地球物理學(xué)和現(xiàn)有的化石記錄表明，生命很可能起源于45~38億年的冥古宙時(shí)期。然而，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)出現(xiàn)復(fù)雜化學(xué)性質(zhì)的環(huán)境條件卻鮮為人知。氨基酸是蛋白質(zhì)和所有細(xì)胞生命的原料，為了理解生命的起源，許多科學(xué)家試圖解釋氨基酸是如何形成的。
【資料圖】
早期的生命起源理論??
早期的生命起源理論認(rèn)為，最初的非生物分子可能起源于一個(gè)“溫暖的小池塘”，里面充滿了豐富的甲烷（CH?）、氨（NH?）、水（H?O）等化學(xué)物質(zhì)，它們受到閃電、熱量這些外部能量源的激發(fā)，導(dǎo)致化學(xué)不平衡，進(jìn)而形成了有機(jī)分子。
早期地球的藝術(shù)構(gòu)想圖。（圖/NASA）
著名的米勒-尤里實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種理論。上世紀(jì)50年代初，芝加哥大學(xué)的坦利·米勒（Stanley?Miller）和哈羅德·尤里（Harold?Urey）進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們在一個(gè)密閉的腔室內(nèi)充滿水、氨、氫和甲烷，然后反復(fù)用電火花來模擬閃電。一周后，他們分析了腔室的內(nèi)容物，發(fā)現(xiàn)有20種不同的氨基酸已經(jīng)形成。
這是一個(gè)很大的啟示，它表明生命出現(xiàn)所必需的復(fù)雜有機(jī)分子，可以從早期地球大氣中的一些基本成分形成。然而，在過去的70年里，這一解釋變得越來越復(fù)雜。因?yàn)榭茖W(xué)家現(xiàn)在認(rèn)為，在地球的早期大氣中，氨和甲烷遠(yuǎn)沒有那么豐富，而是充滿了二氧化碳和氮?dú)?/strong>。
雖然二氧化碳和氮?dú)庖材墚a(chǎn)生氨基酸，但這兩種分子需要更多能量才能分解，而且產(chǎn)生的氨基酸數(shù)量也會大大減少。在尋找其他的能量來源過程中，科學(xué)家們已經(jīng)分析過熱能、紫外線、電離輻射，以及來自流星的激波。
現(xiàn)在，一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)在《生命》雜志上發(fā)表了一篇新的論文，他們利用NASA的“開普勒計(jì)劃”所收集到的數(shù)據(jù)，以及一系列化學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，很可能是太陽的高能粒子與地球早期大氣中的氣體的碰撞，形成了蛋白質(zhì)和有機(jī)生命的基本組成部分——氨基酸和羧酸（氨基酸的前體）。
跨界合作??
開普勒計(jì)劃對處于生命周期的不同階段的遙遠(yuǎn)恒星進(jìn)行觀測，從它捕捉到的觀測數(shù)據(jù)中，科學(xué)家可以獲取有關(guān)于太陽過去的線索。
利用這些觀測數(shù)據(jù)，天體物理學(xué)家Vladimir Airapetian在2016年發(fā)表了一項(xiàng)研究，表明在地球的前1億年里，太陽的亮度比現(xiàn)在暗30%左右；另外，現(xiàn)如今每一百年左右才會出現(xiàn)一次的太陽“超級耀斑”，在那時(shí)每隔3~10天就會爆發(fā)一次。超級耀斑發(fā)射出接近光速的粒子，這些粒子會定期與我們的大氣層相撞，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。
那項(xiàng)研究一經(jīng)發(fā)表便引起了日本橫濱國立大學(xué)的Kensei?Kobayashi的興趣。Kobayashi是一名化學(xué)教授，在過去30年里一直研究前生命化學(xué)。他試圖了解銀河系宇宙線是如何影響早期的地球大氣的。
在這類研究中，大多數(shù)科學(xué)家會選擇忽略銀河系宇宙射線，因?yàn)檠芯窟@些來自太陽系之外的粒子需要專門的設(shè)備，比如粒子加速器。Kobayashi和他的團(tuán)隊(duì)可以很方便地接觸到這樣的設(shè)備，因此他們只需對實(shí)驗(yàn)裝置稍加調(diào)整，就能檢驗(yàn)Airapetian的猜測。
于是，Airapetian與Kobayashi合作，創(chuàng)造出了一種與我們?nèi)缃袼斫獾脑缙诘厍虼髿庀嗨频臍怏w混合物。由于目前尚不確定地球早期大氣中的甲烷含量（被認(rèn)為很低），他們將不定量的少量甲烷與二氧化碳、分子氮、水混合在一起。
接著，為了模擬太陽的高能粒子，他們向氣體混合物發(fā)射了質(zhì)子。與此同時(shí)，他們也用電火花放電來模擬閃電點(diǎn)燃?xì)怏w混合物。
更高效的能量來源??
他們發(fā)現(xiàn)，只要甲烷的比例超過0.5%，用質(zhì)子（太陽粒子）撞擊過的氣體混合物就能產(chǎn)生可偵檢數(shù)量的氨基酸和羧酸。但是通過電火花放電（閃電）則需要甲烷濃度達(dá)到大約15%才能形成氨基酸。而且即使甲烷含量達(dá)到15%，閃電所生氨基酸的速度也只有質(zhì)子的百萬分之一。不僅如此，與電火花放電相比，質(zhì)子撞擊也更傾向于產(chǎn)生更多的羧酸。
太陽爆發(fā)事件，它包括太陽耀斑、日冕物質(zhì)拋射和太陽高能粒子事件。（圖/NASA"s Goddard Space Flight Center）
如此看來，在其他條件相同的情況下，太陽粒子似乎是一種比閃電更高效的能量源。但Airapetian表示，其他因素可能并不相同。他指出，米勒和尤里假定閃電在“溫暖的小池塘”時(shí)代和在今天一樣普遍。
但是，由上升的暖空氣形成的雷云所產(chǎn)生的閃電，在太陽亮度比現(xiàn)在低30%的情況下應(yīng)該更罕見才對。而在寒冷的條件下，可能根本不會有閃電存在。早期地球是被一個(gè)相當(dāng)微弱的太陽照耀，雖然這并不是說這一切不可能來自閃電，但它表明是閃電的概率很低，而太陽粒子則更有可能。
總的來說，新的研究表明，我們活躍的年輕太陽，比之前認(rèn)為的還要更輕易地，甚至可能更早地催化了生命的前體。
#創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)：
編譯：不二北斗
排版：雯雯
#參考來源：
https://www.mdpi.com/2075-1729/13/5/1103
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/sun/a-stormy-active-sun-may-have-kickstarted-life-on-earth
#圖片來源：
封面圖&首圖：NASA
