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许多关于地球生命起源的理论认为,生命前物质可能从外太空通过小行星或彗星来到地球。但一项新的研究表明,陨石撞击引发的极端化学反应可能在早期海洋中启动了生命,而不是预先输送生命的组成部分。该论文的作者表示,撞击原始海洋的陨石可能提供了大量的碳,这对生命至关重要,并通过撞击力创造了一种化学压力锅,以合成生物分子的基础。
研究人员今天在《自然-地球科学》杂志上报告说,他们复制了球粒陨石(一种常见的陨石)以大约每秒1.25英里(两公里)的速度撞击海洋的情况。研究小组通过对球粒陨石的化学成分(铁、镍和碳)以及水和氮(据信在早期大气中含量丰富)进行冲击压缩来完成这项实验。由此产生的压力和温度(可能超过华氏5000度(摄氏2760度))产生了一系列有机(碳基)化合物,如脂肪酸和胺。当将氨(先前研究表明撞击可以产生氨)添加到起始混合物中时,实验还产生了甘氨酸(一种简单的氨基酸)。
该研究的共同作者,日本筑波国立材料科学研究所的研究员关根寿史表示,他对实验结果感到惊讶,并补充说“我们发现了许多额外的分子,但尚未进行分析。” 主要作者,日本仙台东北大学的博士候选人古川善博表示,鉴于这些结果,“我们可以说,那些海洋撞击事件是早期地球上产生各种生物分子的非常有效的过程。” 但他很快指出,尚不清楚需要多少或多少种这些生物分子才能启动生命。
为了确保有机化合物是由模拟撞击的冲击(而不是外部来源)产生的,古川小组在陨石替代物中使用了碳13,这是一种稀有的元素同位素。作者表示,检测到的分子富含碳13而不是更常见的碳12,这一事实排除了污染的可能性。
SETI研究所位于加利福尼亚州山景城的天体生物学家詹妮弗·布兰克说:“展示你可以利用撞击的能量来创造有机键,这很棒。” 但她担心,关于生命起源的理论可能永远无法超越假设。“作为这个领域的普通人,当然,令人沮丧的事情之一是我们永远不会知道答案,”她说。“但作为另一种为有机化合物清单做出贡献的机制,这很酷。”
华盛顿大学的天文学家唐纳德·布朗利表示赞同,他指出,虽然大多数理论认为有机分子来自太空或由地球过程形成,“但考虑到它们可能在这里制造出来,因为物质正在从太空坠落,这很有意思。” 与此同时,布朗利想知道,一块足够大且足够强大的陨石,能够穿透大气层并高速撞击海洋,是否会阻止有机物的形成。“如果物体太大,”他说,“产生的物质可能会被撞击过程破坏。”
关根、古川及其同事的研究是一种海洋动力撞击类比,类似于米勒-尤里实验,这是芝加哥大学已故化学家斯坦利·米勒在1953年进行的传奇性演示,他与同事哈罗德·尤里一起证明,对早期大气层的疑似成分施加放电会产生大量的氨基酸。10月份,加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的海洋化学家杰弗里·巴达和他的同事发表了对米勒在不同实验装置中采集的一些样本的重新分析。巴达和他的合作者发现的有机物质甚至比米勒本人宣布的还要多——22种氨基酸和5种胺。
关根警告说,陨石撞击理论尚未准备好取代备受推崇的米勒-尤里实验。他说,这项新研究的结果仅仅是“打开了一扇门,讨论”陨石撞击作为地球生命起源的可能性。“我们确实需要测试形成更复杂氨基酸的可能性,”他说。