一項新的研究發(fā)現(xiàn)，地球上生命的第一批組成部分可能是由于太陽的噴發(fā)而形成的。
一系列化學(xué)實驗表明，太陽粒子如何與地球早期大氣中的氣體碰撞，形成氨基酸和羧酸，這是蛋白質(zhì)和有機生命的基本組成部分。研究結(jié)果發(fā)表在《生活》雜志上。
為了了解生命的起源，許多科學(xué)家試圖解釋氨基酸，即蛋白質(zhì)和所有細(xì)胞生命的原材料是如何形成的。最著名的提議起源于 1800 年代后期，當(dāng)時科學(xué)家推測生命可能始于一個“溫暖的小池塘”：一種化學(xué)物質(zhì)湯，由閃電、熱量和其他能源提供能量，可以濃縮地混合在一起形成有機分子。
1953年，芝加哥大學(xué)的斯坦利·米勒(Stanley Miller)試圖在實驗室中重現(xiàn)這些原始條件。米勒用甲烷、氨、水和分子氫(被認(rèn)為是地球早期大氣中普遍存在的氣體)填充了一個封閉的房間，并反復(fù)點燃電火花來模擬閃電。一周后，米勒和他的研究生導(dǎo)師哈羅德·尤里(Harold Urey)分析了房間的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)形成了20種不同的氨基酸。
“這是一個重大的啟示，”馬里蘭州格林貝爾特NASA戈達(dá)德太空飛行中心的恒星天體物理學(xué)家弗拉基米爾·艾拉佩蒂安(Vladimir Airapetian)說，他是這篇新論文的合著者。“從早期地球大氣的基本成分中，你可以合成這些復(fù)雜的有機分子。
但過去的70年使這種解釋變得復(fù)雜。科學(xué)家現(xiàn)在相信氨(NH3)和甲烷(CH4)遠(yuǎn)沒有那么豐富;相反，地球的空氣中充滿了二氧化碳(CO2)和分子氮(N2)，這需要更多的能量來分解。這些氣體仍然可以產(chǎn)生氨基酸，但數(shù)量大大減少。
為了尋找替代能源，一些科學(xué)家指出了來自即將到來的流星的沖擊波。其他人則引用了太陽紫外線輻射。Airapatian利用美國宇航局開普勒任務(wù)的數(shù)據(jù)，指出了一個新想法：來自太陽的高能粒子。
開普勒在其生命周期的不同階段觀察了遙遠(yuǎn)的恒星，但它的數(shù)據(jù)提供了關(guān)于我們太陽過去的暗示。2016年，Airapetian發(fā)表了一項研究表明，在地球最初的100億年中，太陽暗了約30%。但是太陽“超級耀斑”——我們今天每100年左右只看到一次的強大噴發(fā)——每3-10天就會爆發(fā)一次。這些超級耀斑會發(fā)射近光速粒子，這些粒子會定期與我們的大氣層碰撞，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。
“我發(fā)表那篇論文后，日本橫濱國立大學(xué)的團隊聯(lián)系了我，”Airapetian說。
小林博士是那里的化學(xué)教授，在過去的30年里一直在研究益生元化學(xué)。他試圖了解銀河宇宙射線 - 來自太陽系外的入射粒子 - 如何影響早期地球的大氣層。“大多數(shù)研究人員忽略了銀河宇宙射線，因為它們需要專門的設(shè)備，如粒子加速器，”小林說。“我很幸運能夠在我們的設(shè)施附近使用其中的幾個。對小林的實驗設(shè)置進(jìn)行微小的調(diào)整可能會考驗Airapatian的想法。
Airapetian，Kobayashi和他們的合作者創(chuàng)造了一種與我們今天所理解的早期地球大氣相匹配的氣體混合物。他們結(jié)合了二氧化碳、分子氮、水和不同數(shù)量的甲烷。(地球早期大氣中的甲烷比例不確定，但被認(rèn)為很低。他們用質(zhì)子(模擬太陽粒子)射擊氣體混合物，或者用火花放電(模擬閃電)點燃它們，復(fù)制米勒-尤里實驗進(jìn)行比較。
只要甲烷比例超過0.5%，質(zhì)子(太陽粒子)噴射的混合物就會產(chǎn)生可檢測量的氨基酸和羧酸。但是火花放電(閃電)需要大約15%的甲烷濃度才能形成任何氨基酸。
“即使在15%的甲烷下，閃電產(chǎn)生的氨基酸速度也比質(zhì)子低一百萬倍，”Airapetian補充道。質(zhì)子也傾向于產(chǎn)生比火花放電點燃的更多的羧酸(氨基酸的前體)。
在其他條件相同的情況下，太陽粒子似乎是比閃電更有效的能源。但其他一切可能都不平等，Airapetian建議。米勒和尤里認(rèn)為，閃電在“溫暖的小池塘”時代和今天一樣普遍。但是，來自由上升的暖空氣形成的雷云的閃電在30%的暗日下會更罕見。
“在寒冷的條件下，你永遠(yuǎn)不會有閃電，早期的地球在相當(dāng)微弱的陽光下，”Airapetian說。“這并不是說它不可能來自閃電，但現(xiàn)在閃電似乎不太可能，太陽粒子似乎更有可能。
這些實驗表明，我們活躍的年輕太陽可能比以前假設(shè)的更容易催化生命的前體，也許更早。
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