250萬(wàn)年前，一顆恒星爆炸了。大約在同一時(shí)間，非洲坦噶尼喀湖的病毒多樣性激增。這兩者有聯(lián)系嗎？
大約250萬(wàn)年前，附近的一顆恒星爆炸了。大約在同一時(shí)間，感染非洲坦噶尼喀湖魚(yú)類(lèi)的病毒多樣性急劇上升。
來(lái)自加州大學(xué)圣克魯斯分校（UCSC）的三位研究人員在研究最近一顆靠近地球的超新星時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一巧合。
“當(dāng)超新星爆炸時(shí)，它們會(huì)將大量重元素釋放到星際介質(zhì)（恒星之間的空間）中，”當(dāng)時(shí)加州大學(xué)圣迭戈分校的天文學(xué)家、現(xiàn)為美國(guó)國(guó)立亞利桑那州立大學(xué)研究員的諾薩梅·格洛布斯告訴我們。除了物質(zhì)，它們還會(huì)發(fā)射其他形式的能量，比如光和宇宙輻射。
宇宙輻射也被稱(chēng)為宇宙射線(xiàn)，由高電荷粒子組成，這些粒子幾乎以光速在太空中傳播?！斑@基本上就像你把一滴墨水放在水中，它會(huì)擴(kuò)散，”格洛布斯補(bǔ)充說(shuō)，他也是《天體物理學(xué)雜志通訊》上發(fā)表的一項(xiàng)研究的合著者，該研究調(diào)查了附近超新星對(duì)地球生命的潛在影響。
當(dāng)太陽(yáng)系穿過(guò)古代超新星的殘余物時(shí)，重金屬顆粒落到地球上，在那里它們被嵌入海底沉積物中。因此，格洛布斯和她的同事們將目光從宇宙轉(zhuǎn)向了海洋底部，研究最新的超新星。
在垂死恒星噴出的重金屬中，天文學(xué)家對(duì)鐵-60（iron-60）特別感興趣。這是因?yàn)殍F-60是放射性的，這意味著隨著時(shí)間的推移，它的原子會(huì)衰變成非放射性狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，任何數(shù)量的鐵-60的一半都會(huì)在260萬(wàn)年里衰變。
有了這些被稱(chēng)為半衰期的信息，天文學(xué)家就可以計(jì)算出鐵-60樣本是什么時(shí)候首次形成的 —— 換句話(huà)說(shuō)，就是超新星發(fā)生的時(shí)間。利用這種方法，格洛布斯和她的同事們估計(jì)，最近一次附近的超新星發(fā)生在大約250萬(wàn)年前。
他們還將另一個(gè)鐵-60樣本的年代定在大約600萬(wàn)年前，與地球進(jìn)入“本地泡（Local Bubble）”的時(shí)間一致，“本地泡”是一個(gè)被多顆超新星留下的重金屬外殼包圍的廣闊區(qū)域。根據(jù)格洛布斯的說(shuō)法，地球今天仍然在這個(gè)氣泡的中心附近。
夏洛克·福爾摩斯調(diào)查
在確定了附近最后一顆超新星的年代之后，研究小組開(kāi)始確定它的位置 —— 這是確定有多少宇宙輻射可能到達(dá)地球的關(guān)鍵因素。
格洛布斯說(shuō)：“這真的就像福爾摩斯的調(diào)查。通過(guò)重建250萬(wàn)年前地球所在的宇宙一角的樣子，研究小組得出結(jié)論，這顆超新星可能發(fā)生在兩組被稱(chēng)為恒星協(xié)會(huì)的年輕恒星中的一組：上半人馬-豺狼星協(xié)（Upper Centaurus Lupus）或杜鵑-時(shí)鐘星協(xié)（Tucana-Horologium）。
大約250萬(wàn)年前，上半人馬-豺狼星協(xié)距離地球約457光年，而杜鵑-時(shí)鐘星協(xié)距離地球更近，為228光年。利用這些距離，研究小組模擬了來(lái)自每個(gè)區(qū)域的超新星可能向地球表面發(fā)射的宇宙輻射。
雖然我們的大氣層在阻擋有害的紫外線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)輻射方面做得很好，但當(dāng)超新星發(fā)射的宇宙射線(xiàn)撞擊我們的大氣層時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生大量的次級(jí)粒子。
根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，在這些輻射中，介子占到達(dá)地面的宇宙輻射的85%。
根據(jù)他們的模擬，研究人員估計(jì)，如果超新星發(fā)生在杜鵑-時(shí)鐘星協(xié)，在最初的1萬(wàn)年里，地球上的年平均輻射劑量約為10毫克（一種吸收輻射的測(cè)量單位），在10萬(wàn)年后下降到2毫克。
如果爆炸起源于上半人馬-豺狼星協(xié)，那么相應(yīng)的劑量應(yīng)該更低，最初約為2毫克，10萬(wàn)年后為0.5毫克。
研究人員在論文中承認(rèn)：“目前還不清楚這種輻射劑量的生物效應(yīng)是什么。”然而，他們補(bǔ)充說(shuō)：“對(duì)居住在印度喀拉拉邦的人口的研究表明，在那里觀(guān)察到的背景輻射水平在每年0.1到45.0毫戈瑞之間變化，5.0毫戈瑞（平均劑量）可能是誘導(dǎo)雙鏈斷裂的閾值劑量?！薄癉NA的雙鏈斷裂可能會(huì)導(dǎo)致（基因）突變和物種多樣化的跳躍?！?/p>
這意味著，如果250萬(wàn)年前的超新星發(fā)生在杜鵑-時(shí)鐘星協(xié)相帶，那么在最初的1萬(wàn)年里，每年到達(dá)地球的輻射劑量可能足以超過(guò)這個(gè)閾值。
大約在這個(gè)時(shí)候，格洛布斯和她的同事們看到了一篇關(guān)于病毒感染東非偏遠(yuǎn)的坦噶尼喀湖魚(yú)類(lèi)的論文，坦噶尼喀湖是世界上最長(zhǎng)的淡水湖。該研究報(bào)告稱(chēng)，在200萬(wàn)到300萬(wàn)年前，坦噶尼喀湖魚(yú)類(lèi)的病毒多樣性急劇上升，在250萬(wàn)年前達(dá)到頂峰。
這個(gè)時(shí)間點(diǎn)讓天文學(xué)家懷疑超新星爆發(fā)和病毒激增是否有某種聯(lián)系。
然而，格洛布斯很快承認(rèn)，巧合“不能證明任何事情”，除了時(shí)間的相關(guān)性之外，沒(méi)有其他證據(jù)。然而，她指出，“無(wú)論你在哪里，除非你深入海洋或地下，否則你無(wú)法逃離宇宙輻射。”
宇宙輻射塑造生命
丹麥國(guó)家空間研究所的物理學(xué)家Henrik Svensmark也認(rèn)為，超新星對(duì)地球上的生命產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)性的 —— 如果是間接的 —— 影響。
Svensmark最著名的假設(shè)是宇宙射線(xiàn)促進(jìn)云的形成，云在反射陽(yáng)光和冷卻地球方面起著關(guān)鍵作用。
“我發(fā)現(xiàn)，在地球的整個(gè)歷史中，沉積物中有機(jī)物質(zhì)的比例非常顯著地跟隨超新星，”Svensmark在電子郵件中寫(xiě)道?！霸跉夂蚝涞那闆r下，海洋中的風(fēng)更強(qiáng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分布更好。一個(gè)人可以擁有更大的生物量，因此，更大比例的有機(jī)物質(zhì)被鎖在沉積物中，”他補(bǔ)充說(shuō)。
“地質(zhì)時(shí)間尺度上的氣候變化如此之大，甚至海洋多樣性似乎也受到了影響?！庇腥さ氖?，Svensmark指出，非洲的氣候在280萬(wàn)年前突然發(fā)生了變化。
雖然這一理論與UCSC研究人員的推測(cè)不一致，但Svensmark“不能排除他們對(duì)電離輻射導(dǎo)致突變率增加的解釋?！彪婋x輻射，如伽馬波和介子，會(huì)改變?cè)拥慕M成。
然而，其他研究人員對(duì)宇宙輻射和病毒多樣化之間的聯(lián)系持更為批評(píng)的態(tài)度。
波特蘭州立大學(xué)專(zhuān)攻天體病毒學(xué)的生物學(xué)家肯·斯特德曼（Ken Stedman）在電子郵件中解釋說(shuō)：“基因組中有雙鏈斷裂的病毒在試圖感染細(xì)胞時(shí)將無(wú)法發(fā)揮作用?！睋Q句話(huà)說(shuō)，即使宇宙輻射導(dǎo)致病毒的雙鏈DNA斷裂，斯特德曼認(rèn)為它們也不會(huì)保持足夠的功能來(lái)感染細(xì)胞。
此外，悉尼大學(xué)的病毒學(xué)家、魚(yú)類(lèi)病毒研究的合著者愛(ài)德華·霍姆斯告訴我們，他和他的同事的研究表明，魚(yú)類(lèi)病毒多樣化的飛躍是由它們的魚(yú)類(lèi)宿主驅(qū)動(dòng)的。
霍爾姆斯在一封電子郵件中寫(xiě)道，他還強(qiáng)調(diào)，多樣化的增加“與突變率的增加不同”?！斑@真的只是瘋狂的猜測(cè)，幾乎可以肯定不是真的?！?/p>
然而，格洛布斯和她的同事們堅(jiān)持認(rèn)為，“在評(píng)估地球上生命的生存能力和進(jìn)化時(shí)，宇宙輻射是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)境因素，這是肯定的，”他們?cè)谘芯恐袑?xiě)道。一個(gè)揮之不去的問(wèn)題是，在合適的條件下，宇宙輻射是否能在塑造生命方面發(fā)揮有利作用。
“下一步將是讓生物學(xué)家參與進(jìn)來(lái)，”格洛布斯總結(jié)道。
未來(lái)的研究將揭示天文學(xué)和生物學(xué)之間的交集，這還有待觀(guān)察。
也許地球上生命的故事不僅受到地球上發(fā)生的事件的影響，也受到恒星之間正在發(fā)生的事件的影響。
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