀，應該邀請具有地球化學知識的人來答。
如果就上面兩則新聞來論。當然是發現甲烷更加能夠證明生命的存在。
甲烷是有機物，一般通過生物的分解或者石油的裂解才能產生。總而言之，就是甲烷的生成和生命息息相關。
雖然人類的碳基生物，但從碳到碳的有機物（甲烷等）還需要一些過程。地球物理所那篇採訪的新聞還存在一些矛盾的地方。比如美方研究說碳顆粒是包裹在一種岩漿的包裹體中，但是新聞中並沒有提到為何能夠否定掉這個說法。所謂的岩漿包裹體就是在熔岩冷卻過程中固體物質掉進岩漿裡面，在保持自身結構不變的情況下，和岩漿一起冷卻變成岩漿岩。