为什么全球科学家都为土卫二新发现激动

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土卫二是土星第六大卫星，以希腊神话巨人恩克拉多斯命名。这张图片由美国宇航局卡西尼号探测器拍摄｜Getty Images

近日，全世界科学家都在为一则消息激动，就是人类在土卫二这个土星的卫星上发现了极其难得的“生命之磷”。普通人可能很难理解为什么这是一件大事，要理解也不困难，就是搞清楚什么是“生命之磷”。
从复杂的人体到微小的病毒，已知的所有生命形式都离不开核酸（DNA和RNA），核酸负责着生物体遗传信息的携带和传递。



核酸有两大类，分别是DNA和RNA，这是它们的化学分子结构 | Wikipedia



从上图可以看到，DNA就像摩天大楼一样拥有自己的骨架，如果它们经常发生断裂水解，生命将不太可能稳定存在。
所以自然选择了一个强大有力的骨架——磷酸二酯键。
磷酸二酯键具有极强的稳定性，可以保持上百年的稳定，在亿万年中作为遗传信息的载体，保障生命的存在。
而磷酸盐就是形成磷酸二酯键的关键化合物。
所以磷被认为是生命起源的重要元素，此外还需要碳、氢、氮、氧、硫五大元素，它们此前已经在土卫二的喷流中被确认存在。也就是说，土卫二已经集齐了生命诞生所需要的六大基本元素。但这并不稀奇，因为火星早就集齐了，土卫二充其量是老二。那么在土卫二上发现的磷有什么特别呢？
迄今为止，人类从未在地球之外的海洋中发现磷，土卫二是唯一例外。
2004年卡西尼号探测器首次抵达土星时，起初科学家没抱什么希望，预测这是一个冰冻的星球。

但第二年，他们发现土卫二不断向太空喷射间歇泉，其中含有水蒸气和羽状的冰粒，科学家认为在星球的核心和冰壳之间存在一个液态水层，并且在25千米深的冰层下，可能存在着一个地下海洋。



土卫二内部示意图｜NASA


随后研究卡西尼号探测器尘埃分析仪的科学家Frank Postberg，终于检测到了难以捉摸的磷元素，并且将最新研究结果发表于《自然》杂志上。
Postberg表示，“以前的地球化学模型在土卫二的海洋是否含有大量磷酸盐的问题上存在分歧。但是‘卡西尼’号的测量结果表明，土卫二的海洋中存在大量的磷酸盐。”为什么科学家如此激动于“海洋中的磷酸盐”这发现呢？因为光有磷对生命形成未必有用。
在40亿年前的地球上，虽然磷元素广泛分布，但却完全没有生命形成的迹象。

因为它们实在“太懒了”。





土卫二从其南极地区喷出间歇泉，图像由卡西尼号在太阳背光处拍摄｜NASA



那个时候，陆地上几乎所有磷元素都以磷酸盐的氧化形式存在，它们被困在如磷灰石等基本不溶于水的且化学性质不活泼的矿物之中，无法形成生命所需的化合物。

直到后来，勤快的“磷铁石”在陨石撞击中被带到了地球，触发了生命起源。

磷铁石遇水时，会形成活性的水合磷酸盐——这是形成生命的关键。
CNN称，此前的研究认为，在地球上和太阳系的其他地方，磷酸盐通常只存在于岩石矿物中，“磷酸盐不喜欢溶解在水中，所以原则上在海洋中很难找到它们的存在。”本次研究结果发现，水合磷酸盐大量存在于土卫二的海洋中。研究人员通过模拟试验确定，土卫二海洋里的磷酸盐浓度是地球海洋的100倍甚至1000倍。行星科学家、卡西尼号成像团队负责人Carolyn Porco说，这使得土卫二成为“我们太阳系中最有希望且成本最低，寻找外星生命的星球”。


1669年，德国炼金术士亨尼格·布兰德（Hennig Brand）从尿液中首次提取了磷元素。


与其他5种元素相比，磷不光在宇宙中不常见，在地球上的储备也十分稀缺。
欧洲化学会（EuCS）制作的各种元素稀缺程度周期表显示，磷是生命必需元素中唯一具有短缺风险的。


| Wikipedia


虽然土卫二富含水合磷酸盐带来了令人兴奋的消息，但依然有一些悬而未决的问题。Tobie指出，未来需要研究确定这些磷酸盐是否真的普遍存在于土卫二的海洋中，还是仅仅存在于几个地方？地球上的人口可能已经过剩，而科学家为什么仍然在苦苦追寻太空中生命的可能性 ？用刘慈欣《三体》中有句话来回答这个问题非常贴切：“生存本来就是一种幸运，过去的地球上是如此，现在这个冷酷的宇宙中也到处如此。但不知从什么时候起，人类有了一种幻觉，认为生存成了唾手可得的东西。”生命的诞生偶然而珍贵。这颗小小的星球，会发现新的生命，或者成为新生命的起源地吗？

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撰文：CHARLES Q.CHOI图片：TOBIAS ROETSCH‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍编译：ARVIN编辑：框舅

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