沒(méi)有碰撞,就沒(méi)有生命。
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極早期地球表面想像圖。當(dāng)時(shí)地球還十分干燥。
天體生物學(xué)家所面臨的最大挑戰(zhàn),是他們要用唯一的實(shí)例,去推導(dǎo)無(wú)窮的可能。
地球是已知擁有生命的唯一行星。今天看來(lái),它集中了一切有利于生命的物質(zhì)要素和機(jī)遇,它不僅有大氣、水和有機(jī)物,而且這些物質(zhì)的狀態(tài)、比例,甚至混合方式又都恰到好處,才有了今天這樣一個(gè)生機(jī)盎然的世界。
但生命必需的元素不是生來(lái)就有的。最早的時(shí)候,地球干燥無(wú)比,缺乏包括水在內(nèi)的所有易揮發(fā)物。盡管孕育了太陽(yáng)系的星云中包含了它們,但當(dāng)星云成為太陽(yáng)系后,它們?cè)谔?yáng)系中的分布是不均的。重元素傾向于在靠近太陽(yáng)的地方聚集,而輕元素多分布在太陽(yáng)系的外圍——熱量會(huì)讓這些物質(zhì)在內(nèi)太陽(yáng)系保持氣態(tài),無(wú)法凝聚起來(lái)。結(jié)果就是,它們無(wú)法和固形巖石結(jié)合,而只能凍結(jié)在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的嚴(yán)寒地帶。
但生命還是在內(nèi)太陽(yáng)系出現(xiàn)了。這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題,即那些生命必需的輕元素是何時(shí)來(lái)到地球上的?
近日瑞士伯爾尼大學(xué)的一些學(xué)者首次通過(guò)研究向人們展示了,原始地球是如何在大約45億年前完成其化學(xué)構(gòu)成的。
研究結(jié)果表明,生命所需的幾乎所有輕元素,也是對(duì)生命而言最重要的元素,如水、碳化合物、硫等,其實(shí)是在地球形成之后,才從遙遠(yuǎn)的地方來(lái)到這里的。
錳53(?3Mn)和鉻53(?3Cr)是兩種放射性同位素,在隕石和地球巖石中均有分布。錳53的半衰期為380萬(wàn)年,之后會(huì)變成鉻53。根據(jù)這一特征,研究人員使用模型計(jì)算,限定了地球化學(xué)構(gòu)成成形所需的時(shí)間,對(duì)這些元素的年齡進(jìn)行了測(cè)定,并由此推斷出原始地球的獨(dú)特化學(xué)特征。
研究人員吃驚地發(fā)現(xiàn),在太陽(yáng)系形成后不足300萬(wàn)年時(shí),地球的化學(xué)構(gòu)成就已經(jīng)確定。太陽(yáng)系形成于約45.68億年前,因此其速度之快實(shí)在驚人。
該研究結(jié)果是對(duì)“大碰撞”假說(shuō)的有力支持。“大碰撞”假說(shuō)認(rèn)為,地球和月球構(gòu)成的“地月系”是在大約45億年前一次猛烈的天體撞擊事件后形成的。撞擊原始地球的是一個(gè)和火星差不多大的天體,名為“忒亞(Theia)”。
這次的研究更進(jìn)一步,表明“忒亞”(或別的什么東西)來(lái)自太陽(yáng)系外圍,包含了很多易揮發(fā)物,如水。其分析結(jié)果實(shí)際上也表明,原始地球是個(gè)十分干燥的行星,是“忒亞”的到來(lái),才使它集齊了生命所需的所有關(guān)鍵元素。
該發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)早期太陽(yáng)系運(yùn)行機(jī)制的理解,并提供了生命如何出現(xiàn),以及何時(shí)出現(xiàn)的新線索。這對(duì)人們?cè)诘厍蛞酝獾奶祗w上尋找生命,以及在距離主星比地球距離太陽(yáng)還近的類地行星上探索生命的要素有重要意義。
研究結(jié)果也再一次表明,生命在地球乃至宇宙中其他行星上的出現(xiàn),并不是其連續(xù)演化理所當(dāng)然的結(jié)果,而是帶有偶然性。
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有水之后,生命可能源自原始地球的“化學(xué)湯”。
參考 No collision, no life: Earth probably needed supplies from space https://mediarelations.unibe.ch/media_releases/2025/media_releases_2025/no_collision_no_life_earth_probably_needed_supplies_from_space/index_eng.html
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