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地球上生命可能起源于星际

2024-04-27科学
在地球孕育生命的摇篮时期,一场奇妙的化学交响曲悄然上演。氮、硫、碳、磷等元素,如同乐队中的基础音符,通过无数次的碰撞与结合,编织出有机分子的美妙旋律。这些元素的大量存在与持续补充,成为这首生命交响曲的必要条件。

然而,地球上的这些元素储量,却如同珍贵的珠宝,稀缺而珍贵。它们如同舞台上的演员,虽然才华横溢,但数量有限。地球的地质过程,如侵蚀和风化,也难以保证这些演员的持续登台,因为地壳中它们的含量实在是太少了。

就在人们为这场生命交响曲能否奏响而担忧时,奇迹出现了。地球最初的5亿年里,一种神秘的前生物化学过程如同一位高超的指挥家,巧妙地引导着这些元素,让它们携手共舞,最终形成了RNA、DNA、脂肪酸和蛋白质等有机分子。这些分子,如同乐谱上的旋律,为生命的诞生奠定了坚实的基础。
在这个奇迹的背后,是大自然的神奇与智慧。它用有限的资源,创造出了无限的可能,让生命在地球上绽放出了绚丽多彩的花朵。而我们,作为这朵花朵的见证者和参与者,更应该珍惜这份来之不易的奇迹,共同守护好这个美丽的家园。

来自外太空的食材?

所需的硫、磷、氮和碳元素是从哪里来的?地质学家、诺米研究员克雷格·沃尔顿坚信,这些元素主要是以宇宙尘埃的形式来到地球的。

这种尘埃是在太空中形成的,例如小行星相互碰撞时产生的。即使到了今天,每年仍有大约3万吨的尘埃落到地球上。

然而,在地球的早期,尘埃的落下量要大得多,每年达到数百万吨。最重要的是,尘埃颗粒含有大量的氮、碳、硫和磷。因此,它们有可能引发一系列化学反应。

然而,尘埃分散得很广,而且任何地方的含量都非常少,这一事实却与此相悖。"但如果你考虑运输过程,情况就会有所不同,"沃尔顿说。风、雨或河流在大面积范围内收集宇宙尘埃,并在某些地点以集中的形式沉积下来。

新模型用于阐明问题。

为了弄清楚宇宙尘埃是否可能是启动前生物化学反应(化学反应)的源头,沃尔顿与剑桥大学的同事一起开发了一个模型。

研究人员利用该模型模拟了我们行星最初5亿年的历史中宇宙尘埃落到地球上的量以及它可能在地球表面积累的位置。他们的研究现已发表在科学期刊【自然-天文学】上。

该模型是由剑桥大学的沉积物专家和天体物理学家共同开发的。英国研究人员擅长模拟行星和小行星系统。

他们的模拟显示,早期地球上可能存在一些尘埃浓度极高的地方。而且这些尘埃的供应不断从太空中得到补充。然而,地球形成后,尘埃雨迅速而急剧地减少:5亿年后,尘埃流量仅为公元零年的十亿分之一。研究人员将偶尔出现的上升趋势归因于小行星的分裂,它们向地球发射了一条尘埃尾巴。

冰盖上的融洞是尘埃陷阱

大多数科学家,包括非专业人士,都认为地球在数百万年前被岩浆海洋所覆盖;这会阻止宇宙尘埃的传输和沉积很长一段时间。然而,最近的研究发现了地球表面迅速冷却并迅速固化的证据,并且形成了大型冰盖,"沃尔顿说。

根据模拟结果,这些冰盖可能是宇宙尘埃积累的最佳环境。冰川表面的融化洞穴,即所谓的"冰生菌洞",不仅允许沉积物积累,还允许来自太空的尘埃颗粒积累。

随着时间的推移,这些相应的元素从尘埃颗粒中释放出来。一旦它们在冰川水中的浓度达到一个关键阈值,化学反应就会自行开始,从而形成生命的起源——有机分子。

即使在熔洞中普遍存在的冰冷温度下,化学过程也很有可能开始:「寒冷不会破坏有机化学 - 相反:低温下的反应比高温下更具选择性和特异性,」沃尔顿说。其他研究人员在实验室中表明,简单的环形核糖核酸(RNA)在这种融水汤中在冰点附近的温度下自发形成,然后自我复制。该论点的一个弱点可能是,在低温下,构建有机分子所需的元素只能非常缓慢地从灰尘颗粒中溶解。