小行星撞擊或?yàn)榈厍蛏包c(diǎn)火” 新研究拓展生命起源假說

一項(xiàng)由美國羅格斯大學(xué)（Rutgers University）研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的最新綜述指出，地球生命的起源，可能并非只根植于深海熱液噴口這一傳統(tǒng)“搖籃”，由小行星或隕石撞擊形成的高溫含礦環(huán)境，同樣可能為早期生命化學(xué)提供關(guān)鍵舞臺。

論文第一作者希婭·辛奎曼尼（Shea Cinquemani）在接受采訪時表示：“從科學(xué)角度看，我們?nèi)圆恢溃瑳]有任何生命的早期地球究竟是如何產(chǎn)生出第一批生命的。無中生有，這一步到底是如何發(fā)生的？”辛奎曼尼于2025年畢業(yè)于羅格斯大學(xué)環(huán)境與生物科學(xué)學(xué)院，獲海洋生物與漁業(yè)管理學(xué)士學(xué)位，這次工作也是她在本科階段完成的一次“越級”科研嘗試。

相關(guān)綜述論文發(fā)表在《海洋科學(xué)與工程雜志》（Journal of Marine Science and Engineering），重點(diǎn)梳理了生命可能誕生的地質(zhì)環(huán)境，尤其聚焦于熱液系統(tǒng)——即高溫、富含礦物的流體在巖石中循環(huán)，并最終涌出，形成明顯的能量梯度和多樣的化學(xué)條件，從而驅(qū)動復(fù)雜反應(yīng)的場所。文章在傳統(tǒng)深海熱液噴口之外，將目光轉(zhuǎn)向了由隕石撞擊形成的熱液系統(tǒng)，認(rèn)為這一類環(huán)境在早期地球可能十分常見，卻長期被忽視。

論文由辛奎曼尼與羅格斯大學(xué)海洋學(xué)家理查德·盧茨（Richard Lutz）共同署名，對于一位本科生來說，作為第一作者主導(dǎo)綜述，被導(dǎo)師形容為“極不尋常的成就”。盧茨說：“本科生參與論文并不罕見，教師經(jīng)常邀請優(yōu)秀學(xué)生加入項(xiàng)目。但以本科生為第一作者發(fā)表這樣的論文，意義完全不同。”起初，這項(xiàng)工作只是辛奎曼尼在“大洋熱液噴口”課程中的課堂作業(yè)，課題要求她思考：如果在其他行星上存在類似熱液系統(tǒng)，它們是否有能力孕育生命？

辛奎曼尼坦言，剛接到作業(yè)時，“幾乎一無所知”。“思考另一個星球上生物起源的問題，感覺非常超現(xiàn)實(shí)，我原本更熟悉的是純生物學(xué)，但這個課題把我?guī)нM(jìn)了化學(xué)、物理甚至地質(zhì)學(xué)。”畢業(yè)后，她將課堂作業(yè)拓展為更系統(tǒng)的綜述，將撞擊形成的熱液系統(tǒng)與深海熱液噴口進(jìn)行橫向比較，論文在經(jīng)過長達(dá)五輪、長達(dá)15頁意見的嚴(yán)格評審后最終被接收。

深海熱液噴口自上世紀(jì)70年代后期被發(fā)現(xiàn)以來，一直是生命起源研究中的“熱門候選地”。這一環(huán)境無需陽光即可支撐完整生態(tài)系統(tǒng)，微生物依靠硫化氫等化學(xué)物質(zhì)獲取能量，通過化學(xué)合成而非光合作用生存。熱液系統(tǒng)的熱源既可以來自地殼內(nèi)部的火山活動，也可以來自水與巖石之間的化學(xué)反應(yīng)，即便沒有巖漿，也能在冷冽的深海中形成局部溫暖“綠洲”。

辛奎曼尼的工作在承接這一傳統(tǒng)研究框架的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)撞擊驅(qū)動熱液系統(tǒng)在生命起源中的潛在地位。當(dāng)一顆大型隕石撞擊地球時，巨大的動能會瞬間轉(zhuǎn)化為高溫，導(dǎo)致周圍巖石熔融。撞擊坑隨后在冷卻過程中積水，形成一個中心區(qū)域極為溫暖、四周環(huán)繞水體的特殊環(huán)境，熱水與礦物持續(xù)交換，構(gòu)成類似深海熱液噴口的系統(tǒng)。辛奎曼尼形容道：“你會得到一個被湖水包圍的高溫核心，這里會形成一個和深海類似的熱液系統(tǒng)，只不過熱源來自撞擊而非火山。”

為評估這類環(huán)境的真實(shí)演化過程及其支持生命化學(xué)的潛力，論文回顧了三個不同時期的典型隕石坑案例：形成于約6500萬年前、與恐龍滅絕事件相關(guān)的墨西哥希克蘇魯伯（Chicxulub）撞擊坑；約3100萬年前形成的加拿大北極地區(qū)豪頓（Haughton）撞擊坑；以及大約5萬年前形成、現(xiàn)仍有湖水存在的印度洛納湖（Lonar Lake）。這些撞擊形成的熱液系統(tǒng)可以持續(xù)活躍數(shù)千至數(shù)萬年，為簡單分子逐步演變?yōu)楦鼜?fù)雜有機(jī)結(jié)構(gòu)提供了時間窗口。

研究人員認(rèn)為，在隕石、彗星頻繁造訪的早期地球，這類由撞擊驅(qū)動的熱液環(huán)境可能遠(yuǎn)比今天常見，因此可能在生命誕生過程中發(fā)揮了被低估的作用——那些往往被視為“災(zāi)難性”的天體撞擊事件，或許同時也搭建了生命起步所需的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。這一思路在延續(xù)深海熱液噴口理論數(shù)十年積累的基礎(chǔ)上，將生命起源的可能場景從深海擴(kuò)展到了撞擊坑內(nèi)的湖泊與地下系統(tǒng)。

盧茨本人是深海熱液噴口研究的早期拓荒者之一。在博士后階段，他曾搭乘“阿爾文”（Alvin）深潛器下潛至海面以下一英里多，親眼目睹在全然黑暗中的繁盛生態(tài)系統(tǒng)，這些航次被視為開創(chuàng)了一個全新的研究領(lǐng)域，也刷新了科學(xué)界對“沒有陽光也能有生命”的理解。“多年來，我們一直在討論，生命可能誕生于深海熱液噴口的可能性。”盧茨說。

辛奎曼尼的這篇綜述，在整合既有深海證據(jù)的同時，也引入了越來越多關(guān)于撞擊驅(qū)動熱液系統(tǒng)的最新成果，認(rèn)為兩類環(huán)境都具備支持生命起始階段關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)的潛力。這種視角的轉(zhuǎn)變不僅關(guān)乎地球自身歷史，也指向?qū)ν庑巧奶剿鳎嚎茖W(xué)界推測，在木星衛(wèi)星歐羅巴（Europa）、土星衛(wèi)星土衛(wèi)二（Enceladus）等冰封衛(wèi)星之下，可能存在活躍的海底熱液活動，火星早期的撞擊坑中也可能曾經(jīng)孕育過類似環(huán)境。如果地球上的熱液與撞擊系統(tǒng)確實(shí)能為生命“預(yù)熱”，那么它們也可能為未來搜尋外星生命提供重要線索和目標(biāo)區(qū)域。

對于辛奎曼尼本人而言，這項(xiàng)研究更多源于一種人類共通的好奇心。目前她在羅格斯大學(xué)位于新澤西州開普梅的水產(chǎn)養(yǎng)殖創(chuàng)新中心擔(dān)任技術(shù)員，從事水產(chǎn)養(yǎng)殖相關(guān)科研工作，同時為今后的海洋科學(xué)深造做準(zhǔn)備。“人類的好奇心幾乎是無窮的。”她說，“我們會不斷發(fā)問，試圖追溯一切的源頭。也許我們永遠(yuǎn)無法精確還原生命誕生的那一刻，但我們可以盡可能逼近，理解事情可能是如何發(fā)生的。”