通过模拟地球与彗星的高速碰撞,科学家们发现:彗星上搭载的有机分子有可能在撞击中幸存下来,并为地球传播生命的种子——

  关于地球生命起源的最著名的理论认为,生命是由像氨基酸和糖之类的复杂分子衍生出来的。在行星演化的早期,大气中充满诸如甲烷、氢、氨和水之类的物质,放电作用产生出这些分子。1953年著名的Miller-Urey试验表明,类似于闪电的放电作用能够在充满这些物质的试管中产生氨基酸。

  然而另一些科学家提出,生命的构成材料来自空间并在地球上组成了蛋白质和DNA的原型。这一研究结果使之变得更加可信。天文学家们已在空间探测到多种有机分子,它们有的漂浮在气体云中,有的则跳动在尘埃微粒里。它们包括最简单的水、氨、甲烷、氢氰、乙醇以及链长达8个碳原子的复杂分子。

  有趣的是,在陨石中找到的70多种氨基酸中,只有8种与在人类以及地球上其他生命身上找到的蛋白质的构成物相同。

  由加州大学伯克利分校的地质学家· G · 布兰克(Jannifer G. Blank)领导的一个小组进行了这一试验,这一研究是他们与NASA(美国航空航天局)合作研究外星体有机物的一部分,过去人们认为碰撞可能过于剧烈以至于有机分子不会幸存。

  为了测试水和有机化合物是否能碰撞所产生的高压和高温中幸存下来,他们花了3年的时间设计出一个钢罐,其强度大到用88 mm的炮弹以每秒1英里的速度击中时不至于破裂,他们设计的轰击目标是一个直径为2厘米、厚度为0.5厘米的不锈钢盘,能够承受20万个大气压。

  他们的具体做法是在狭小的腔里充入5种氨基酸的饱和水溶液:3种取自于组成人类蛋白质的苯基丙氨酸、脯氨酸和赖氨酸,另外两种是在Murchison陨石中测到的酪氨酸和缬氨酸,这块陨石于1969年垂直坠落在澳大利亚,据认为是一个彗核。

  将一苏打罐大小的炮弹射中一个硬币大小的金属目标。金属目标中装着混有泪滴大小的氨基酸。人们已经在陨石中找到了70种氨基酸——人们怀疑许多坠落在地球上的陨石是彗核——因此推测存在于星际尘埃中。在碰撞中不仅有较大比例的氨基酸幸存下来,许多还聚合成234链的氨基酸,即所谓的缩氨酸。长链缩氨酸被称为多肽,链更长的则被称为蛋白质。他们得到了二肽、三肽和四肽的所有可能的化合物,并观察到缩氨酸比率随温度、压力和碰撞持续时间的变化关系。如果将模仿冰质彗星将撞击目标进行冷冻,则可提高氨基酸的幸存比例。之后他们用色谱仪和质量分光镜对这一液体进行分析以鉴定分子的种类与浓度。

  这一弹道学试验是用来模拟地球早期演化可能经常遇到的碰撞类型。40多亿年前,太阳系里岩石和冰的碎片通过剧烈碰撞形成行星。由泥水形成的脏雪球包着一个岩石的核组成了彗星并以大于16英里/秒的速度坠入地球。

  实验室中撞击的剧烈程度类似于一次地球岩石表面的斜撞击——彗星以与地平线25度角的碰撞,而不是垂直与地球表面的撞击。科学家们认为较低角度的撞击使部分彗星的水质冰得以保持原样,撞出一个聚集着有机分子的液体坑。对于生命进化的问题,他们认为这一碰撞情节提供了据信是生命所必须的三要素:液态的水、有机物和能量。

  几年前,有人提出如果彗星的速度被大大的降低,例如受到地球大气的牵制,那么一些水和有机化合物可能会在碰撞中幸存下来。它们便会在所谓的彗星池塘中聚集起来,演化为构筑生命的有机物质。

  虽然彗星搜寻者休梅克(Shoemaker)曾估计,在地球演化的早期只有少量百分比的彗星或小行星会以足够小的角度撞击地球,而布兰克估计,弹道学试验的轰击足以剧烈到传递完好的有机物和水。

  科学家估计大约每年有一颗彗星以低角度撞击地球,所带来的有机分子相当于Miller-Urey放电理论一年里在大气层里的产生。二者相比,前者就像把所有这些有机物放在一个池塘里,而后者则是将其溶于海洋中。

  幸存下来的大部分氨基酸及其聚合物使得Miller-Urey理论受到有机化合物外星起源论的强大挑战。他们预言这将是一个新的科学领域。

  这一研究得到了美国国家科学基金会、美国航空航天局和能源部的资助。计划要试验的下一个搭便车者是细菌孢子,有人提出它们是通过彗星传播到地球的。

  [University of California Berkeley News Release2001413]