碳、氫、氮、氧、硫和磷是構成地球生物的六個最重要元素

2020-12-20 山川異域合作共贏

冰冷月球上的潛在生命困擾,歐羅巴和土衛二等衛星上缺乏乾燥的土地,可能使用磷播種海洋變得困難,磷是我們所知道的生命必不可少的元素。

在尋找生命的過程中,水至高無上,這是我們所知道的生命的關鍵要素。能量也是驅動生命所依賴的化學反應所必需的重要成分。但是新的研究著眼於一個經常被遺忘的成分:限制生命可能性的要素。由於這些元素的可用性有限,土星的土衛二土衛二和木星的衛星歐羅巴等水上世界可能不像以前想像的那樣宜居。

無論木衛二和土衛二包含一個冰殼之下的海洋,模擬表明,它們應該具有的能源,如對他們的海底地熱噴口。這種結合使這些衛星在尋找生命中成為誘人的目標。

但是他們的全球海洋可能是他們的垮臺。根據Manasvi Lingam和Avi Loeb(哈佛大學)的說法,大量的磷為兩個世界的生命造成了窒息。儘管磷被認為是構成地球生物過程的六個最重要元素之一,但磷主要是通過與乾旱土地的相互作用而產生或釋放的,而這在冰雪覆蓋的世界中卻是極為缺失的。其他五個關鍵元素是碳,氫,氮,氧和硫。

基於地球的進化和地質歷史,有理由相信磷是限制元素,它被稱為'終極生活營養素',因為它限制了生物圈可以擁有的生物量。

磷作為能量存儲分子三磷酸腺苷的成分之一,在代謝中起著關鍵作用。糖磷酸骨架構成了DNA和RNA的結構框架,這是我們所知道的生命的另外兩個基本組成部分。磷甚至可以構成將細胞固定在一起的膜,並起著關守的作用,使有用的分子通過,同時成為有害物質的屏障。

太陽系的巖石物質含有磷和其他元素,將它們捕獲在地質槽中,直到釋放出來。在地球上,磷主要通過侵蝕被帶到海洋。河流在大陸巖石上穿破,而風中攜帶的磷則散落在地表或從火山噴湧而出。這些方法都不適用於土衛二或歐羅巴,那裡的大氣幾乎不存在,並且沒有旱地。

相反,隨著水在巖石上逐漸消耗掉,海洋世界很可能會從海底吸收磷。這個過程比酸性更強的河水侵蝕要慢得多,隨著時間的流逝,越來越少的元素滲入海洋。

土衛二和歐羅巴的生命可能會相對於地球減少幾個數量級,他們可能有某種形式的生活,但在地球上可能並不那麼複雜……生活複雜性的發展速度將大大降低。

兩人澄清說,這並不意味著探索世界的任務(例如美國宇航局即將進行的歐羅巴快船號任務)將被殺死。了解這些環境可以幫助科學家限制生命在月球和地球上的進化方式。目前,科學家們不知道地球上的生命需要多少磷,而其他世界則更少。

缺乏知識是推動調查冰冷衛星的另一個原因,試圖限制或了解這些環境中是否可能存在生命的最大問題是,我們對此並不了解。除非我們對磷等關鍵特性有更好的限制,否則要根據養分的有效性得出可靠的結論可能是具有挑戰性的。

儘管鑽入地下海洋可能已經幾十年了,但歐羅巴和土衛二可能會為他們的海洋狀況提供更直接的提示,包括測量它們水中所含磷的機會。土衛二從其南極噴射水,並且在歐羅巴上初步發現了至少一個間歇泉。當未來的任務準備探查這些噴泉時,它們可以攜帶可能尋找諸如磷之類的限制元素的儀器。

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