生命起源之一的磷元素，可能来自于彗星

　　从前科学家们在彗星中已发现了碳、氢、氮、氧和硫这些大量元素，目前一个新的研究发现彗星岩石中存在磷，这表明彗星可能在在地球早期向地球输送了生物体的必要元素。

　　地球上生命所必需的元素是由彗星提供的吗?似乎现在看起来是这样的。不论如何，至少有一颗彗星提供了这些元素――丘留莫夫-格拉西缅科彗星。

　　一项依据欧洲航天局罗塞塔任务的数据研究表明在这颗彗星上含有对生命至关重要的元素― 磷。

　　这项研究由芬兰图尔库大学的研究人员主导。主要研究者是天体物理学家和软件工程师埃斯科・加德纳(Esko Gardner)。

　　该研究的题目是“对67P/（丘留莫夫-格拉西缅科）彗星彗发尘埃中固体磷和氟的探测，”这篇文章发表在《皇家天文学会月报》上。

　　生命的原始元素被称为C H N O P S，即碳、氢、氮、氧、磷和硫。这六种化学元素的组合构成了地球上绝大多数的生物分子。它们加在一起，几乎占地球上生命物质的98%。

　　科学家们此前已经在彗星中发现了其他五种元素，所以最终发现磷元素可能是解开这个谜题的最后一步。

　　研究小组在67P/（丘留莫夫-格拉西缅科）彗星的内彗发样本中发现了磷元素和氟元素。是在距离彗星仅几公里的地方，“罗塞塔”号的次级离子质量分析仪(COSIMA)收集到的固体粒子中发现的。

　　这些固体粒子首先被收集到仪器的目标板上，再经过远程拍摄。根据图像中挑选出单个粒子，然后用质谱仪进行测量。

　　在任务全部完成后，2016年9月底，罗塞塔”号受控与67P彗星进行了撞击，从而结束了它的使命。

　　
67P/（丘留莫夫-格拉西缅科）彗星的地形图（欧洲航天局/罗塞塔）

　　以前在彗星中也发现过“磷”。在1987年的一篇论文中，研究人员宣布在哈雷彗星的尘埃中发现了磷。但它很可能是被包含在一种不确定的矿物质和化学物质中的磷原子。

　　然后在2006年，美国宇航局的“星尘号”飞船从维尔特二号彗星带回的样本中，研究人员从中发现了与钙元素结合在一起含有磷的颗粒。

　　于是科学家们得出结论，磷“最有可能包含在磷灰石矿物中”。但也无法在其中获得单独的磷元素。

　　而最新的研究发现有所不同:这次研究人员是在矿物或金属磷的固体颗粒中发现了磷离子。

　　图尔库大学物理和天文系的项目负责人哈里・莱托(Harry Lehto)说：“我们已经证实磷灰石矿物不是磷元素的来源，这也意味着此次发现的磷以某种更具还原性、更易于溶解的形式存在”。

　　这项研究的实时新闻稿称，“这是首次在彗星的固态物质中发现生命必需的碳氢氧氮磷硫元素。

　　这项新发现对理解地球上生命的形成非常重要。磷对地球生命至关重要，但它若是被锁定在磷灰石矿物中，在很大程度上是无法触及的。如果是气态的磷对地球生命来说也并不适宜。

　　但这项最新发现的磷是比较容易获得的。正如作者在论文中所写，“在形成生命的过程中，水溶性活性磷化合物需要通过磷酸化将核苷酸前体转化为活性核苷酸。”

　　磷元素是地球上生命之谜中缺失的一部分。在早期的地球上缺乏含有可溶性磷的分子。实验表明，可溶性的元素磷在生物分子的起源中起着至关重要的作用。

　　“实验表明，可溶性的磷、氢氰酸和硫化氢可作为核苷酸、氨基酸和磷酸甘油基主链生物前合成的合适原料”，作者写道。

　　67P/（丘留莫夫-格拉西缅科）彗星的一个短暂爆发（欧洲航天局/罗塞塔）

　　但最高效的合成生物分子的方法还是使用具有还原性的磷元素。具有还原性的磷主要存在于陨石材料中，也可能存在于元素磷中。

　　目前为止，陨石或者可能的地球化学过程，被认为是生命起源前磷的来源。

　　但这项研究表明，磷与碳氢氧氮和硫一样，现在已被发现存在于彗星中，而这些彗星很可能将磷元素传递给了早期的地球。

　　但是彗星传递的想法仍然存在一个问题。如果彗星冲击能量过大，物质就会被破坏或改变。这项新研究背后的团队认为，他们可能找到了答案。

　　“可以想象，与重石质陨石的影响相比，早期彗星撞击行星表面的能量较小，因此可以在生命起源前将这些分子保存在一个更完整的条件下。”

　　研究人员仍然对他们的研究结果保持着适当的谨慎。结果表明，生命的元素很可能来自彗星，但这些元素必须是可溶的，可用的。它们不能被锁定在矿物质中。

　　67P（丘留莫夫-格拉西缅科）彗星的色谱分析仪检测到的磷的溶解度尚不明确，但我们可以断定它不可能是磷灰石，这是陨石中磷的常见矿物来源。此外，其他磷酸盐矿物质也不太可能，因为我们在其中找不到清晰的二氧化磷或三氧化磷的结构。

　　那么接下来呢?

　　作者认为，彗星样本返回任务是继续验证“生命起源物质碳氢氧氮磷硫是由彗星传递”这一想法正确性的必要条件。

　　“所有的碳、氢、氮、氧、磷和硫元素的存在为未来的彗星样本返回任务提供了强有力的前提。这可以确认所有化合物的存在及其可能的矿物来源和物质可能的溶解度。这也将允许对这些碳氢氧氮磷硫元素的相对数量进行全面分析。”

　　美国宇航局的“星尘”号的任务是从维尔特二号彗星的彗发中捕获并返回彗星尘埃物质。科学家们从这些样本中了解到了很多。但这些样本固然重要，却存在一些局限性。

　　在“彗星慧发样本返回(CCRSR)任务概念――在未来超越星尘”报告中,作者指出：“然而，这些样品有重要的局限性,,因为他们是在极高速度下以适度的数量被收集的，只代表一次慧发的随机抽样 (一次性“抓取”样本)”。

　　如何改进呢?在同一份报告中，作者描述了改进后的彗星样本返回任务会是什么样子。

　　“该任务首先使一艘航天器与彗星会合，然后在彗星彗发内进行扩展观测(但不着陆在彗星上)，小心地收集代表不同源点的多个彗发样本并将它们返回地球进行研究。”

　　这样有什么好处呢?“首先，样品采集的速度要慢得多，避免了采集过程中对样品的破坏和改变，从而返回更多的原始材料，特别是有机物和易碎的矿物质。”

　　这次改进后的任务还将从彗发和逸出挥发物喷射流中收集样本。它还会收集更多的材料，使样本在统计上更具相关性。

　　目前，这个改进的任务还只是一个概念。而且目前并不缺乏有价值的任务概念。关键是要选出其中最有价值的一个。

　　美国宇航局（NASA）?欧洲宇航局（ESA）? 你在听吗？

　　BY: EVAN GOUGH

　　FY: rz

　　如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

　　转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处