迈尔斯·哈特菲尔德
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。
一系列的化学实验表明，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。
为了理解生命的起源，许多科学家试图解释氨基酸——蛋白质和所有细胞生命的原料——是如何形成的。最著名的假说起源于19世纪晚期，当时科学家推测生命可能起源于一个“温暖的小池塘”:一种化学物质的汤，由闪电、热量和其他能源激发，可以集中混合在一起形成有机分子。
1953年，芝加哥大学的斯坦利·米勒(Stanley Miller)试图在实验室中重现这些原始条件。米勒在一个封闭的房间里装满了甲烷、氨、水和氢分子——这些气体被认为在地球早期大气中普遍存在——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·尤里分析了密室的内容物，发现形成了20种不同的氨基酸。
“这是一个很大的启示，”弗拉基米尔·埃拉佩提安说，他是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，也是这篇新论文的合著者。“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。”
但在过去的70年里，这种解释变得复杂了。科学家们现在认为氨(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)，它们需要更多的能量来分解。这些气体仍然可以产生氨基酸，但数量大大减少。
在寻找替代能源的过程中，一些科学家指出了来自流星的冲击波。其他人则认为是太阳紫外线辐射。Airapatian利用美国宇航局开普勒任务的数据，指出了一个新的想法:来自太阳的高能粒子。
开普勒观测到了遥远恒星生命周期的不同阶段，但它的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，太阳的亮度要暗30%左右。但是太阳“超级耀斑”——今天我们每100年左右才会看到一次的强烈喷发——每3-10天就会爆发一次。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相撞，引发化学反应。
“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，”Airapetian说。
小林博士是该校的一名化学教授，过去30年来一直在研究益生元化学。他试图了解银河宇宙射线——来自太阳系外的入射粒子——是如何影响早期地球大气层的。“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，比如粒子加速器，”小林说。“我很幸运，能在我们的设施附近接触到其中几个。”对小林的实验装置稍加调整，就可以将Airapatian的想法付诸实践。
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相匹配的气体混合物。他们将二氧化碳、分子氮、水和一定量的甲烷混合在一起。(地球早期大气中甲烷的比例尚不确定，但据信很低。)他们用质子(模拟太阳粒子)或用火花放电(模拟闪电)点燃气体混合物，复制米勒-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)射出的混合物就会产生可检测数量的氨基酸和羧酸。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。
“即使甲烷含量为15%，闪电产生氨基酸的速度也比质子少一百万倍，”Airapetian补充说。质子也倾向于产生更多的羧酸(氨基酸的前体)比那些由火花放电点燃。
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表示，其他因素可能并不相同。米勒和尤里认为闪电在“温暖的小池塘”时代和今天一样普遍。但是，由上升的暖空气形成的雷雨云产生的闪电，在太阳亮度降低30%的情况下会更罕见。
“在寒冷的条件下，你永远不会有闪电，早期的地球在一个相当微弱的太阳下，”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，而太阳粒子似乎更有可能。”
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催化生命的前兆，也许更早。
迈尔斯·哈特菲尔德，美国宇航局戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特。
