在地球上出現生命之前，要從氮、硫、碳和磷等元素構件中創造出有機分子，就必須進行必要的化學反應。為了啟動和維持相應的化學反應，這些元素必須大量存在，並且不斷補充。然而，在地球上，這些元素在過去和現在都供不應求。

在地球上出現生命之前，基本的有機分子是由氮、硫、碳和磷等稀缺元素形成的。新的研究表明，富含這些元素的宇宙塵埃可能透過在地球上，特別是在冰原融洞中的高濃度積累，啟動了前生物化學，從而有可能導致生命組成元素的形成。來源：NASA / JPL-Caltech

事實上，生命的基本組成元素是如此稀少，以至於化學反應很快就會耗盡，如果它們真的能夠進行的話。地球組成岩石的侵蝕和風化等地質過程也無法確保充足的供應，因為地殼中包含的這些元素實在太少了。儘管如此，在地球歷史的前5 億年裡，發生了一種前生物化學反應，產生了諸如RNA、DNA、脂肪酸和蛋白質等有機分子，所有生命都是在這些有機分子的基礎上誕生的。

所需數量的硫、磷、氮和碳從何而來？地質學家、諾米斯研究員克雷格-沃爾頓堅信，這些元素主要是以宇宙塵埃的形式來到地球的。

這些塵埃是在太空中產生的，例如當小行星相互碰撞時。即使在今天，每年仍有約3 萬噸塵埃從太空落到地球上。然而，在地球誕生的早期，塵埃的數量要大得多，每年高達數百萬噸。然而，最重要的是，塵埃粒子含有大量的氮、碳、硫和磷。因此，它們有可能引發化學級聯反應。

然而，灰塵的散佈範圍很廣，在任何一個地方都只能發現極少量的灰塵，這一事實與上述說法相悖。沃爾頓說：”但如果把運輸過程包括在內，情況就會不同。風、雨或河流在大範圍內收集宇宙塵埃，並以濃縮的形式沉積在某些地方。”

澄清問題的新模式

為了弄清楚宇宙塵埃是否可能是啟動前生物化學（反應）的源頭，沃爾頓與劍橋大學的同事們一起建立了一個模型。研究人員利用該模型模擬了在地球歷史的最初5 億年裡，有多少宇宙塵埃落到了地球上，以及這些塵埃可能在地球表面的哪些地方積聚。他們的研究現已發表在科學期刊《自然-天文學》。

該模型是與劍橋大學的沉積專家和天文物理學家合作開發的。英國研究人員專門從事行星和小行星系統的模擬研究。模擬顯示，早期地球上可能存在宇宙塵埃濃度極高的地方。而且，來自太空的補給源源不絕。然而，地球形成後，塵埃雨迅速銳減：5 億年後，塵埃流比零年小了一個數量級。研究人員將偶爾出現的上升高峰歸因於小行星碎裂並向地球發送了塵埃尾流。

冰原上的融化洞是塵埃陷阱

大多數科學家和普通人都認為，地球被岩漿海洋覆蓋了數百萬年；這將在很長一段時間內阻止宇宙塵埃的遷移和沈積。沃爾頓說：”然而，最近的研究發現，有證據表明地球表面冷卻和凝固的速度非常快，並形成了大面積的冰原。”

根據模擬結果，這些冰原可能是宇宙塵埃積聚的最佳環境。冰川表面的融化孔–即所謂的冷凍孔–不僅會使沉積物積聚，也會使來自太空的塵粒積聚。

隨著時間的推移，在塵埃粒子中釋放出相應的元素。當它們在冰川水中的濃度達到臨界值時，化學反應就會自動開始，從而形成有機分子，這就是生命的起源。

即使在熔洞冰冷的溫度下，化學過程也有可能開始進行。沃爾頓說：”低溫並不會破壞有機化學，相反，低溫下的反應比高溫下的反應更有選擇性和特異性。其他研究人員已經在實驗室中證明，簡單的環形核糖核酸（RNA ）會在冰點附近的溫度下自發地在這種融水湯中形成，然後進行自我複製。塵埃粒子中溶解出來。

啟動關於生命起源的辯論

沃爾頓提出的理論在科學界並非沒有爭議。這項研究肯定會引發一場有爭議的科學辯論，但它也引發關於生命起源的新觀點。

早在18 和19 世紀，科學家就確信隕石將沃爾頓所說的”生命元素”帶到了地球。即使在當時，研究人員也在來自太空的岩石中發現了大量這些元素，但在地球的基岩中卻沒有發現。沃爾頓說：”然而，從那時起，幾乎沒有人考慮過前生物化學主要是由隕石引發的這一觀點。”

沃爾頓解釋說：”隕石的想法聽起來很有吸引力，但有一個問題。一塊隕石只能在有限的環境中提供這些物質；隕石撞擊地面的位置是隨機的，而且無法保證進一步的供應。 我認為，生命的起源不太可能依賴於幾塊廣泛而隨機散落的岩石。 “

沃爾頓的下一步將是透過實驗來檢驗他的理論。在實驗室中，他將使用大型反應容器來重現原始熔洞中可能存在的條件，然後將初始條件設定為40 億年前低溫熔洞中可能存在的條件，最後再觀察是否真的發生了產生生物相關分子的化學反應。

編譯來源：ScitechDaily