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閃電的高能量產生了一種不尋常形式的磷,這種磷曾經在原始地球上很常見,並且至今仍被許多微生物使用。
磷構成DNA分子的骨架,作為細胞膜的組成部分包裹著每個活細胞,並且是骨骼和牙齒的關鍵成分。作家艾薩克·阿西莫夫曾稱磷為“生命的瓶頸”,因為它佔生物體的1%,但在地球礦物質中僅佔0.1%。
今天,大部分磷透過花崗岩和其他岩石隨時間的風化作用進入世界生態系統,釋放出正磷酸鹽分子:一個磷原子與一個氫原子和四個氧原子相連。但在早期大氣層中氧氣稀少的情況下,古代微生物進化出一種非常不同的化學途徑,將正磷酸鹽分解為亞磷酸鹽,亞磷酸鹽是一種還原形式的磷,只有三個氧原子。由於如今自然界中亞磷酸鹽很少存在,科學家們長期以來一直想知道為什麼許多微生物仍然製造消化它所需的酶。
亞利桑那大學圖森分校的地質學家馬修·帕塞克曾研究過早期生命利用鐵隕石中的磷的可能性,他知道雲地閃電是少數幾種可以產生足夠能量來產生亞磷酸鹽的自然現象之一。當閃電擊中土壤時,它會燒出一個熔融的空心管,稱為雷擊石,帕塞克說它看起來像“一個周圍濺滿玻璃的迷你火山”。
這些雷擊石的重量從幾克到幾十公斤不等,不易找到,隕石經銷商經常付錢給撒哈拉沙漠的遊牧民族,讓他們在旅行期間收集雷擊石。帕塞克以每個幾百美元的價格從世界各地透過eBay、圖森寶石展和其他渠道購買了雷擊石。
然後,他將岩石粉碎以分析它們包含哪種型別的磷分子:在有機土壤中發現的雷擊石中,約22%的磷以亞磷酸鹽的形式存在,而從缺乏有機物質的土壤中提取的其他雷擊石中,有37%至68%的磷以另一種與鐵相關的貧氧形式存在。這項研究結果本週發表在《自然·地球科學》雜誌上。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)
"當閃電擊中時,它就像一個迷你冶煉爐,有機分子從磷中剝離氧," 帕塞克說。
但是閃電對全球磷迴圈有多重要呢? 閃電每秒擊中地球 44 次,這意味著它每年可能僅產生 2,000 到 3,000 公斤的亞磷酸鹽。 如今,人類透過鋼鐵腐蝕和舊汽車生鏽引入的亞磷酸鹽量是這個數字的數千倍。
因此,北愛爾蘭貝爾法斯特女王大學的微生物學家約翰·奎因表示,帕塞克的發現“與其說是重要,不如說是更有趣”。即便如此,他對這項研究印象深刻,並希望它能激勵地質學家在環境中尋找更重要的亞磷酸鹽來源。
到目前為止,帕塞克是唯一的行動者。 他說:“已經有很多生物學家說必須存在還原磷的地質來源,而地質學家則說磷有點無聊。” 如果雷擊石不是還原磷的唯一來源,那麼它們至少是最引人注目的來源。