中国探月计划将如何揭示地球上生命的起源?

极光欣色 2024-06-20 03:06:21

Credit: NASA

6月1日,中国“嫦娥六号”着陆器在南极阿特金盆地着陆,这是月球上最大、最深、最古老的撞击坑。探测器几乎立即开始在地面上钻孔,收集大约2公斤的月球物质,这些物质已经返回地球,计划于6月25日在蒙古着陆。不仅仅是行星地质学家对返回的岩石和土壤可能揭示的东西感到兴奋。如果幸运的话,来自月球背面的第一批样本还可能包括一些迄今为止发现的最古老的化石。

有时被称为SPA盆地,是42亿到43亿年前发生的一次巨大撞击的结果,当时月球和地球是非常接近的邻居。这个陨石坑直径大约2500公里(1600英里),深度在6.2公里到8.2公里(3.9到5.1英里)之间,包括几个较小的陨石坑,比如嫦娥六号着陆的阿波罗盆地和沙克尔顿陨石坑,其中部分陨石坑永远处于阴影中。

21世纪月球探测的主要重点是寻找自然资源,比如可以转化为火箭燃料和宇航员饮用水的水冰,以及有朝一日可能为核聚变反应堆提供燃料的氦-3。然而,另一个潜在的科学宝藏却经常被忽视。月球是我们唯一能找到地球生命起源化石线索的地方。在我们自己星球的动态表面,饥饿的微生物很久以前就会摧毁这些证据。

寻找化石证据

让我们把时钟倒回数十亿年前,回到造成SPA盆地的撞击时间,那时我们的星球还在遭受小行星和彗星撞击的冲击。月球与地球的距离是现在的三倍,任何大的撞击都会抛出足够的物质到达月球表面。我们有证据证明这一点。阿波罗14号的宇航员带回了月球样本,其中包含了大约40亿年前的地球碎片。

在地球上寻找如此古老的岩石是一项挑战。迄今为止发现的最古老的岩层是加拿大西北地区的阿卡斯塔片麻岩,它的年龄为40.3亿年。我们星球上的大多数岩石都要年轻得多,这要归功于不断循环旧地壳的构造板块的运动。一些古老的岩石仍然存在于克拉通中,克拉通是大陆地壳的稳定部分,随着时间的推移没有发生太大变化。不幸的是,这些岩石大多是火成岩,或者在阿卡斯塔片麻岩的情况下,是变质岩,这意味着化石从来没有或很少被保存下来。

因此,生命究竟何时在地球上起源的问题一直笼罩在神秘之中。第一个无可争议的生物证据是35亿年前的叠层石——微生物席的化石。然而,有迹象表明,地球上的生命出现得更早。含石墨岩石中碳的同位素特征表明,这可能是事实。一般来说,生命希望通过使用最轻的碳同位素来为其代谢反应提供能量。这样比较容易。在格陵兰岛37亿年前的伊苏亚上地壳带的岩石中发现了这种轻同位素。有趣的是,这种同位素特征也在单一的锆石颗粒中被发现,这种锆石是在澳大利亚杰克山山脉的一块岩石中发现的,其历史可追溯到41亿年前。这意味着地球上可能更早就存在生命了。

看来,造成SPA盆地的撞击发生在地球上出现生命之前,或者大约在同一时间。几十年来,研究人员一直在努力拼凑出一个合理的序列,来解释这是如何发生的,以及第一个生物分子可能是什么。大多数科学家接受在DNA出现之前就存在原始RNA世界的假设。但是,是否有比这更早的东西——例如,PNA(肽核酸)——已经允许原始生命繁殖?最初的细胞是什么样子的?它们起源于什么环境?从非生命到生命的转变花了多长时间?有些人认为它发生在不到1000万年的时间里,甚至可能更快。

生命的起源

不知道生命是如何在我们自己的星球上起源的是天体生物学的一大亮点。我们知道,一旦它出现,生命就具有惊人的适应性,几乎蔓延到地球表面的每一个地方。然而,我们不知道这一切是如何开始的,这对于理解它在宇宙中有多普遍以及我们可以在其他地方找到它至关重要。

尽管今天的月球是一块死寂的岩石,但它可能提供了答案。如果月球上曾经存在过生命,那也只存在过很短的一段时间,因为大约35亿年前火山喷发造成了月球大气层的稀薄。即使没有,月球仍然是最有可能保存地球生命起源证据的地方。

直到本月晚些时候嫦娥六号的样本回来,我们才能知道答案。月球那一区域的岩石估计有39.8亿年的历史。在这珍贵的两公斤材料中找到正确的化石证据的可能性很小。但如果是的话,这将改变科学家们对地球上生命起源的兴趣。

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极光欣色

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