科學家發現地球上生命的組成部分從何而來

來自熔化的星子核心的鐵隕石（左）和源自「原始」、未熔化的星子的球粒隕石（右）。 （圖片來源：Rayssa Martins/Ross Findlay）

英國劍橋—一切都有一個開始，一項新的研究發現，地球上生命的開始是以融化的小行星的形式出現的。英國的新研究追蹤了隕石中鋅的化學指紋，以找到地球上第一個發現的揮發性元素。作者認為，如果沒有這些小行星在地球上相撞，這裡就不會有足夠的化學構件來孕育生命。

揮發物是在低溫下變成蒸氣的元素或化合物。揮發物與水一起構成生物體內最常見的六種元素。根據發表在科學進步隕石中發現的鋅為探索生命起源提供了一個獨特的機會，因為它含有各種揮發性元素的獨特特徵。

先前的研究表明，地球上的鋅來自整個太陽系。大約一半可能來自木星，而另一半可能來自離地球較近的天體。

「關於生命起源的最基本問題之一是我們生命進化所需的材料來自哪裡，」該研究的主要作者、劍橋大學地球科學系的研究員雷薩·馬丁斯在一份媒體新聞稿中說。 “如果我們能夠了解這些物質是如何出現在地球上的，它可能會為我們提供生命如何起源於這裡以及它如何在其他地方出現的線索。”

這項新研究表明，一些地球的組成部分來自其他星子。這些是像地球這樣的岩石行星的主要組成部分。它們透過稱為吸積的過程聚集在一起，年輕恆星周圍的粒子聚集在一起並形成更大的物體。

並非所有星子都是一樣的。太陽系中最早的恆星暴露在高放射性水平下，導致熔化和揮發物損失。同時，星子形成於放射性滅絕並沒有融化，使它們保留了揮發性元素。

這項新研究檢查了透過大量隕石樣本來到地球的不同形式的鋅。這些隕石來自不同的星子。研究人員利用這些數據追溯了地球吸積的時期（需要數千萬年）來模擬鋅到達地球的時間。

模擬結果顯示，融化的星子形成了地球質量的 70%。然而，它們只提供了地球上約 10% 的鋅供應。相反，地球上的鋅來自解凍的材料，這些材料並沒有失去揮發性元素。

「我們知道，行星與其恆星之間的距離是決定該行星形成必要條件的一個決定因素。維持液態水在它的表面，」馬丁斯說。 “但我們的結果表明，並不能保證行星首先會含有正確的物質來擁有足夠的水和其他揮發物——無論它們的物理狀態如何。”

追蹤生命誕生所需元素的起源可以讓我們一睹過去的風采，並有助於在太空其他地方尋找生命。

馬丁斯總結道：“其他年輕的行星系統也可能存在類似的條件和過程。” “在其他地方尋找宜居行星時，我們應該牢記這些不同物質在提供揮發物方面所發揮的作用。”

論文摘要

方法論

該研究涉及分析各種隕石中的鋅 (Zn) 同位素，以了解鋅等地球揮發性元素的來源。採樣的隕石包括來自分化和非分化星子的隕石——從未融化的物體，因此更好地保存了其原始太陽系組成。

研究人員使用複雜的混合模型來模擬不同隕石類型對地球鋅含量的各種貢獻。同位素分析是使用複雜的質譜儀進行的，該質譜儀測量不同鋅同位素的豐度，以追溯到不同類型的太陽系材料的起源。

主要結果

結果顯示，分化的星子（那些已經融化並失去一些揮發物的星子）儘管提供了地球質量的 70% 左右，但只貢獻了地球鋅的 10% 左右。其餘的則來自原始的、未熔化的材料。這意味著原始材料對於向類地行星提供揮發物至關重要。

該研究還使用統計方法（蒙特卡羅模擬）來支持研究結果，表明這些數據與其他同位素測量結果吻合良好，並支持了地球的組成部分來自熔化和未熔化的原始太陽能材料的理論。

研究局限性

這項研究的局限性包括鋅同位素分析的複雜性，這需要高度專業的設備和專業知識。來自像球粒隕石這樣的分化天體的數據是有限的，這可能會歪曲對其對地球鋅庫存的全部貢獻的理解。此外，所使用的模擬必須對行星形成過程中同位素的行為做出一些假設，這可能無法完全捕捉這些過程的複雜性。

討論與要點

這些發現強調了原始的、未分化的小行星在向類地行星輸送生命所需的揮發物（例如鋅）方面的重要性。這些材料可能在地球形成的早期階段發揮了至關重要的作用，提供了不同材料失去的必需揮發物。該研究還表明，地球所在的內太陽系並沒有失去所有揮發性物質，儘管高溫和條件有利於揮發性物質的損失。

資金和披露

該研究獲得了倫敦帝國學院、歐洲研究理事會和英國研究與創新 (UKRI) 的資助。主要研究人員透露，不存在競爭利益，這表明所提出的結果完全基於科學發現，沒有受到外部影響的偏見。