石頭與翻滾:隕石撞擊早期地球海洋可能有助於生命的誕生

隕石撞擊產生的熱量、壓力和碳是否創造了生物前體?


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許多關於地球生命起源的理論認為,生命前物質可能從外太空透過小行星或彗星來到地球。但一項新的研究表明,隕石撞擊引發的極端化學反應可能在早期海洋中啟動了生命,而不是預先輸送生命的組成部分。該論文的作者表示,撞擊原始海洋的隕石可能提供了大量的碳,這對生命至關重要,並透過撞擊力創造了一種化學壓力鍋,以合成生物分子的基礎。

研究人員今天在《自然-地球科學》雜誌上報告說,他們複製了球粒隕石(一種常見的隕石)以大約每秒1.25英里(兩公里)的速度撞擊海洋的情況。研究小組透過對球粒隕石的化學成分(鐵、鎳和碳)以及水和氮(據信在早期大氣中含量豐富)進行衝擊壓縮來完成這項實驗。由此產生的壓力和溫度(可能超過華氏5000度(攝氏2760度))產生了一系列有機(碳基)化合物,如脂肪酸和胺。當將氨(先前研究表明撞擊可以產生氨)新增到起始混合物中時,實驗還產生了甘氨酸(一種簡單的氨基酸)。

該研究的共同作者,日本筑波國立材料科學研究所的研究員關根壽史表示,他對實驗結果感到驚訝,並補充說“我們發現了許多額外的分子,但尚未進行分析。” 主要作者,日本仙台東北大學的博士候選人古川善博表示,鑑於這些結果,“我們可以說,那些海洋撞擊事件是早期地球上產生各種生物分子的非常有效的過程。” 但他很快指出,尚不清楚需要多少或多少種這些生物分子才能啟動生命。

為了確保有機化合物是由模擬撞擊的衝擊(而不是外部來源)產生的,古川小組在隕石替代物中使用了碳13,這是一種稀有的元素同位素。作者表示,檢測到的分子富含碳13而不是更常見的碳12,這一事實排除了汙染的可能性。

SETI研究所位於加利福尼亞州山景城的天體生物學家詹妮弗·布蘭克說:“展示你可以利用撞擊的能量來創造有機鍵,這很棒。” 但她擔心,關於生命起源的理論可能永遠無法超越假設。“作為這個領域的普通人,當然,令人沮喪的事情之一是我們永遠不會知道答案,”她說。“但作為另一種為有機化合物清單做出貢獻的機制,這很酷。”

華盛頓大學的天文學家唐納德·布朗利表示贊同,他指出,雖然大多數理論認為有機分子來自太空或由地球過程形成,“但考慮到它們可能在這裡製造出來,因為物質正在從太空墜落,這很有意思。” 與此同時,布朗利想知道,一塊足夠大且足夠強大的隕石,能夠穿透大氣層並高速撞擊海洋,是否會阻止有機物的形成。“如果物體太大,”他說,“產生的物質可能會被撞擊過程破壞。”

關根、古川及其同事的研究是一種海洋動力撞擊類比,類似於米勒-尤里實驗,這是芝加哥大學已故化學家斯坦利·米勒在1953年進行的傳奇性演示,他與同事哈羅德·尤里一起證明,對早期大氣層的疑似成分施加放電會產生大量的氨基酸。10月份,加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯海洋研究所的海洋化學家傑弗裡·巴達和他的同事發表了對米勒在不同實驗裝置中採集的一些樣本的重新分析。巴達和他的合作者發現的有機物質甚至比米勒本人宣佈的還要多——22種氨基酸和5種胺。

關根警告說,隕石撞擊理論尚未準備好取代備受推崇的米勒-尤里實驗。他說,這項新研究的結果僅僅是“打開了一扇門,討論”隕石撞擊作為地球生命起源的可能性。“我們確實需要測試形成更復雜氨基酸的可能性,”他說。

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