破解地球上的生命起源之谜,一直是科学家所面临的最复杂、最具挑战的难题之一。因为它不仅需要我们识别出那些数不尽的能创造出可自我复制的有机体的化学反应,还需要找到每个这样的反应所涉及的化学成分的现实来源。一直以来,有这样一个问题一直困扰着研究生命起源的科学家,那就是磷元素的来源。
目前的主流观点认为,地球上的生命可能起源于35亿年前,而磷元素,则是生命出现的关键元素之一——DNA、RNA、磷脂、ATP等生物分子,都与磷元素息息相关。虽然磷元素分布广泛,但大约在40亿年前的早期地球上,陆地上的几乎所有磷元素都以磷酸盐的氧化形式存在。它们被困在如磷灰石等基本不溶于水的且化学性质不活泼的矿物之中。这意味着在那时,磷元素虽然存在,但它们无法以生命所需的化合物的形式存在。
而与之相反的是,如以磷铁石形式存在的还原性的磷则具有很强的化学活性。当磷铁石遇水时,会形成活性的水合磷酸盐,这些化合物能够形成一些关键的有机分子,如甘油磷酸盐、核苷和胆碱磷酸,以及一些包括次磷酸盐和亚磷酸在内的含磷中间产物。因此,磷铁石被科学家视为是一种为地球生命的出现合成有机磷酸盐分子的来源。
磷铁石常见于陨石中。一直以来,科学家一般认为,陨石是磷铁石的主要来源,其他的磷铁石来源是微不足道的。在项新发表于《自然通讯》的研究中,研究人员发现,雷击同样可以提供活性磷。这意味着,在地球生命出现之前,由雷击持续产生的活性磷或许促进了陆地生命的生长,且这样的情形也有可能发生在其他类地行星上。研究人员认为,这样的结果表明,雷击也可能为其他类地行星上的生命出现提供磷。
与陨石的撞击相比,雷击是一种更加可持续的磷来源。因为随着时间的推移,太阳系中的剩余物质与行星的碰撞会导致太阳系中的大型陨石丰度呈指数下降。因此,陨石虽然能为一颗行星在早期提供生命所需的大量可用的磷,但它们的数量却会迅速减少;而相比之下,雷击能稳定地带来活性磷。新的研究为其他行星上的生命形成条件带来了新线索。它意味着,任何一颗行星具有活跃的、能产生雷击的大气层,都有可能随时存在着孕育生命所需要的磷。