和所有蹒跚学步的孩子一样,婴儿时期的“太阳”绝对是一次考验。它又踢又叫,每隔几天就会用强大的超级耀斑袭击周围的空间。
曾几何时,我们认为这些爆发会对地球上的生命构成障碍。但证据表明它们可能是引发这一切的导火索,因为太阳粒子与地球早期大气中的分子碰撞,产生了基本的构建块,这些构建块后来结合起来创造了生命。
现在通过用模拟的太阳粒子和闪电轰击原始大气的复制品实验室,研究人员创造了氨基酸和羧酸——蛋白质和生命的两种必需的基本成分。
“我们首次通过实验表明,由于质子照射,非还原性气体混合物中氨基酸和羧酸的生产率可以大大超过通过银河宇宙射线和火花放电产生的这些分子的生产率,”撰写由化学家 Kensei Kobayashi 领导的团队日本横滨国立大学博士。
“这提供了实验证据,支持年轻太阳中太阳高能粒子事件作为能源的重要性,这些能源是合成在早期地球不同水生地质环境中沉积和积累的生物学重要分子所需的。”
地球是宇宙中唯一我们确信存在生命的地方。然而我们不知道为什么大约 40 亿年前复杂的化学开始像以前那样自我复制。我们对基础知识有一个非常粗略的了解,但事实证明将具体细节拼凑起来有点棘手。
长期以来,科学家认为可能发挥作用,与分子、热和水相互作用形成氨基酸,这是生命赖以生存的基本分子。
实验似乎表明这是准确的。 1953 年,当被认为构成地球早期大气的气体混合在一起并产生火花时,形成的氨基酸。当时,我们认为地球的早期大气中充满了大量的甲烷、氨、水蒸气和分子氢。考虑到这些假设,实验倾向于关注由这些物质组成的气体混合物。
然而,后来的研究表明,地球大气层的甲烷和氨含量毕竟不那么丰富。相反,它主要是由火山活动产生的气体——二氧化碳和分子氮,以及少量的甲烷。对该混合物进行的类似火花实验导致氨基酸生产效率非常低。
随后有人提出可能涉及银河宇宙射线。模仿这一过程的实验用质子照射模拟的早期大气,从而更适合生产氨基酸。但在地球早期发展过程中,银河宇宙射线的照射是否足以提供生命所需的化学物质仍然存在争议。
突破2016 年,美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳科学家弗拉基米尔·艾拉佩蒂安 (Vladimir Airapetian) 领导的团队决定近距离观察太阳。这似乎有点违反直觉;乍一看,太阳的早期行为似乎不利于生命的产生。它不仅非常暴躁,而且温度更低、亮度更低,输出功率仅为当前输出的 70%。
艾拉佩蒂安和他的团队表明,太阳的暴躁可以弥补它的寒冷,用超级耀斑袭击地球尽管太阳很冷,但它仍可能使地球变暖,并引发产生益生元分子的化学反应。小林花了数十年时间研究生命起源化学,他联系了 Airapetian 进行调查。
该团队制作了多种模拟早期地球大气的气体混合物,其中含有不同比例的分子氮、二氧化碳、水蒸气和甲烷。这些混合物被放置在一个室中,在那里它们受到质子照射以模拟太阳耀斑的效果,或受到放电以模拟闪电。
效果令人着迷。研究人员发现,混合物中至少需要含有15%的甲烷才能使火花产生氨基酸,这可不是一个小数目。然而,模拟的太阳粒子产生的氨基酸和羧酸的混合物仅含有 0.5% 的甲烷。
这远非铁证,但它确实表明,猖獗的太阳活动可能在生命的起源中发挥了重要作用。尽管闪电可能发挥了一些作用,但它的贡献可能要小得多。
“即使甲烷含量为 15%,闪电产生的氨基酸生成率也比质子生成的氨基酸生成率低一百万倍,”艾拉佩蒂安 说。
“在寒冷的条件下,你永远不会有闪电,早期的地球在非常微弱的太阳下。这并不是说它不可能来自闪电,但现在闪电似乎不太可能出现,而太阳粒子似乎更有可能。”
这可能是了解我们如何以及为何到达这里的重要线索,但它也可以帮助天文学家确定生命起源前的化学物质在其他地方也可能形成。例如,美国宇航局的好奇号火星车在表面上,这表明固氮(将分子氮与其他元素结合形成化合物)曾经在火星上相对有效。也许狂暴的太阳也有影响。
该研究发表于生活。