新研究发现地球上生命的第一个组成部分可能是由于太阳爆发而形成的
据美国宇航局：一项新的研究发现，地球上生命的第一个组成部分可能是由于太阳爆发而形成的。
一系列化学实验显示了太阳粒子如何与地球早期大气中的气体碰撞，形成氨基酸和羧酸，这是蛋白质和有机生命的基本组成部分。这些发现发表在《生活》杂志上。
艺术家对早期地球的概念。鸣谢:美国宇航局
为了了解生命的起源，许多科学家试图解释氨基酸是如何形成的，氨基酸是蛋白质和所有细胞生命的原材料。最著名的提议起源于19世纪晚期，当时科学家们推测生命可能始于一个“温暖的小池塘”:由闪电、热量和其他能源激发的化学物质的汤，可以以浓缩的量混合在一起形成有机分子。
1953年，芝加哥大学的斯坦利·米勒试图在实验室重现这些原始条件。米勒用甲烷、氨、水和分子氢——被认为在地球早期大气中普遍存在的气体——填充了一个封闭的小室，并反复点燃电火花来模拟闪电。一周后，米勒和他的研究生导师哈罗德·尤里分析了小室的内容物，发现已经形成了20种不同的氨基酸。
“这是一个巨大的发现，”马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的恒星天体物理学家、新论文的合著者弗拉基米尔·艾拉佩提安说。"从早期地球大气的基本成分中，你可以合成这些复杂的有机分子."
但过去的70年让这种解释变得复杂了。科学家现在认为氨(NH3)和甲烷(CH4)远没有那么丰富；相反，地球的空气中充满了二氧化碳(CO2)和分子氮(N2)，需要更多的能量才能分解。这些气体仍能产生氨基酸，但数量会大大减少。
为了寻找替代能源，一些科学家指出来自流星的冲击波。其他人提到了太阳紫外线辐射。Airapetian使用美国宇航局开普勒任务的数据，指出了一个新的想法:来自我们太阳的高能粒子。
开普勒在遥远恒星生命周期的不同阶段对它们进行了观察，但它的数据提供了关于我们太阳过去的线索。2016年，Airapetian发表了一项研究，表明在地球的第一个1亿年里，太阳变暗了约30%。但是太阳“超级耀斑”——我们今天大约100年才看到一次的强大爆发——将会每3-10天爆发一次。这些超级耀斑发射出接近光速的粒子，这些粒子会定期与我们的大气层发生碰撞，引发化学反应。
“我一发表那篇论文，日本横滨国立大学的团队就联系了我，”Airapetian说。
小林博士是那里的化学教授，他花了30年的时间研究前生物化学。他试图理解银河宇宙射线——来自太阳系外的粒子——是如何影响早期地球大气层的。“大多数研究人员忽略了银河宇宙射线，因为它们需要专门的设备，如粒子加速器，”小林说。“我非常幸运，能够接触到我们工厂附近的几家工厂。”对小林建的实验装置稍作调整，就能检验Airapetian的想法。
Airapetian、Kobayashi和他们的合作者创造了一种气体混合物，与我们今天所了解的早期地球大气层相匹配。他们将二氧化碳、分子氮、水和不同数量的甲烷结合在一起。(甲烷在地球早期大气中的比例不确定，但被认为很低。)他们用质子(模拟太阳粒子)射击气体混合物，或者用火花放电(模拟闪电)点燃它们，复制米勒-尤里实验进行比较。
只要甲烷的比例超过0.5%，被质子(太阳粒子)击中的混合物就会产生可检测到的氨基酸和羧酸。但是火花放电(闪电)需要大约15%的甲烷浓度才能形成任何氨基酸。
“即使是15%的甲烷，闪电产生氨基酸的速度也比质子少一百万倍，”Airapetian补充道。质子也倾向于比火花放电点燃的质子产生更多的羧酸(氨基酸的前体)。
太阳爆发的特写镜头，包括太阳耀斑、日冕物质抛射和太阳高能粒子事件。鸣谢:美国宇航局戈达德太空飞行中心
在其他条件相同的情况下，太阳粒子似乎是比闪电更有效的能源。但Airapetian认为，所有其他因素可能都不平等。米勒和尤里认为，在“温暖的小池塘”时代，闪电和今天一样常见。但是，来自上升暖空气形成的雷雨云的闪电，在30%昏暗的太阳下会更罕见。
“在寒冷的条件下，你永远不会有闪电，早期的地球处于非常微弱的太阳之下，”Airapetian说。“这并不是说它不可能来自闪电，但闪电现在似乎不太可能，太阳粒子似乎更有可能。”
这些实验表明，我们年轻活跃的太阳可能比以前认为的更容易、更早地催化生命的前身。
迈尔斯·哈特菲尔德马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心。
