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磷元素|闪电能给地球和其它地方带来生命吗？

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磷元素|闪电能给地球和其它地方带来生命吗？
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在其它星球上搜寻生命的过程就如同烹饪 ， 所有的素材都具备了 —— 水、温暖的气候、浓厚的大气层、适当的养分、有机物以及能量源 。 然而 ， 如果没有一个可以促进这些素材相互反应的过程或环境 ， 那么你只能得到一些毫无用处的原材料 。
所以说 ， 有时候生命需要灵感的火花 —— 也许需要几万亿个 。 一项发表于《自然·通讯》杂志的新研究表明 ， 在地球上生命首次出现的大约 35 亿年前 ， 闪电作为关键媒介合成了构成有机物的磷 。 磷是构成 DNA、RNA、ATP（所有已知生命体的能量来源） ， 以及像细胞膜这样的生物结构的重要物质 。
耶鲁大学的研究人员本杰明·赫斯是这篇新论文的第一作者 ， 赫斯表示 ， “这项研究事实上是一次幸运的发现 。 它为我们在其它类地行星上找到生命存在的证据提供了新的可能性 。 ”
闪电在地球生命诞生的过程中扮演了重要角色的观点早已有之 ， 实验室实验已经证明 ， 由闪电合成的有机物包括诸如氨基酸（蛋白质的构成物质）这样的原始化合物 。
不过 ， 这项新研究从另一方面讨论了闪电的作用 ， 科学家们一直在思考一个有关地球上的早期生命如何获取磷的大问题 。 在数十亿年前 ， 尽管有着大量的水以及二氧化碳 ， 但磷元素还是存在于无法溶解且不能产生化学反应的岩石中 ， 换句话说 ， 磷元素基本上是被封存起来的 。
那么有机物是如何得到这种重要元素的？主流的观点是磷铁镍陨石将磷带到了地球 ， 这种矿物质能够溶于水 ， 因此磷元素就能被生命体所用 。 该理论存在着一个重大问题 ， 那就是在 35 亿年到 45 亿年前地球上生命开始出现的时候 ， 陨石撞击事件的发生率呈指数级下降 ， 而地球需要大量含磷的磷铁镍陨石才能形成生命 。
同时陨石撞击具有相当程度的破坏性 ， 它可以过早地杀死新生生命体（比如说恐龙）或者蒸发掉大部分磷铁镍陨石所带来的磷元素 。
赫斯和同事们认为 ， 他们找到了答案 。 磷铁镍矿还存在于闪电熔岩这样的玻璃物质中 ， 闪电击中地面时就形成了这种物质 ， 它会从岩石中吸收磷元素 。 闪电熔岩同样溶于水 。
2016 年 ， 相关论文的作者们在伊利诺伊州收集到了在闪电击中地面过程中形成的闪电熔岩 ， 不过当初只是通过这些样本来研究极高的闪电温度的影响 ， 他们发现闪电熔岩中含有 0.4% 的磷铁镍矿成分 。
通过闪电熔岩 ， 科学家们只需去测量一下数十亿年前的磷铁镍成分产生量 ， 当时正是地球上生命首次出现的时候 。 大量的文献估计 ， 远古地球时期的大气二氧化碳含量是引发闪电的重要因素 。 在了解了二氧化碳浓度与闪电的关系之后 ， 研究团队使用该数据来确定当时闪电出现的频率 。
赫斯和同事们得出结论 ， 每年数万亿次的闪电会产生 110 到 1.1 万千克的磷铁镍成分 。 随着时间的推移 ， 闪电活动足以产生大量的磷元素 ， 以促进有机物的生长与繁殖 ， 由闪电活动产生的磷元素远远多于陨石所带来的磷元素 。
通过这一发现来了解地球的历史是一件十分有趣的事情 ， 但它也为我们思考地外生命的发展拓展了新的视野 。 赫斯表示 ， “对于那些陨石撞击活动发生概率越来越小的行星来说 ， 这种方式可能会促使生命的诞生 。 ”
这种 “闪电带来生命” 的模型仅仅局限于浅水环境 ， 因为闪电必须将闪电熔岩生成在可以适量溶解以释放磷元素的地方 。 然而在大型水体中 ， 这一情况却不容易发生 。
这种局限性并不是一件坏事 ， 在天文生物学仍将注意力集中在海洋上时 ， 该研究已经将重点转向了没有地表水覆盖的火星等行星 。
需要明确的一点是 ， 这项研究并没有否认陨石撞击在生成磷元素方面的作用 。 赫斯强调 ， 热液喷口等其它形式也可能会代替陨石撞击或闪电 。
最终来看 ， 在 35 亿年前 ， 地球看起来与今天并不相同 ， 我们并不完全清楚是否有足够多的暴露在空气中的岩石（它们需要被闪电击中来产生磷铁镍成分）来生成磷元素 。
赫斯打算让其他科学家来解决这些问题 ， 因为其中涉及到的领域已经超出了他的日常工作 ， 其表示 ， “但我依然希望人们能够重视闪电熔岩 ， 并且在以后对这种方法的可行性进行实验 。 我希望我们的研究会对在浅水环境中搜寻生命提供帮助 ， 这也正是我们目前在火星上进行的工作 。 ”
编辑：王星
责任编辑：许琦敏
来源：DEEPTECH深科技
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