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天体生物学是研究在宇宙演化背景下的生命起源、发展和分布,研究太阳系以及系外宜居性的学科。除地球外,火星是太阳系内最可能存在或存在过生命的固态天体。现代火星干旱、寒冷,表面许多地区被盐类沉积物所覆盖,包括地球常见的蒸发盐,如硫酸盐、碳酸盐和氯化物等。古代火星某段时期可能温暖、湿润,局部地区有酸性水活动。地球上的高盐、干旱环境通常发育自湖泊的持续蒸发直至各种结晶盐类的沉积,经历了从含水到极端干旱的过程,具有繁殖生命和保存生命痕迹的条件。因此火星上盐类矿物的发现,对于探索其潜在生命痕迹具有重要意义。考虑到火星盐类的高丰度和表面液态水的缺乏,地球上干旱的高盐环境是做类比研究的首选模型。同时,极端酸性的河流可以类比火星历史时期的湿润环境。中国柴达木盆地的地貌与火星表面多种地貌高度相似,包括干盐滩/湖、冲沟、风蚀雅丹和风积沙丘等,被列为火星类比研究区之一。位于柴达木盆地西北角的大浪滩干盐湖演化自古湖泊,因地质历史上构造和气候变化的影响,蒸发干旱而形成干盐湖。区域内海拔高（2700-2900 m）、辐射强,月平均相对湿度（RH,Relative Humidity）在23-36%之间,是一个极端干旱并且受强紫外辐射的环境。位于西班牙南部的力拓河因微生物与矿物相互作用,自6百万年前起就保持极端酸性的环境,沉积了大量铁氧化物和铁硫酸盐（包括黄钾铁矾）。力拓河流域展示了完整的古今地质过程与生物变迁:拥有现代依然活跃的沉积过程以及历史上保存在河流阶地中的沉积记录。由于力拓河沉积了与火星子午线平原类似的矿物,因此可以在物理、化学上开展火星古环境的类比,以完善对子午线平原的地质过程和天体生物学分析。本研究将大浪滩干盐湖作为火星现代蒸发盐环境的类比研究对象,以力拓河为补充,作为火星古代酸性水环境的类比。一方面通过分析干盐湖表面蒸发盐壳以及地表以下剖面样品的理化参数和矿物组合,阐明大浪滩干盐湖近期演化历史,与火星蒸发盐环境的矿物成分与演化过程进行对比。同时对大浪滩干盐湖的微生物多样性进行了实验室分离培养、分子生物学和酶联荧光原位杂交的分析。以此为依据,推测火星蒸发盐环境中存在生命的可能性。另一方面以ToF-SIMS（飞行时间二次离子质谱法）为技术手段,通过分析力拓河古沉积阶地（年龄:210万年,主要成分为赤铁矿和针铁矿）的有机化合物保存、分布与起源,获得酸性环境下成岩作用保存的生物类别。推测类似的火星古酸性水环境中,如有过生命,是否有生命痕迹保存下来的可能。本研究取得的研究进展如下:1)揭示了大浪滩表层沉积物及剖面样品的理化性质,确证了与火星类比的可能性大浪滩干盐湖表面沉积成分主要为两类:由盐岩、石膏和少量无水芒硝组成的壳体和由蒸发盐与长石、石英等碎屑颗粒组成的混合物。表面沉积物为碱性,pH 7.95-8.90。两个地下剖面（P1,5.90 m和P2,6.85 m）样品的矿物组成分别反映了不同气候条件下的湖泊沉积序列,展示了分别以粘土-碳酸盐-硫酸盐和氯化物为主要成分的多个沉积旋回。地下沉积物比表面更偏碱性,剖面P1和P2的pH值分别为7.93-9.05和8.25-9.48。地表长期暴露在强紫外辐射下,且呈极端干旱状态;地表以下的样品在不同深度下含水率差异较大,P1、P2的含水率分别为0.33-5.14%,0.08-12.45%。因含可溶性盐类占比的不同,不同深度样品的盐度也有较大变化,分别为0.4-50%,5-50%。2)从大浪滩分离得到47株细菌和5株真菌,丰富了大浪滩可培养微生物的多样性,为进一步研究微生物对极端环境的适应性提供了宝贵的实验材料。通过分离培养的手段,利用三种培养基、一系列盐度梯度从22个地下样品（共23个）中获得了47株细菌和5株真菌,3个表面样品（共7个）中获得了3株细菌和2株真菌。剖面样品分离到的细菌主要属于厚壁菌门（Firmicutes）的芽孢杆菌属（Bacillus）,含25株,为可能的优势物种。其他包括厚壁菌门的各属种:Oceanobacillus,Halobacillus,Gracilibacillus,Thalassobacillus,Sediminibacillus,Ornithinibacillus,Pontibacillus,以及放线菌门放线菌目的Microbacterium和链球菌目Nocardiopsis。表面样品分离到三株中度嗜盐菌,属于Oceanobacillus,Gracilibacllus,Thalassobacillus属。剖面上分离到的真菌菌株属于子囊菌门散囊菌目（Eurotiales）的Aspergillus、Penicillium属以及煤炱目（Capnodiales）的Cladosporium属。表面样品分离到的两株真菌菌株为Aspergillus属。3)率先采用CARD-FISH和激光共聚焦显微成像技术,对大浪滩两个剖面的样品进行了分析,厚壁菌门分别占研究剖面细菌总量的76.6%和75.7%酶联荧光原位杂交实验（CARD-FISH）是分离培养结果的补充和印证,来自CARD-FISH的实验结果显示:大浪滩地下沉积物中,剖面P1细菌丰度为（1.54±0.49）×105 g-1,剖面（P2）细菌含量为（3.22±0.95）×105 g-1,其中厚壁菌门分别占76.6%和75.7%,共聚焦显微镜下获得了清晰的细菌菌落图像。而对环境样品进行总DNA的提取,提取到的DNA浓度极低,在1.0-5.0 ng/μl之间。利用细菌引物（27F/1492R与S-D-Bact-0341-b-S-17/S-D-Bact-0785-a-A-21）、古菌引物（Arch1R/Arch1F）和真菌引物（563F/1132R）对DNA进行扩增后,没有获得有效扩增产物。大浪滩的极端性对于生物的生存十分严苛,微生物多样性的研究揭示了产芽孢微生物在高盐、干旱甚至高辐射的环境中生存的优势,也为火星生命探测提供了启示。尽管现代火星表面极端干旱、缺氧和高辐射的环境给生命的出现与维持带来了巨大的挑战,但蒸发盐地区（尤其是地表以下）对于寻找火星生命痕迹仍具有一定的潜力:半透明的表面盐壳能过滤一部分太阳辐射,减弱紫外线对（可能的）有机生命的损伤;蒸发盐易潮解,可以通过吸收火星大气中微量的水蒸气创造适宜生命的微环境。因此,对火星生命的探索可以集中在富含盐类矿物的浅表地区。4)力拓河阶地沉积物中发现了丰富的有机化合物,为研究火星类似环境中的分子化石提供了重要参考。力拓河酸性环境中的古老阶地沉积（2.10 Ma）保存了大量分子化石。利用ToF-SIMS技术,从质谱数据和离子分布图中识别了包括链状碳氢化合物、芳香族、类萜和脂肪酸等有机物,并分析了各有机物的相对丰度和起源。来自类萜化合物的分子片段可能由高等真核生物产生。短链正构烷烃来源于微生物膜的降解或后沉积过程。烯烃基可能与多种生物化学过程有关,比如来自植物和微生物腊的脱羧代谢造成的脂肪酸降解。阶地沉积的成岩过程可能有热液作用的参与,或者沉积埋藏历史中有温度增加事件。酸性河流力拓河的古阶地沉积保存了大量分子化石,证明了极端酸性条件下生命形式的多样性以及成岩作用具有长期保存有机化合物的能力。由于火星子午线平原与力拓河沉积在矿物类别和物化性质上具有相似性,且子午线平原也可能有过酸性水环境历史,因此,如果有生命曾经存在于子午线平原地区,那么成岩过程很可能会保存有关生命的形貌和成分信息方面的证据。对力拓河的类比研究,为探测火星类似环境中生命痕迹提供了理论支持,并为未来分析火星返回样品积累了实验设计和操作方面的经验。