伽马射线和陨石：可能引发地球上生命的看似不可能的组合

伽马射线和陨石：可能引发地球上生命的看似不可能的组合自从地球是一个新形成的无菌星球以来，陨石就一直以高速穿过大气层向地球表面飞去。如果最初的太空碎片包括碳质软玉石--一类陨石，其成员含有大量的水和小分子，如氨基酸--那么它可能有助于地球上的生命进化。然而，陨石中氨基酸的来源一直难以确定。在以前的实验室实验中，YokoKebukawa及其同事表明，简单分子之间的反应，如氨和甲醛可以合成氨基酸和其他大分子，但需要液态水和热量。放射性元素，如铝-26（26Al）--已知存在于早期碳质软骨岩中，在衰变时释放伽马射线，一种高能辐射。这一过程可能提供了制造生物大分子所需的热量，因此，Kebukawa和一个新的团队想观察辐射是否可能促进了早期陨石中氨基酸的形成。研究人员将甲醛和氨溶解在水中，将溶液密封在玻璃管中，然后用钴60衰变产生的高能伽马射线照射这些玻璃管。他们发现，随着总伽马射线剂量的增加，α-氨基酸（如丙氨酸、甘氨酸、α-氨基丁酸和谷氨酸）和β-氨基酸（如β-丙氨酸和β-氨基丁酸）在辐照溶液中的产量上升。根据这些结果和来自陨石中26Al衰变的预期伽马射线剂量，研究人员估计，产生1969年在澳大利亚降落的默奇森陨石中发现的丙氨酸和β-丙氨酸的数量需要1000到100000年。研究人员说，这项研究提供了伽马射线催化反应可以产生氨基酸的证据，可能有助于地球上生命的起源。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336963.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336963.htm

照亮生命的起源：研究人员揭示远古地球上的糖合成过程

照亮生命的起源：研究人员揭示远古地球上的糖合成过程戊糖是现代生命形式新陈代谢中不可或缺的碳水化合物，但由于这些分子不稳定，因此尚不清楚它们在地球早期是否存在。日本东京工业大学地球生命科学研究所（ELSI）领导的一项新研究揭示了一种与早期地球条件相适应的化学途径，通过这种途径，C6醛酸酯可以作为戊糖的来源，而不需要酶。他们的发现提供了原始生物化学的线索，使我们更接近了解生命起源。一项新研究提供了有关原始生物化学的线索，使我们更接近于了解生命的起源。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室地球早期的生化挑战地球上的生命是从简单的化学物质中产生的，这是生物化学乃至整个科学领域最令人兴奋而又最具挑战性的课题之一。现代生命形式可以通过复杂的化学网络将营养物质转化为各种化合物；此外，它们还可以利用酶催化非常特殊的转化，从而实现对所产生分子的精细控制。然而，在生命出现并变得更加复杂之前，酶是不存在的。因此，在地球历史的早期，很可能存在着各种非酶化学网络，它们可以将环境中的营养物质转化为支持原始细胞功能的化合物。戊糖：早期生命的基石戊糖的合成就是上述情况的一个突出例子。这些只含有五个碳原子的单糖是RNA和其他分子的基本组成单位，而这些分子对我们所知的生命来说是必不可少的。科学家们提出并研究了生命起源之前产生戊糖的各种方式，但目前的理论提出了一个问题：如果这些化合物的寿命极短，那么戊糖如何积累到足以参与生命起源前反应的数量？为了解决这个问题，由ELSI研究员易瑞琴领导的研究小组最近开展了一项研究，为早期地球上戊糖的起源和持续供应寻找另一种解释。他们探索了一个无酶化学网络，在这个网络中，C6醛酸酯（一种稳定的六碳碳水化合物）从各种前生物糖源积累起来，然后再转化回戊糖。(a)导致醛酸酯积累的原生代谢戊糖拟议途径，然后是非选择性氧化成脲酸酯、羰基迁移和β-脱羧。(b)磷酸戊糖途径的前几个步骤，以作比较。戊糖合成的新途径所提出的化学途径以葡萄糖酸盐开始，这是一种稳定的C6醛酸酯，在地球早期通过已知的基本糖类的前生物转化很容易获得。下一步是将C6醛酸酯非选择性地氧化成脲酸酯；这里的"非选择性"是指氧化过程不区分醛酸酯结构中的各种碳原子，因此有五种可能的氧化结果。通过实验和理论分析，研究人员深入研究了各种氧化产物，以弄清反应网络的细节。有趣的是，他们发现，无论氧化发生在哪里，生成的尿酸盐化合物都会发生一种被称为"羰基迁移"的分子内转化，直到形成特定的3-oxo-URONATE化合物。一旦达到这种状态，在H2O2和亚铁催化剂的作用下，3-氧代-尿苷酸盐很容易通过β-脱羧转化为戊糖，而这两种物质都与早期地球的条件相符。在建立并测试了这一复杂反应网络的全部过程后，研究人员注意到它与现代生化途径有着重要的相似之处。领衔作者易瑞勤强调说："我们证明了五碳糖的非酶合成途径，它依赖于化学转化，让人联想到磷酸戊糖途径的第一步，而磷酸戊糖途径是新陈代谢的核心途径。这些结果证明，前生物的糖合成可能与现存的生化途径有重叠。鉴于糖类在现代新陈代谢中无处不在，所提出的反应网络可能对第一批类生命系统的出现非常重要。"天体生物学影响和未来研究本研究的发现对天体化学和天体生物学具有重要意义。在1969年坠落地球的著名碳质陨石默奇森（Murchison）陨石中发现了大量的醛酸酯。与此相反，在现代生物系统中发现的典型碳水化合物却不在其中。这意味着醛酸酯可以在地外条件下形成和积累，而本研究表明，它们可能在生命组成元素的起源过程中扮演重要角色。Yi补充说："我们希望这项工作能掀起下一波天体生物学的热潮，将重点放在醛糖的研究上。"在未来的研究中，研究小组将重点关注C6醛酸酯是否能在地球早期积累到足够的量，以作为原生代谢出现的"养分"。首席研究员易瑞琴总结道："我们希望进一步了解这些醛酸酯如何从经典的前生物糖反应中生成，如甲糖反应和基里亚尼-费舍尔同源反应。值得注意的是，这些经典的前生物糖反应在现代新陈代谢中并不存在，因此，所提出的非酶途径可以作为早期糖类和理论上最早的生命形式所使用的碳水化合物之间一座急需的桥梁。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401995.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401995.htm

剑桥大学研究认为目前的气候预测明显低估了火山爆发的影响

剑桥大学研究认为目前的气候预测明显低估了火山爆发的影响《地球物理研究快报》杂志上报道的结果表明，改善各种强度的火山喷发的代表性将使气候预测更加稳健。火山喷发的地点和时间不是人类可以控制的，但火山在全球气候系统中发挥着重要作用。当火山喷发时，它们会向高层大气喷出含硫气体，形成称为气溶胶的微小颗粒，将阳光反射回太空。对于非常大的火山喷发，例如1991年的皮纳图博火山，火山气溶胶的体积非常大，以至于它会单独导致全球气温下降。然而，这些大型喷发每个世纪只发生几次——大多数小规模喷发每隔一两年就会发生一次。“与人类活动排放的温室气体相比，火山对全球气候的影响相对较小，但重要的是我们将它们纳入气候模型中，以便准确评估未来的温度变化，”第一作者说MayChim，博士优素福·哈米德化学系的候选人。标准气候预测，例如政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告，假设2015-2100年爆发性火山活动将与1850-2014年期间处于同一水平，并忽略小规模喷发的影响。Chim说：“这些预测主要依靠冰芯来估计火山可能如何影响气候，但较小的火山喷发太小，无法在冰芯记录中检测到。我们希望更好地利用卫星数据来填补空白并解释各种规模的喷发。”Chim和她来自埃克塞特大学、德国航空航天中心(DLR)、慕尼黑路德维希马克西米利安大学、杜伦大学和英国气象局的同事利用最新的冰芯和卫星记录，生成了1000种不同的冰芯和卫星记录。未来的火山活动。他们选择了代表火山活动较低、中等和较高水平的情景，然后使用英国地球系统模型进行气候模拟。模拟表明，火山喷发对气候（包括全球表面温度、海平面和海冰范围）的影响被低估，因为当前的气候预测很大程度上低估了未来火山活动的可能水平。对于未来的中值情景，他们发现，火山对大气的影响（即火山强迫）在气候预测中被低估了多达50%，这在很大程度上是由于小规模喷发的影响。Chim说：“我们发现，不仅火山强迫被低估，而且小规模喷发实际上造成了多达一半的火山强迫。这些小规模的喷发单独来看可能不会产生可测量的影响，但总的来说，它们的影响是显著的。我很惊讶地发现这些小规模的喷发有多么重要——我们知道它们会产生影响，但我们不知道它的规模如此之大。”尽管在气候预测中火山的降温作用被低估，但研究人员强调，它无法与人类产生的碳排放相比。Chim说：“高层大气中的火山气溶胶通常会在大气中停留一两年，而二氧化碳在大气中停留的时间要长得多。即使我们经历了一段火山活动异常频繁的时期，我们的模拟表明，这也不足以阻止全球变暖。这就像炎热晴天里的一朵云：降温效果只是暂时的。”研究人员表示，充分考虑火山的影响有助于使气候预测更加稳健。他们现在正在利用模拟来调查未来的火山活动是否会威胁南极臭氧空洞的恢复，从而使地球表面的有害紫外线辐射保持在相对较高的水平。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367253.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367253.htm

新研究发现当前地质时代最大火山爆发事件

新研究发现当前地质时代最大火山爆发事件而作为新记录保持者的Kikai-Akahoya火山，淹没于日本九州岛附近海域，在这个破火山口之上是名为硫磺岛的火山岛。此前，地质学家和考古学家的研究表明，Kikai-Akahoya火山爆发给附近岛屿上的人类带来了毁灭性灾难。通过对火山灰沉积物的分析，研究人员认为，这次火山爆发是当前地质时代最大的火山爆发事件之一。然而，由于难以深入海底破火山口、火山爆发后形成其他火山口，难以触及海底的火山沉积物，使得火山爆发的起源和规模难以确定。现在，日本神户大学的NobukazuSeama和同事计算出，Kikai-Akahoya火山喷发在水下产生的岩石和火山灰体积约为70立方千米，远超之前的想象。相关研究近日发表于《火山与地热研究杂志》。该研究指出，如果将日本陆上沉积火山岩也算进去，那么，火山喷发的物质总体积达300多立方千米，相当于北美最大的高山湖泊——太浩湖水体的两倍。但这仍逊于约7.4万年前印度尼西亚多巴超级火山爆发，当时喷发的岩浆达2500多立方千米。为了精确评估Kikai-Akahoya，Seama和同事开展了一次地震调查，绘制出了Kikai-Akahoya火山口周围地表以下约200米的水下区域图。从中，他们可以看到火山周围的物质层，但难以确定哪些来自火山爆发。于是，研究人员利用遥控钻井机器人从海底收集沉积物，并从岩石中提取岩芯样本，确定了含有独特火山玻璃的岩层。这些数据使研究人员能够分离出火山层，并计算火山产生的物质总量。即便如此，目前为止，Kikai-Akahoya火山喷发的规模仍然没有确定，因为很难找到并测量位于海底更深处深的破火山口。Seama表示，Kikai-Akahoya破火山口下面有一个巨大的岩浆库，很可能再次喷发。即便火山再次爆发的可能性很小，研究团队仍试图更准确地测量，以提高人们对该火山爆发风险的了解。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2024.108017...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420093.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420093.htm

研究人员找到预测火山爆发的突破性新方法

研究人员找到预测火山爆发的突破性新方法联合国专家组的一个小组确定了三个易于测量的参数，这些参数有助于深入了解火山的结构特征，标志着在风险评估和预防措施领域取得了进展。火山爆发的风险是什么？为了评估火山爆发的可能性，研究人员需要深入了解火山的内部结构。然而，获取这些重要数据可能是一项长期工作，需要进行多年的实地研究、分析和持续监测。这就是为什么目前只有一小部分活火山--大约30%的活火山得到了很好的记录。日内瓦大学（UNIGE）的一个团队开发了一种快速获取宝贵信息的方法。他们的方法侧重于三个关键变量：火山的海拔高度、将岩浆室与地表隔开的岩层深度以及岩浆的平均化学成分。这些发现发表在《地质学》（Geology）杂志上，为识别构成最大风险的火山提供了新的途径。地球上有大约1500座活火山，但我们只掌握了其中30%的精确数据。这是因为我们很难观测到它们的"燃料"--著名的岩浆，而岩浆中蕴含着丰富的信息。这种熔岩最初产生于地幔60千米到150千米的深处，而人类最深的钻孔一般只能钻到10千米（6.2英里）左右的深度，因此无法进行直接观测。火山下方地壳深处岩浆的生成速度决定了未来火山爆发的规模和频率。圣基茨和尼维斯岛州的利亚穆伊加火山。它是卢卡-卡里基及其团队研究的主要火山之一。图片来源：奥利弗-希金斯由于有8亿多人居住在活火山附近，数据的缺乏是一个危险。因此，在许多地区，没有任何依据可用于评估特定火山所带来的风险，以及在疑似火山爆发时应采取的保护措施（例如疏散范围）的范围。三个关键参数科学家们经常使用地球化学和地球物理分析方法来监测火山，但要深入了解一座特定火山的工作原理可能需要几十年的时间。多亏了联合国大学理学院地球科学系全职教授卢卡-卡里基（LucaCaricchi）团队的最新研究成果，现在可以更快地获得有价值的信息。这种方法使用三个易于测量的参数：火山高度、火山"储层"与地表之间的岩石厚度，以及火山爆发过程中释放的岩浆的化学成分。前者可通过卫星测定，后者可通过地球物理学和/或对火山岩中矿物（晶体）的化学分析测定，而后者则可通过实地直接取样测定。快照通过分析小安的列斯群岛火山弧的现有数据，联合国大学的研究小组强调了火山高度与岩浆产生速度之间的相关性。"最高的火山在其生命周期内平均喷发量最大。卢卡-卡里基研究小组的前博士生、该研究的第一作者奥利弗-希金斯（OliverHiggins）解释说。科学家们还发现，火山下方的地壳越薄，岩浆库越接近地表，火山的热成熟度就越高。"当岩浆从深处上升时，往往会冷却凝固，从而停止上升。但当岩浆供应量较大时，岩浆会保持温度，积聚在储层中，为未来的喷发提供燃料，并'侵蚀'地壳"，该研究的第二位也是最后一位作者卢卡-卡里基（LucaCaricchi）解释说。确定风险最大的火山最后，研究人员发现，已经喷发的岩浆的平均化学成分是其爆炸性的一个指标。"例如，二氧化硅含量高，表明火山由大量岩浆供给。在这种情况下，该火山发生大规模爆炸性喷发的风险更大"，研究人员解释说。"综上所述，UNIGE团队确定的三个参数可以为火山的内部结构提供一个"快照"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381129.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381129.htm

科学家发现地球生命的潜在星际起源

科学家发现地球生命的潜在星际起源在地球上出现生命之前，基本的有机分子是由氮、硫、碳和磷等稀缺元素形成的。新的研究表明，富含这些元素的宇宙尘埃可能通过在地球上，特别是在冰原融洞中的高浓度积累，启动了前生物化学，从而有可能导致生命组成元素的形成。资料来源：NASA/JPL-Caltech事实上，生命的基本组成元素是如此稀少，以至于化学反应很快就会耗尽，如果它们真的能够进行的话。地球组成岩石的侵蚀和风化等地质过程也无法确保充足的供应，因为地壳中包含的这些元素实在太少了。尽管如此，在地球历史的前5亿年里，发生了一种前生物化学反应，产生了诸如RNA、DNA、脂肪酸和蛋白质等有机分子，所有生命都是在这些有机分子的基础上诞生的。所需数量的硫、磷、氮和碳从何而来？地质学家、诺米斯研究员克雷格-沃尔顿坚信，这些元素主要是以宇宙尘埃的形式来到地球的。这些尘埃是在太空中产生的，例如当小行星相互碰撞时。即使在今天，每年仍有约3万吨尘埃从太空落到地球上。然而，在地球诞生的早期，尘埃的数量要大得多，每年高达数百万吨。然而，最重要的是，尘埃粒子含有大量的氮、碳、硫和磷。因此，它们有可能引发化学级联反应。然而，灰尘的散布范围很广，在任何一个地方都只能发现极少量的灰尘，这一事实与上述说法相悖。沃尔顿说："但如果把运输过程包括在内，情况就会不同。风、雨或河流在大范围内收集宇宙尘埃，并以浓缩的形式沉积在某些地方。"澄清问题的新模式为了弄清宇宙尘埃是否可能是启动前生物化学（反应）的源头，沃尔顿与剑桥大学的同事们一起建立了一个模型。研究人员利用该模型模拟了在地球历史的最初5亿年里，有多少宇宙尘埃落到了地球上，以及这些尘埃可能在地球表面的哪些地方积聚。他们的研究现已发表在科学杂志《自然-天文学》上。该模型是与剑桥大学的沉积专家和天体物理学家合作开发的。英国研究人员专门从事行星和小行星系统的模拟研究。模拟显示，早期地球上可能存在宇宙尘埃浓度极高的地方。而且，来自太空的补给源源不断。然而，地球形成后，尘埃雨迅速锐减：5亿年后，尘埃流比零年小了一个数量级。研究人员将偶尔出现的上升高峰归因于小行星碎裂并向地球发送了尘埃尾流。冰原上的融化洞是尘埃陷阱大多数科学家和普通人都认为，地球被岩浆海洋覆盖了数百万年；这将在很长一段时间内阻止宇宙尘埃的迁移和沉积。沃尔顿说："然而，最近的研究发现，有证据表明地球表面冷却和凝固的速度非常快，并形成了大面积的冰原。"根据模拟结果，这些冰原可能是宇宙尘埃积聚的最佳环境。冰川表面的融化孔--即所谓的冷冻孔--不仅会使沉积物积聚，也会使来自太空的尘粒积聚。随着时间的推移，尘埃粒子中释放出相应的元素。当它们在冰川水中的浓度达到临界值时，化学反应就会自动开始，从而形成有机分子，这就是生命的起源。即使在熔洞冰冷的温度下，化学过程也有可能开始进行。沃尔顿说："低温并不会破坏有机化学，相反，低温下的反应比高温下的反应更有选择性和特异性。其他研究人员已经在实验室中证明，简单的环形核糖核酸（RNA）会在冰点附近的温度下自发地在这种融水汤中形成，然后进行自我复制。该论点的一个弱点可能是，在低温条件下，形成有机分子所需的元素只能非常缓慢地从尘埃粒子中溶解出来。"启动关于生命起源的辩论沃尔顿提出的理论在科学界并非没有争议。这项研究肯定会引发一场有争议的科学辩论，但它也会引发关于生命起源的新观点。早在18和19世纪，科学家们就确信陨石将沃尔顿所说的"生命元素"带到了地球。即使在当时，研究人员也在来自太空的岩石中发现了大量这些元素，但在地球的基岩中却没有发现。沃尔顿说："然而，从那时起，几乎没有人考虑过前生物化学主要是由陨石引发的这一观点。"沃尔顿解释说："陨石的想法听起来很有吸引力，但有一个问题。一块陨石只能在有限的环境中提供这些物质；陨石撞击地面的位置是随机的，而且无法保证进一步的供应。我认为，生命的起源不太可能依赖于几块广泛而随机散落的岩石。"另一方面，我认为富集的宇宙尘埃是一个可信的来源。"沃尔顿的下一步将是通过实验检验他的理论。在实验室中，他将使用大型反应容器来重现原始熔洞中可能存在的条件，然后将初始条件设定为40亿年前低温熔洞中可能存在的条件，最后再观察是否真的发生了产生生物相关分子的化学反应。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1428240.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1428240.htm