地球大约有45亿年的历史，最古老的古代生命化石直接证据——叠层石或保存在称为微生物垫的层中的微观生物——大约有 35 亿年的历史。然而，一些科学家怀疑生命起源于更早的地方，从原始水体中积累的有机分子中出现，这种混合物有时被称为原始汤。

但是，这些有机材料最初是从哪里来的呢？几十年前，研究人员提出，闪电在古代地球的海洋中引起了化学反应，并自发产生了有机分子。

现在，3月14日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的新研究表明，在带电的水雾滴之间产生的几乎看不见的“微闪电”嘶嘶声，可能足以从无机材料中培养出氨基酸。氨基酸——结合形成蛋白质的有机分子——是生命最基本的组成部分，本来是生命进化的第一步。

“人们几乎可以肯定，需要一种高能催化剂来促进早期地球上导致生命起源的一些反应，”佛罗里达大学（University of Florida）地球科学系副教授、天体生物学家和地质生物学家艾米·威廉姆斯（Amy J. Williams）博士说。

威廉姆斯说，要形成苯离子酸，它们需要可以与碳键合的氮原子。从氮气中释放原子需要切断强大的分子键，并且需要大量的能量。他没有参与这项研究。

“闪电，或者在这种情况下，微闪电，具有打破分子键的能量，因此促进了对地球生命起源至关重要的新分子的产生，”威廉姆斯在一封电子邮件中说。

为了重现可能产生地球上第一个有机分子的场景，研究人员以1953年的实验为基础，当时美国化学家斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈罗德·尤里（Harold Urey）调制了一种模拟古代地球大气层的气体混合物。

米勒和尤里将氨（NH3）、甲烷（CH4）、氢（H2）和水混合，将它们的“大气层”封闭在一个玻璃球内，并用电震动它，产生含有碳和氮的简单氨基酸。现在已知的米勒-尤里实验支持了非生物发生的科学理论：生命可以从无生命的分子中出现。

在这项新研究中，科学家们重新审视了1953年的实验，但将注意力转向了较小规模的电活动，高级研究作者、加利福尼亚州斯坦福大学Marguerite Blake Wilbur自然科学教授兼化学教授 Richard Zare博士说。Zare和他的同事研究了直径在1微米到20微米之间的带电水滴之间的电力交换。人的头发宽度为100微米。

“大液滴带正电。小液滴带负电，“Zare说，“当带相反电荷的液滴靠得很近时，电子可以从带负电的液滴跳到带正电的液滴。”

研究人员将氨、二氧化碳、甲烷和氮气混合在一个玻璃灯泡中，然后用水雾喷洒气体，使用高速摄像机捕捉蒸汽中微弱的微闪电闪光。当他们检查灯泡的内容物时，他们发现了具有碳氮键的有机分子。这些包括氨基酸甘氨酸和尿嘧啶，这是RNA中的核苷酸碱基。

“我们没有发现新的化学反应。我们实际上已经复制了米勒和尤里在1953年所做的所有化学反应，“Zare说。该团队也没有发现新的物理学——这些实验是基于已知的静电原理。

“我们所做的是，我们第一次看到，当小液滴由水形成时，它们实际上会发光并获得这种火花，”Zare说，那是新的。而这种火花会导致各种类型的化学转变。

闪电是电力的戏剧性展示，但它也是零星且不可预测的。扎尔说，即使在数十亿年前动荡的地球上，闪电也可能太少了，无法产生足够生命使用的氨基酸——这一事实在过去曾对此类理论提出质疑。

然而，喷水比闪电更常见。更有可能的情况是，薄雾产生的微闪电不断地将氨基酸从水池和水坑中击出，分子可以在这些水坑中积累并形成更复杂的分子，最终导致生命的进化。

“明显带电的水微滴之间的微放电使之前在Miller-Urey实验中观察到的所有有机分子成为可能，”Zare说，“我们提出，这是构成生命组成部分的分子益生元合成的一种新机制。”

然而，他说，即使有了关于微闪电的新发现，关于生命起源的问题仍然存在。虽然一些科学家支持生命最早的组成部分起源于带电的观点，但另一种非生物发生假说提出，地球上的第一个氨基酸是在海底的热液喷口周围形成的，由海水、富氢流体和极端压力共同产生。

然而，另一个假设表明有机分子根本不起源于地球。相反，它们在太空中形成，并被彗星或小行星碎片带到这里，这一过程被称为泛精子症。

“我们仍然不知道这个问题的答案，”扎尔说，“但我认为我们更接近于更多地了解可能发生的事情。”

威廉姆斯说，尽管地球上生命起源的细节可能永远无法完全解释，但“这项研究为形成对生命起源至关重要的分子提供了另一种途径”。

水是我们世界无处不在的方面，因此产生了蓝色大理石的绰号，从太空中描述地球。也许水的落下是维持我们生命的最重要因素，在地球上生命起源中发挥的作用也比我们以前认识到的要大。