新研究：海浪拍岸的微小電火花，可能是地球生命起源的火種

在科幻作品里，生命的誕生有時(shí)會(huì)伴隨著電閃雷鳴，比如《弗蘭肯斯坦》里被閃電喚醒的科學(xué)怪人。有趣的是，科學(xué)界過去對(duì)生命起源的一種解釋也離不開雷霆萬(wàn)鈞的閃電。

然而，一項(xiàng)新的研究認(rèn)為，一些微小的電火花就足以促成生命的誕生。

當(dāng)你往空氣中噴灑水霧，微小的水滴在飛濺的過程中就能產(chǎn)生微弱的電荷——被科學(xué)家稱為“微閃電”。根據(jù)美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員最新發(fā)現(xiàn)，這些“微閃電”可以促使原始地球大氣中的無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，甚至包括構(gòu)成DNA和RNA的關(guān)鍵成分——尿嘧啶。

米勒-尤里實(shí)驗(yàn)示意圖 圖片來(lái)源：維基百科

傳統(tǒng)理論：閃電創(chuàng)造“生命的種子”

70年前，科學(xué)家斯坦利·米勒和哈羅德·尤里做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)。他們模擬早期地球環(huán)境，將甲烷、氨氣、氫氣和水混合，然后通入電流。

幾天后，這些無(wú)機(jī)物竟神奇地變成了構(gòu)成生命的有機(jī)分子，比如氨基酸。這個(gè)發(fā)現(xiàn)催生了“閃電創(chuàng)造生命”的為米勒-尤里假說：遠(yuǎn)古時(shí)期的閃電擊中海洋，引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，為地球播下了生命的種子。

然而，這一假說一直存在爭(zhēng)議。有科學(xué)家認(rèn)為，早期地球的閃電非常罕見可能無(wú)法產(chǎn)生足夠多的有機(jī)物，而且海洋中的化學(xué)物質(zhì)過于分散，難以產(chǎn)生有效的反應(yīng)。這就像試圖用偶爾劃過的火柴點(diǎn)燃整個(gè)森林，成功率極低。

水滴產(chǎn)生的微閃電

為此，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家通過他們的實(shí)驗(yàn)，找到了更為合理的解釋。那么他們進(jìn)行了怎樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

研究團(tuán)隊(duì)首先試驗(yàn)了被噴灑或?yàn)R起的水滴產(chǎn)生電荷的情況。他們觀察到，較大的水滴通常帶正電荷，而較小的水滴則帶負(fù)電荷。

當(dāng)兩個(gè)帶有相反電荷的水滴靠近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生微小的火花。這個(gè)過程類似于能量在云層中積聚，然后以閃電的形式釋放，只不過規(guī)模要小得多。

雖然這些微型閃電很難被直接觀察到，但研究人員使用高速攝像機(jī)捕捉到了它們的身影。微閃電體積雖小，但攜帶著足夠多的能量。

研究人員將水噴灑到模擬原始地球大氣的實(shí)驗(yàn)示意圖

之后，研究人員試驗(yàn)了將水噴灑到包含氮?dú)?、甲烷、二氧化碳和氨氣的氣體混合物中。這些氣體被認(rèn)為存在于早期的地球上，因此可以用來(lái)模擬原始地球大氣。最終，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了至關(guān)重要的有機(jī)分子：氫氰酸、尿嘧啶以及最簡(jiǎn)單的穩(wěn)定氨基酸甘氨酸。

研究人員認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只需要水霧與空氣摩擦產(chǎn)生的微小電荷，就能完成生命分子的合成，不需要壯觀的閃電。

“微閃電”理論為什么更合理

相比傳統(tǒng)閃電假說，斯坦福大學(xué)研究人員的“微閃電”理論有兩大優(yōu)勢(shì)。

一是“微閃電”現(xiàn)象更為普遍。早期地球處處存在水霧——海浪拍打巖石、瀑布沖擊水面，甚至雨滴撞擊地面都會(huì)產(chǎn)生帶電水霧。這些微型反應(yīng)爐幾乎可以全天候工作。

二是反應(yīng)更高效：高速攝像機(jī)顯示，微閃電能在局部區(qū)域集中釋放能量，就像用激光筆聚焦光線點(diǎn)燃紙張，比廣撒網(wǎng)的閃電更高效。

研究人員表示，微閃電實(shí)驗(yàn)?zāi)苌?0年前米勒-尤里實(shí)驗(yàn)中的所有關(guān)鍵有機(jī)物，但過程更加溫和可控。正如研究團(tuán)隊(duì)成員之一的扎雷教授所說：“這解決了傳統(tǒng)假說的許多難題，讓生命起源的故事變得更合理?！?/p>

水滴微閃電的研究或許會(huì)改寫生命起源的劇本，但也提醒我們：自然界的奧秘往往藏在看似普通的現(xiàn)象中。下次當(dāng)你看到噴泉的水霧在陽(yáng)光下閃爍，不妨想象其中正上演著40億年前的生命化學(xué)魔法。那些轉(zhuǎn)瞬即逝的微光，或許正是生命誕生的最初火花。

參考信息：

[1]https://phys.org/news/2025-03-microlightning-droplets-life-earth.html

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt8979

編譯：文星

策劃：劉穎 張超 李培元 楊柳

審核：中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所研究員 馬潤(rùn)林

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