暴风雨、活跃的太阳可能启动了地球上的生命

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的喷发而形成的。

一系列化学实验表明，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。研究结果发表在《生活》杂志上。

艺术家对早期地球的概念。

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世纪末，当时科学家们推测生命可能始于一个“温暖的小池塘”：一种由闪电、热量和其他能源激发的化学物质组成的汤，可以浓缩在一起形成有机分子。

1953年，芝加哥大学的斯坦利·米勒试图在实验室中重现这些原始条件。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——填充了一个封闭的腔室，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·尤里分析了会议室的内容物，发现形成了20种不同的氨基酸。

马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的恒星天体物理学家、这篇新论文的合著者Vladimir Airapetian说：“这是一个重大发现。”。“从早期地球大气层的基本成分中，你可以合成这些复杂的有机分子。”

但在过去的70年里，这种解释变得复杂起来。科学家们现在认为氨（NH3）和甲烷（CH4）的含量要少得多；相反，地球的空气中充满了二氧化碳（CO2）和分子氮（N2），它们需要更多的能量才能分解。这些气体仍然可以产生氨基酸，但数量大大减少。

为了寻找替代能源，一些科学家指出了来自来袭流星的冲击波。其他人则引用了太阳紫外线辐射。Airapetian利用美国国家航空航天局开普勒任务的数据，提出了一个新的想法：来自太阳的高能粒子。

开普勒观测到遥远恒星在其生命周期的不同阶段，但其数据提供了关于太阳过去的线索。2016年，Airapetian发表了一项研究，表明在地球的前1亿年里，太阳的亮度约为30%。但太阳“超级耀斑”——我们今天大约每100年才看到一次强大的喷发——可能每3-10天就会爆发一次。这些超级巨星发射出接近光速的粒子，这些粒子会定期与我们的大气层碰撞，引发化学反应。

40亿年前，来自我们年轻的太阳的能量帮助地球大气层中产生分子，使其升温到足以孕育生命的程度。

Airapetian说：“我一发表那篇论文，来自日本横滨国立大学的团队就联系了我。”。

Kobayashi博士是那里的化学教授，在过去的30年里，他一直在研究益生元化学。他试图了解银河系宇宙射线——来自太阳系外的入射粒子——是如何影响早期地球大气层的。小林说：“大多数研究人员都忽略了银河系宇宙射线，因为它们需要专门的设备，比如粒子加速器。我很幸运能在我们的设施附近接触到其中的几个。”对小林的实验设置进行微小的调整，可能会考验Airapetian的想法。

Airapetian、Kobayashi和他们的合作者创造了一种与我们今天所理解的早期地球大气层相匹配的气体混合物。它们结合了二氧化碳、分子氮、水和可变量的甲烷。（地球早期大气中的甲烷比例不确定，但被认为很低。）他们用质子（模拟太阳粒子）发射气体混合物，或用火花放电（模拟闪电）点燃它们，复制了米勒-尤里实验进行比较。

只要甲烷的比例超过0.5%，质子（太阳粒子）喷射的混合物就会产生可检测量的氨基酸和羧酸。但火花放电（闪电）需要大约15%的甲烷浓度才能形成任何氨基酸。

Airapetian补充道：“即使甲烷含量为15%，闪电产生的氨基酸的速率也比质子低一百万倍。”。质子也倾向于产生比火花放电点燃的羧酸更多的羧酸（氨基酸的前体）。

太阳爆发的特写，包括太阳耀斑、日冕物质抛射和太阳高能粒子事件。

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。但艾拉佩蒂安表示，其他方面可能并不平等。Miller和Urey认为，闪电在“温暖的小池塘”出现的时候和今天一样常见。但是，来自上升的暖空气形成的雷云的闪电，在光线暗30%的太阳下会更罕见。

艾拉佩蒂安说：“在寒冷的条件下，你永远不会有闪电，而早期的地球是在一个相当微弱的太阳下。”。“这并不是说它不可能来自闪电，但现在闪电的可能性似乎更小，太阳粒子的可能性似乎更大。”

这些实验表明，我们活跃的年轻太阳可能比之前假设的更容易，甚至更早地催化生命的前身。