地球生命起源何处？地外小行星带来新证据

李忠东

在科学界，关于地球生命起源这个话题已经被探讨了上百年的时间。目前流行两种理论：一种是地球上的生命起源于我们这个星球，是在漫长岁月里经历了量变和质变，自发孕育而成的;另一种则是地球上的生命来自地外小行星，在它们撞击地球时把孕育生命的关键物质撒在了地球上，之后才有了生命。迄今为止，两种说法都还没有确凿的证据。

不过，日本科学家在2022年6月6日宣布的一项惊人发现，或许能让人类离真相更近一步。他们在“隼鸟2号”探测器从“龙宫”小行星带回的样本中，发现了至少23种氨基酸。如果能够确认“龙宫”或其他彗星和小行星中所保存的氨基酸为地球生命起源的初始材料，就可能证实生命起源所必需的物质是从太空传到地球的理论，从而结束地球生命起源的长期争论。

“隼鸟2号”立功劳

生命起源于地球理论认为，地球原本是一颗荒凉的星球，随着彗星撞击地球，给地球带来了水。由于地球上有了氮元素、水、二氧化碳等成分，在小行星撞击地球之时，在极端的条件下形成了有机物大分子氨基酸。随着氨基酸的排列组合，形成了蛋白质，蛋白质又组成了DNA，之后就诞生了细胞。生命就是这样形成的。

生命起源于外太空理论则认为，地球上的生命是由外太空陨石带来的，因为地球的环境更适合生存，所以陨石上的生命就在地球上繁衍生息了。这种理论的证据，就是在某些陨石上确实发现了氨基酸等有机物大分子，个别陨石上还有微生物活动的痕迹，这也大概率地说明了地球的生命是来自外太空。

这次，日本科学家在“隼鸟2号”探测器从“龙宫”小行星带回的样本中，发现了至少23种氨基酸，确认了存在不能在体内产生的异亮氨酸和缬氨酸等。除了作为胶原蛋白材料的甘氨酸，还存在作为提鲜成分而为人所知的谷氨酸。此外，样本中还发现了有机大分子以及含氮化合物。和水一样，它们是氨基酸形成生命密码系统的基本要素。

太阳系最初是一个巨大的尘埃和气体盘，逐渐聚集在一起形成了太阳，然后形成了行星和卫星。剩下的那些“碎屑”，就以小行星和彗星的形式在太空中飘荡，保存着太阳系形成过程中的原始材料。为了寻找传说中的那些“原初尘埃”，日本宇宙航空研究开发机构决定建造一个小行星探测器，“隼鸟2号”就这样被提上了议事日程。

在2010年通过经费申请时，研究人员就为“隼鸟2号”设置了一个宏伟的目标——“帮助科学家解开太阳系起源和生命起源的奥秘”，并拟订了从小行星表面采集物质以研究生命起源的计划。他们当时锁定了编号162173的小行星，一方面是因为它较为原始，可能有更多的含水矿物和有机物;另一方面是因为它的自转周期约为7.5小时，比一般的小行星慢，有利于探测器在它的表面着陆。

2014年12月3日，“隼鸟2号”发射升空。之后，它展开太阳能电池板，借助引力加速前往小行星162173。2015年10月，在“隼鸟2号”出发近一年后，国际小行星中心正式宣布，将小行星162173命名为“龙宫”。

离开地球后，勇敢的“隼鸟2号”就一直在太空中进行漫长的飞行，持续了4年多。2019年2月，“隼鸟2号”终于接近了“龙宫”。按照指令，它先向“龙宫”发射了大金属弹，在小行星上砸出一个坑。两个月后，它调整了姿态，缓缓降落在之前砸出的“人造陨石坑”附近，采集到一种类似木炭的黑色物质，之后再启程返回地球。

2020年12月，“隼鸟2号”返回地球大气层，回收舱降落在澳大利亚南部沙漠。回收舱带回了一个密封的“胶囊”，里面有大约5.4克“龙宫”的样本，这正是科学家们梦寐以求的“原初之尘”。

经过前后6年时间的远航，“隼鸟2号”不负众望，终于完成了使命。这些宝贵的样本一直密封着，被送往日本宇宙航空研究开发机构，然后又分给了6个国家的科学家，用于分析尘土的成分和来历。科学家们通过研究，终于揭晓了“原初之尘”的一些秘密。

“天外来客”揭奥秘

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人类探测小行星的尝试始于20世纪，对于探究生命起源以及防御对地球有威胁的小行星具有重要意义。小行星探测器不同于大型的行星探测器，它体积更小，灵活度更高。由于接触的天体较小，天体的引力不足以对小行星探测器产生摄动，小行星探测器需要依靠本身的动力运行，一般采用较为先进的离子推进器，机动性更好，也更耐用。

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C型小行星指含碳的小行星，是最普通的小行星，约占已知小行星的75%。

从最初的地球望远镜到来自“隼鸟2号”的遥感信息表明，“龙宫”可能含有有机物和少量的水（粘在矿物表面或包含在其结构中）。然而，使用这种方法研究C型小行星非常困难，因为它们太暗了，得到的数据中几乎没有可用于识别特定物质的信息。因此，采样带回是增加对这一类型小行星理解的重要一步。

此前，科学家们曾在落入地球的陨石中检测到氨基酸。但是，这些陨石不光受到太阳辐射和宇宙射线等外层空间力量的侵蚀，而且在落入地球时会和大气层里的化学物质结合，产生新的物质，或者使原来的某些成分消失了，在地面水分的作用下还会继续改变里面的成分。由于被地球的环境严重污染，检测的准确性大打折扣。相比之下，“隼鸟2号”的样本直接从宇宙空间中采集，包含小行星地表下的物质，没有像陨石那样受到污染或风化作用的影响。而且在分析过程中，样本始终没有暴露于地球空气中。

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CI球粒陨石是一类非常稀有的含碳物质元素陨石，是太阳星云初期幸存下来的物质，代表的是最原始太阳系的演化成因物质。它们保存了太阳星云的凝聚、演化及成因的一些信息，其矿物成因和化学物质组成反映了早期太阳星云、恒星、行星、小行星的形成和演化历史。CI球粒陨石在含水蚀变过程中保留下的一些特征，与早期太阳星云低温演化关系有着密切的联系，是早期太阳星云形成和演化的见证者。

日本宇宙化學家橘省吾是参与分析这些样品的研究者之一，他表示，来自“龙宫”的物质属于CI球粒陨石，是迄今为止所见过最纯净的。科学家们至今在地球上仅发现过5块，具有很高的科研价值和现实意义。科学家们研究了来自“龙宫”的16个颗粒，发现它们包含非常古老的物质，其中一些颗粒比太阳还要古老。

“因为样本是小行星的地下物质，所以这次的发现首次证明了地球外存在有机化合物。”负责“隼鸟2号”初始化学分析的日本北海道大学教授悠本久之强调说，“从‘龙宫中获得的样本，是我们研究过的太阳系中最原始的物质。这进一步证实了外太空存在生命的组成部分，意味着构成地球生命的组成物质可能是由那些‘天外来客带来的。”

“龙宫”是阿波罗小行星群中的一员，1999年5月10日被美国林肯近地小行星研究小组发现。这个小行星看起来像一块初步雕琢的方形钻石，也有说像萤石或八边骰子，表面有明显的陨石和岩石结构。它的直径约为870米，每474天绕太阳运转一周，在茫茫太空里是一个不起眼的天体。“龙宫”沿着地球附近的一条轨道运行，距离地球最近时只有200多万千米，最远时有3.4亿千米。也就是说，这个小行星的大部分轨道都位于地球和火星之间，只有一小部分越过地球伸向金星轨道内。它的主要成分是镍和铁，此外还富含碳元素，而且可能有更多的含水矿物和有机物，是一个不可多得的“宝藏”天体。

科学家们判断，“龙宫”很可能是早期太阳系的一块巨大太空岩石被撞碎后形成的。这次撞击可能发生在太阳系形成后的200 万～400万年。根据这些样本被水改变的方式，利用放射性同位素测年法，估计“龙宫”在太阳系形成后仅约500万年就被水循环改变了，这些发现暗示了彗星和一些小行星之间类似的形成条件。

与其他类型的小行星不同，“龙宫”自40亿年前形成以来变化很小，保留了太阳系形成初期的原始状态，受太阳加热的影响要小得多，堪称太阳系的“活化石”。它的化学成分与太阳相似，代表了太阳系最原始的材料组成，残留着太阳系最初成形时的“原初尘埃”。它的样本对研究地球生命的起源意义非凡，将为人类揭开更多谜团，同时也带来更多未知。

“隼鸟2号”向 “龙宫”小行星丢下了3个着陆器，通过其中一个着陆器拍摄的照片发现，“龙宫”的特点和预期的不太一样。早先的观测结果表明，“龙宫”的质地和CI 球粒陨石相近。但照片显示，它的表面其实由两种不同的岩石组成，其中一种色泽黝黑而粗糙，另一种色泽明亮且较为光滑，大约各占50%，似乎表明它是由两颗小行星合并而成的。

“时间胶囊”藏玄机

“隼鸟2号”执行的是一系列国际太空取样任务中的一个，目前正在实施中的另一个任务是从一个名叫“贝努”的小行星上采集样本并送回地球。

2016年9月8日，美国国家航空航天局成功发射了有“美国版隼鸟”之称的“奥西里斯- 雷克斯”探测器，目标是采集“贝努”的样本，研究自宇宙大爆炸开始附着在碳上的有机分子发生了怎样的变化，以及如何将“贝努”上的元素转化为未来执行深空任务的燃料。

“奥西里斯- 雷克斯”探测器于2018年12月3日抵达了在地球和火星轨道附近转动的“贝努”，并且向地球传送了拍摄的清晰图片。2020 年10月20日，探测器接近这个近地小行星，进行了一系列复杂的机动动作，进入距离它表面不足4.8 千米的轨道，并开始为期6 个月的详细地表成像。

由于采集装置只能将直径2厘米以下的小石头或沙子放入，根据获取的详细地表图像，研究团队锁定有望采集到岩石的地点。他们控制探测器逐渐靠近“贝努”表面，降落在北半球被命名为“夜莺”的环形山上。随后，探测器伸出3 米多长的手臂型采集装置与地面接触，从前端喷射所携带的氮气，搅动小行星表面的砾石和灰尘，然后用一个收集装置进行捕获。

“贝努”直径约500米，看起来像一个巨大的核桃，目前在距离地球3亿千米以上的位置。科学家们认为，作为太阳系历史的“时间胶囊”，这个小行星的存在已经超过45亿年，有助于揭示宇宙是如何形成的。在整个太阳系中，估计有100万颗类似“贝努”的小行星。

“奥西里斯-雷克斯”探测器定于明年9月返回，多个国家将展开合作，对样本进行深入研究。通过比较“龙宫”的样本和“贝努”的样本，科学家们能更好地了解宇宙中的各种化学混合物，以及生命是如何产生的。随着从太阳系小行星上采集的样本不断增多，人类不仅可以追溯太阳系的起源，也能更多地揭示地球的过去，包括生命起源的未解之谜。

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美国国家航空航天局在去年9月7日就宣布，“毅力号”火星漫游车已经成功收集到第一份火星岩石样本。它是来自火星岩石的岩芯，直径大约为1.3厘米，长度为6厘米，被封閉在钛金属管中。此后，“毅力号”还会在周围收集岩石碎屑以及土壤，对该地区进行多次采样。采集的样本暂时储存在火星上，最早在2031年被送回地球，帮助科学家了解火星的演化历史。

（责任编辑：白玉磊）