地球生命起源何處？地外小行星帶來新證據(jù)

李忠東

在科學(xué)界，關(guān)于地球生命起源這個話題已經(jīng)被探討了上百年的時間。目前流行兩種理論：一種是地球上的生命起源于我們這個星球，是在漫長歲月里經(jīng)歷了量變和質(zhì)變，自發(fā)孕育而成的;另一種則是地球上的生命來自地外小行星，在它們撞擊地球時把孕育生命的關(guān)鍵物質(zhì)撒在了地球上，之后才有了生命。迄今為止，兩種說法都還沒有確鑿的證據(jù)。

不過，日本科學(xué)家在2022年6月6日宣布的一項驚人發(fā)現(xiàn)，或許能讓人類離真相更近一步。他們在“隼鳥2號”探測器從“龍宮”小行星帶回的樣本中，發(fā)現(xiàn)了至少23種氨基酸。如果能夠確認(rèn)“龍宮”或其他彗星和小行星中所保存的氨基酸為地球生命起源的初始材料，就可能證實生命起源所必需的物質(zhì)是從太空傳到地球的理論，從而結(jié)束地球生命起源的長期爭論。

“隼鳥2號”立功勞

生命起源于地球理論認(rèn)為，地球原本是一顆荒涼的星球，隨著彗星撞擊地球，給地球帶來了水。由于地球上有了氮元素、水、二氧化碳等成分，在小行星撞擊地球之時，在極端的條件下形成了有機(jī)物大分子氨基酸。隨著氨基酸的排列組合，形成了蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)又組成了DNA，之后就誕生了細(xì)胞。生命就是這樣形成的。

生命起源于外太空理論則認(rèn)為，地球上的生命是由外太空隕石帶來的，因為地球的環(huán)境更適合生存，所以隕石上的生命就在地球上繁衍生息了。這種理論的證據(jù)，就是在某些隕石上確實發(fā)現(xiàn)了氨基酸等有機(jī)物大分子，個別隕石上還有微生物活動的痕跡，這也大概率地說明了地球的生命是來自外太空。

這次，日本科學(xué)家在“隼鳥2號”探測器從“龍宮”小行星帶回的樣本中，發(fā)現(xiàn)了至少23種氨基酸，確認(rèn)了存在不能在體內(nèi)產(chǎn)生的異亮氨酸和纈氨酸等。除了作為膠原蛋白材料的甘氨酸，還存在作為提鮮成分而為人所知的谷氨酸。此外，樣本中還發(fā)現(xiàn)了有機(jī)大分子以及含氮化合物。和水一樣，它們是氨基酸形成生命密碼系統(tǒng)的基本要素。

太陽系最初是一個巨大的塵埃和氣體盤，逐漸聚集在一起形成了太陽，然后形成了行星和衛(wèi)星。剩下的那些“碎屑”，就以小行星和彗星的形式在太空中飄蕩，保存著太陽系形成過程中的原始材料。為了尋找傳說中的那些“原初塵?！?，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)決定建造一個小行星探測器，“隼鳥2號”就這樣被提上了議事日程。

在2010年通過經(jīng)費(fèi)申請時，研究人員就為“隼鳥2號”設(shè)置了一個宏偉的目標(biāo)——“幫助科學(xué)家解開太陽系起源和生命起源的奧秘”，并擬訂了從小行星表面采集物質(zhì)以研究生命起源的計劃。他們當(dāng)時鎖定了編號162173的小行星，一方面是因為它較為原始，可能有更多的含水礦物和有機(jī)物;另一方面是因為它的自轉(zhuǎn)周期約為7.5小時，比一般的小行星慢，有利于探測器在它的表面著陸。

2014年12月3日，“隼鳥2號”發(fā)射升空。之后，它展開太陽能電池板，借助引力加速前往小行星162173。2015年10月，在“隼鳥2號”出發(fā)近一年后，國際小行星中心正式宣布，將小行星162173命名為“龍宮”。

離開地球后，勇敢的“隼鳥2號”就一直在太空中進(jìn)行漫長的飛行，持續(xù)了4年多。2019年2月，“隼鳥2號”終于接近了“龍宮”。按照指令，它先向“龍宮”發(fā)射了大金屬彈，在小行星上砸出一個坑。兩個月后，它調(diào)整了姿態(tài)，緩緩降落在之前砸出的“人造隕石坑”附近，采集到一種類似木炭的黑色物質(zhì)，之后再啟程返回地球。

2020年12月，“隼鳥2號”返回地球大氣層，回收艙降落在澳大利亞南部沙漠?；厥张搸Щ亓艘粋€密封的“膠囊”，里面有大約5.4克“龍宮”的樣本，這正是科學(xué)家們夢寐以求的“原初之塵”。

經(jīng)過前后6年時間的遠(yuǎn)航，“隼鳥2號”不負(fù)眾望，終于完成了使命。這些寶貴的樣本一直密封著，被送往日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)，然后又分給了6個國家的科學(xué)家，用于分析塵土的成分和來歷?？茖W(xué)家們通過研究，終于揭曉了“原初之塵”的一些秘密。

“天外來客”揭奧秘

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人類探測小行星的嘗試始于20世紀(jì)，對于探究生命起源以及防御對地球有威脅的小行星具有重要意義。小行星探測器不同于大型的行星探測器，它體積更小，靈活度更高。由于接觸的天體較小，天體的引力不足以對小行星探測器產(chǎn)生攝動，小行星探測器需要依靠本身的動力運(yùn)行，一般采用較為先進(jìn)的離子推進(jìn)器，機(jī)動性更好，也更耐用。

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C型小行星指含碳的小行星，是最普通的小行星，約占已知小行星的75%。

從最初的地球望遠(yuǎn)鏡到來自“隼鳥2號”的遙感信息表明，“龍宮”可能含有有機(jī)物和少量的水（粘在礦物表面或包含在其結(jié)構(gòu)中）。然而，使用這種方法研究C型小行星非常困難，因為它們太暗了，得到的數(shù)據(jù)中幾乎沒有可用于識別特定物質(zhì)的信息。因此，采樣帶回是增加對這一類型小行星理解的重要一步。

此前，科學(xué)家們曾在落入地球的隕石中檢測到氨基酸。但是，這些隕石不光受到太陽輻射和宇宙射線等外層空間力量的侵蝕，而且在落入地球時會和大氣層里的化學(xué)物質(zhì)結(jié)合，產(chǎn)生新的物質(zhì)，或者使原來的某些成分消失了，在地面水分的作用下還會繼續(xù)改變里面的成分。由于被地球的環(huán)境嚴(yán)重污染，檢測的準(zhǔn)確性大打折扣。相比之下，“隼鳥2號”的樣本直接從宇宙空間中采集，包含小行星地表下的物質(zhì)，沒有像隕石那樣受到污染或風(fēng)化作用的影響。而且在分析過程中，樣本始終沒有暴露于地球空氣中。

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CI球粒隕石是一類非常稀有的含碳物質(zhì)元素隕石，是太陽星云初期幸存下來的物質(zhì)，代表的是最原始太陽系的演化成因物質(zhì)。它們保存了太陽星云的凝聚、演化及成因的一些信息，其礦物成因和化學(xué)物質(zhì)組成反映了早期太陽星云、恒星、行星、小行星的形成和演化歷史。CI球粒隕石在含水蝕變過程中保留下的一些特征，與早期太陽星云低溫演化關(guān)系有著密切的聯(lián)系，是早期太陽星云形成和演化的見證者。

日本宇宙化學(xué)家橘省吾是參與分析這些樣品的研究者之一，他表示，來自“龍宮”的物質(zhì)屬于CI球粒隕石，是迄今為止所見過最純凈的?？茖W(xué)家們至今在地球上僅發(fā)現(xiàn)過5塊，具有很高的科研價值和現(xiàn)實意義?？茖W(xué)家們研究了來自“龍宮”的16個顆粒，發(fā)現(xiàn)它們包含非常古老的物質(zhì)，其中一些顆粒比太陽還要古老。

“因為樣本是小行星的地下物質(zhì)，所以這次的發(fā)現(xiàn)首次證明了地球外存在有機(jī)化合物?！必?fù)責(zé)“隼鳥2號”初始化學(xué)分析的日本北海道大學(xué)教授悠本久之強(qiáng)調(diào)說，“從‘龍宮中獲得的樣本，是我們研究過的太陽系中最原始的物質(zhì)。這進(jìn)一步證實了外太空存在生命的組成部分，意味著構(gòu)成地球生命的組成物質(zhì)可能是由那些‘天外來客帶來的。”

“龍宮”是阿波羅小行星群中的一員，1999年5月10日被美國林肯近地小行星研究小組發(fā)現(xiàn)。這個小行星看起來像一塊初步雕琢的方形鉆石，也有說像螢石或八邊骰子，表面有明顯的隕石和巖石結(jié)構(gòu)。它的直徑約為870米，每474天繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)一周，在茫茫太空里是一個不起眼的天體?！褒垖m”沿著地球附近的一條軌道運(yùn)行，距離地球最近時只有200多萬千米，最遠(yuǎn)時有3.4億千米。也就是說，這個小行星的大部分軌道都位于地球和火星之間，只有一小部分越過地球伸向金星軌道內(nèi)。它的主要成分是鎳和鐵，此外還富含碳元素，而且可能有更多的含水礦物和有機(jī)物，是一個不可多得的“寶藏”天體。

科學(xué)家們判斷，“龍宮”很可能是早期太陽系的一塊巨大太空巖石被撞碎后形成的。這次撞擊可能發(fā)生在太陽系形成后的200 萬～400萬年。根據(jù)這些樣本被水改變的方式，利用放射性同位素測年法，估計“龍宮”在太陽系形成后僅約500萬年就被水循環(huán)改變了，這些發(fā)現(xiàn)暗示了彗星和一些小行星之間類似的形成條件。

與其他類型的小行星不同，“龍宮”自40億年前形成以來變化很小，保留了太陽系形成初期的原始狀態(tài)，受太陽加熱的影響要小得多，堪稱太陽系的“活化石”。它的化學(xué)成分與太陽相似，代表了太陽系最原始的材料組成，殘留著太陽系最初成形時的“原初塵?！?。它的樣本對研究地球生命的起源意義非凡，將為人類揭開更多謎團(tuán)，同時也帶來更多未知。

“隼鳥2號”向 “龍宮”小行星丟下了3個著陸器，通過其中一個著陸器拍攝的照片發(fā)現(xiàn)，“龍宮”的特點和預(yù)期的不太一樣。早先的觀測結(jié)果表明，“龍宮”的質(zhì)地和CI 球粒隕石相近。但照片顯示，它的表面其實由兩種不同的巖石組成，其中一種色澤黝黑而粗糙，另一種色澤明亮且較為光滑，大約各占50%，似乎表明它是由兩顆小行星合并而成的。

“時間膠囊”藏玄機(jī)

“隼鳥2號”執(zhí)行的是一系列國際太空取樣任務(wù)中的一個，目前正在實施中的另一個任務(wù)是從一個名叫“貝努”的小行星上采集樣本并送回地球。

2016年9月8日，美國國家航空航天局成功發(fā)射了有“美國版隼鳥”之稱的“奧西里斯- 雷克斯”探測器，目標(biāo)是采集“貝努”的樣本，研究自宇宙大爆炸開始附著在碳上的有機(jī)分子發(fā)生了怎樣的變化，以及如何將“貝努”上的元素轉(zhuǎn)化為未來執(zhí)行深空任務(wù)的燃料。

“奧西里斯- 雷克斯”探測器于2018年12月3日抵達(dá)了在地球和火星軌道附近轉(zhuǎn)動的“貝努”，并且向地球傳送了拍攝的清晰圖片。2020 年10月20日，探測器接近這個近地小行星，進(jìn)行了一系列復(fù)雜的機(jī)動動作，進(jìn)入距離它表面不足4.8 千米的軌道，并開始為期6 個月的詳細(xì)地表成像。

由于采集裝置只能將直徑2厘米以下的小石頭或沙子放入，根據(jù)獲取的詳細(xì)地表圖像，研究團(tuán)隊鎖定有望采集到巖石的地點。他們控制探測器逐漸靠近“貝努”表面，降落在北半球被命名為“夜鶯”的環(huán)形山上。隨后，探測器伸出3 米多長的手臂型采集裝置與地面接觸，從前端噴射所攜帶的氮氣，攪動小行星表面的礫石和灰塵，然后用一個收集裝置進(jìn)行捕獲。

“貝努”直徑約500米，看起來像一個巨大的核桃，目前在距離地球3億千米以上的位置?？茖W(xué)家們認(rèn)為，作為太陽系歷史的“時間膠囊”，這個小行星的存在已經(jīng)超過45億年，有助于揭示宇宙是如何形成的。在整個太陽系中，估計有100萬顆類似“貝努”的小行星。

“奧西里斯-雷克斯”探測器定于明年9月返回，多個國家將展開合作，對樣本進(jìn)行深入研究。通過比較“龍宮”的樣本和“貝努”的樣本，科學(xué)家們能更好地了解宇宙中的各種化學(xué)混合物，以及生命是如何產(chǎn)生的。隨著從太陽系小行星上采集的樣本不斷增多，人類不僅可以追溯太陽系的起源，也能更多地揭示地球的過去，包括生命起源的未解之謎。

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美國國家航空航天局在去年9月7日就宣布，“毅力號”火星漫游車已經(jīng)成功收集到第一份火星巖石樣本。它是來自火星巖石的巖芯，直徑大約為1.3厘米，長度為6厘米，被封閉在鈦金屬管中。此后，“毅力號”還會在周圍收集巖石碎屑以及土壤，對該地區(qū)進(jìn)行多次采樣。采集的樣本暫時儲存在火星上，最早在2031年被送回地球，幫助科學(xué)家了解火星的演化歷史。

（責(zé)任編輯：白玉磊）