地球上的生命是雷劈出来的吗？
翻译：刘峰
校译：费思敏
编排：刘斯媛
后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤 胡永威
文章来源：
https://earthsky.org/earth/lightning-strikes-spark-life-on-earth-phosphorus
一项新的研究表明，早期地球持续了十多亿年的雷击，雷击所释放的活性磷元素可能激发了生命起源的火花。
（一张画得不怎么样的）早期地球雷击想象图
图源：露西·恩特威斯勒/耶鲁大学
地球生命的起源是科学家所面临的最复杂的难题之一。这不仅涉及识别创造一个可自我复制的有机体所必须的大量化学反应，而且还需要找到每个化学反应所需成分的现实来源。
研究生命起源的科学家长期面临的一个特殊问题，就是难以捉摸的磷元素的来源。磷是构建细胞基本结构和功能的重要元素。例如，它是构成DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）分子双螺旋结构的基础。
双链结构的DNA与单链结构的RNA
虽然该元素分布很广泛，但在大约40亿年前的早期地球上，几乎所有的磷都被封印在难以溶解且不活跃的矿物中。这意味着磷虽然原则上存在，但无法制造出生命所需的化合物。
在这篇新论文中，我们认为雷击会提供广泛的磷元素来源。这意味着雷击可能激发了地球上的生命，甚至可能帮助其他类地行星开启生命起源的进程。
早期地球上磷可能来源于一种不寻常的矿石---陨磷铁矿，在陨石中含有少量陨磷铁矿。实验表明，陨磷铁矿能溶于水，并产生磷水溶液，可以反应并形成对生命至关重要的各种有机分子。例如核苷酸、DNA和RNA的基本成分，以及磷酸胆碱（构成细胞膜的脂质分子的前体）。
但除了陨石，陨磷铁矿还有另一个可能的来源。在研究雷击产生的玻璃结构时，我们在其内部发现了大量的这种不寻常的陨磷铁矿。
如果雷击产生了大量的陨磷铁矿和其他活性磷矿物，那么闪电可能是生命所需的活性磷的另一个来源！
为了搞搞清楚，我们估计了从45亿年前地球形成时到35亿年前我们拥有最早的生命化石证据时这十亿年间雷击形成的磷的质量。
闪电熔岩样本
图源：本杰明·赫斯
我们的研究
为此，我们需要估算三个数值：每年形成的闪电熔岩的数量；早期地球上的岩石中的含磷量以及有多少磷经雷击变成活性磷。
闪电击中地面时会形成闪电熔岩，所以首先我们需要知道那时会有多少闪电。为了确定闪电的数量，我们查看了早期地球大气中二氧化碳的估计值，以及地球上不同含量的二氧化碳对应的闪电量估计值。大气中的二氧化碳可用于估计全球温度，这是控制雷暴频率的关键因素。
我们发现，在早期地球上，每年会有1亿到10亿次雷击，每次雷击都会形成一块闪电熔岩。在地球历史上的头10亿年里，总共会形成多达1百亿亿（10¹⁸）块闪电熔岩。
对于第二个因素，我们知道早期地球很可能遍布类似于组成夏威夷火山岛屿的玄武岩。因此我们使用其中一些寿命超过35亿年的岩石中的磷含量来确定当时的平均磷含量。
最后，我们使用自己的和其他已发表的闪电熔岩研究成果来估计通过雷击会形成多少陨磷铁矿或类似形式的活性磷。
结合所有这些因素，我们计算出雷击每年可为有机反应提供超过10吨的磷元素。
根据我们对早期地球的了解，大约35亿年前生命起源时，闪电提供的活性磷和陨石贡献的几乎一样多。因此，雷击以及陨石撞击很可能为地球上生命的出现提供了必须的磷元素。
系外行星生命
我们的研究还特别提出了其他类地行星上生命起源所需磷元素的一个新来源。
与陨石撞击相比，雷击是一种更持续稳定的磷元素来源。因为，随着太阳系中残余物质与行星不断撞击，太阳系中大型陨石的丰度会随时间而呈指数级下降。
因此，虽然陨石在行星的早期为生命提供了大量可用的磷，但它们的丰度却迅速减少。然而，随着时间的推移，雷击却相对稳定。
我们的工作有助于扩展太阳系内外其他行星上生命形成的条件。如果一颗行星有活跃、富含闪电的大气层，那么生命所需的磷元素就随处可得。
芝加哥大学使用光谱分析闪电熔岩的切割样本
图源：耶鲁大学
一句话总结：一项最新研究表明，连续10亿年的雷劈所释放的活性磷可能激发了早期地球生命起源的火花。
该项成果的研究人员为：
- 本杰明·赫斯（Benjamin Hess），耶鲁大学地球与行星科学博士生
- 贾森·哈维（Jason Harvey），利兹大学地球化学副教授
- 桑德拉·皮亚佐洛（ Sandra Piazolo），利兹大学结构地质学和构造学教授
『天文时刻』 牧夫出品
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火星上的古代冰崖 图源：美国国家航空航天局