閃電是如何給地球和其它地方帶來(lái)生命的？

在其它星球上搜尋生命的過(guò)程就如同烹飪，所有的素材都具備了 —— 水、溫暖的氣候、濃厚的大氣層、適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分、有機(jī)物以及能量源。然而，如果沒(méi)有一個(gè)可以促進(jìn)這些素材相互反應(yīng)的過(guò)程或環(huán)境，那么你只能得到一些毫無(wú)用處的原材料。

所以說(shuō)，有時(shí)候生命需要靈感的火花 —— 也許需要幾萬(wàn)億個(gè)。一項(xiàng)發(fā)表于《自然?通訊》雜志的新研究表明，在地球上生命首次出現(xiàn)的大約 35 億年前，閃電作為關(guān)鍵媒介合成了構(gòu)成有機(jī)物的磷。磷是構(gòu)成 DNA、RNA、ATP（所有已知生命體的能量來(lái)源），以及像細(xì)胞膜這樣的生物結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)。

耶魯大學(xué)的研究人員本杰明?赫斯是這篇新論文的第一作者，赫斯表示，“這項(xiàng)研究事實(shí)上是一次幸運(yùn)的發(fā)現(xiàn)。它為我們?cè)谄渌惖匦行巧险业缴嬖诘淖C據(jù)提供了新的可能性?！?/span>

閃電在地球生命誕生的過(guò)程中扮演了重要角色的觀點(diǎn)早已有之，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，由閃電合成的有機(jī)物包括諸如氨基酸（蛋白質(zhì)的構(gòu)成物質(zhì)）這樣的原始化合物。

不過(guò)，這項(xiàng)新研究從另一方面討論了閃電的作用，科學(xué)家們一直在思考一個(gè)有關(guān)地球上的早期生命如何獲取磷的大問(wèn)題。在數(shù)十億年前，盡管有著大量的水以及二氧化碳，但磷元素還是存在于無(wú)法溶解且不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的巖石中，換句話說(shuō)，磷元素基本上是被封存起來(lái)的。

那么有機(jī)物是如何得到這種重要元素的？主流的觀點(diǎn)是磷鐵鎳隕石將磷帶到了地球，這種礦物質(zhì)能夠溶于水，因此磷元素就能被生命體所用。該理論存在著一個(gè)重大問(wèn)題，那就是在 35 億年到 45 億年前地球上生命開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)候，隕石撞擊事件的發(fā)生率呈指數(shù)級(jí)下降，而地球需要大量含磷的磷鐵鎳隕石才能形成生命。

同時(shí)隕石撞擊具有相當(dāng)程度的破壞性，它可以過(guò)早地殺死新生生命體（比如說(shuō)恐龍）或者蒸發(fā)掉大部分磷鐵鎳隕石所帶來(lái)的磷元素。

赫斯和同事們認(rèn)為，他們找到了答案。磷鐵鎳礦還存在于閃電熔巖這樣的玻璃物質(zhì)中，閃電擊中地面時(shí)就形成了這種物質(zhì)，它會(huì)從巖石中吸收磷元素。閃電熔巖同樣溶于水。

2016 年，相關(guān)論文的作者們?cè)谝晾Z伊州收集到了在閃電擊中地面過(guò)程中形成的閃電熔巖，不過(guò)當(dāng)初只是通過(guò)這些樣本來(lái)研究極高的閃電溫度的影響，他們發(fā)現(xiàn)閃電熔巖中含有 0.4% 的磷鐵鎳礦成分。

通過(guò)閃電熔巖，科學(xué)家們只需去測(cè)量一下數(shù)十億年前的磷鐵鎳成分產(chǎn)生量，當(dāng)時(shí)正是地球上生命首次出現(xiàn)的時(shí)候。大量的文獻(xiàn)估計(jì)，遠(yuǎn)古地球時(shí)期的大氣二氧化碳含量是引發(fā)閃電的重要因素。在了解了二氧化碳濃度與閃電的關(guān)系之后，研究團(tuán)隊(duì)使用該數(shù)據(jù)來(lái)確定當(dāng)時(shí)閃電出現(xiàn)的頻率。

赫斯和同事們得出結(jié)論，每年數(shù)萬(wàn)億次的閃電會(huì)產(chǎn)生 110 到 1.1 萬(wàn)千克的磷鐵鎳成分。隨著時(shí)間的推移，閃電活動(dòng)足以產(chǎn)生大量的磷元素，以促進(jìn)有機(jī)物的生長(zhǎng)與繁殖，由閃電活動(dòng)產(chǎn)生的磷元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于隕石所帶來(lái)的磷元素。

通過(guò)這一發(fā)現(xiàn)來(lái)了解地球的歷史是一件十分有趣的事情，但它也為我們思考地外生命的發(fā)展拓展了新的視野。赫斯表示，“對(duì)于那些隕石撞擊活動(dòng)發(fā)生概率越來(lái)越小的行星來(lái)說(shuō)，這種方式可能會(huì)促使生命的誕生?！?/span>

這種 “閃電帶來(lái)生命” 的模型僅僅局限于淺水環(huán)境，因?yàn)殚W電必須將閃電熔巖生成在可以適量溶解以釋放磷元素的地方。然而在大型水體中，這一情況卻不容易發(fā)生。

這種局限性并不是一件壞事，在天文生物學(xué)仍將注意力集中在海洋上時(shí)，該研究已經(jīng)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了沒(méi)有地表水覆蓋的火星等行星。

需要明確的一點(diǎn)是，這項(xiàng)研究并沒(méi)有否認(rèn)隕石撞擊在生成磷元素方面的作用。赫斯強(qiáng)調(diào)，熱液噴口等其它形式也可能會(huì)代替隕石撞擊或閃電。

最終來(lái)看，在 35 億年前，地球看起來(lái)與今天并不相同，我們并不完全清楚是否有足夠多的暴露在空氣中的巖石（它們需要被閃電擊中來(lái)產(chǎn)生磷鐵鎳成分）來(lái)生成磷元素。

赫斯打算讓其他科學(xué)家來(lái)解決這些問(wèn)題，因?yàn)槠渲猩婕暗降念I(lǐng)域已經(jīng)超出了他的日常工作，其表示，“但我依然希望人們能夠重視閃電熔巖，并且在以后對(duì)這種方法的可行性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。我希望我們的研究會(huì)對(duì)在淺水環(huán)境中搜尋生命提供幫助，這也正是我們目前在火星上進(jìn)行的工作?！?/span>