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研究:像地球一样“倾斜”的行星更有能力进化出复杂生命

科学 | 感谢投递 2021-07-14 214

他们认为,为了维持基本的生命,系外行星需要跟它们的恒星保持适当的距离,这样液态水才能存在。然而,对于更高级的生命来说,其他因素也很重要,特别是大气中的氧气。

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氧气在呼吸过程中起着至关重要的作用,而呼吸是驱动大多数复杂生物新陈代谢的化学过程。一些基本的生命形式能产生少量的氧气,但对于更复杂的生命形式如植物和动物来说,氧气是至关重要的。早期的地球虽然存在基本的生命形式,但氧气却很少。

科学家们制作了一个复杂的模型,其模拟了地球上生命产生氧气所需的条件。该模型允许他们输入不同的参数以显示行星上不断变化的环境如何改变光合生物产生的氧气量。

这项研究的首席研究员Stephanie Olson说道:“这个模型可以让我们改变诸如白昼长度、大气总量或陆地分布等因素来观察海洋环境和海洋中制造氧气的生命是如何反应的。”

研究人员发现,日长的增加、表面压力的升高和大陆的出现都会影响海洋环流模式和相关的营养物质运输从而可能增加氧气的产生。他们认为,这些关系可能有助于地球的氧化作用,因为随着时间的推移地球自转变慢、大陆变大及表面压力增加,氧气会转移到大气中。

参与这项研究的芝加哥大学研究生Megan Barnett指出:“当我们模拟‘轨道倾角’时,最有趣的结果出现了。换句话说,行星围绕其恒星旋转时是如何倾斜的。”她继续说道:“在我们的模型中,更大的倾斜增加了海洋中光合作用产生的氧气,部分原因是增加了生物成分回收的效率。其效果类似于使维持生命的营养物质增加了一倍。”

据悉,地球的球体跟地轴成23.5度角倾斜。这给了我们四季,地球的部分地区在夏天比冬天接受更多的直接阳光。然而并不是所有太阳系的行星都像地球一样倾斜:天王星倾斜度为98度,而水星没有倾斜。Barnett指出:“相比之下,比萨斜塔倾斜约4度,行星倾斜度可能相当大。”

Olson博士:“在另一颗行星上寻找生命时,有几个因素需要考虑。这颗行星需要跟它的恒星有合适的距离才能有液态水,另外还要具备生命起源的化学成分。但正如我们所知,并不是所有的海洋都是生命的理想栖息地,甚至有更小的子集会有适合的栖息地,让生命向动物级的复杂发展。类似天王星的行星的轻微倾斜或极端的季节性可能会限制生命的增殖,但行星在其轴上的适度倾斜可能会增加它产生含氧大气的可能性,这些大气可能成为微生物生命的信标并为大型生物体的新陈代谢提供燃料。最重要的是,在轴线上稍微倾斜的世界更有可能进化出复杂的生命。这有助于我们缩小对宇宙中复杂甚至有智慧生命的研究范围。”

来自加州大学河滨分校的地球与行星科学系杰出生物地球化学教授Timothy Lyons指出:“地球上第一次生物生产氧气以及氧气在大气和海洋中的首次可观积累是地球生命历史上的里程碑。对地球的研究告诉我们,氧气可能是我们在遥远的系外行星上寻找生命时最重要的生物标志之一。通过数值模拟,Olson和他的同事们已经探索了比地球历史上观测到的更广泛的行星可能性的关键范围。重要的是,这项工作揭示了包括行星季节性在内的关键因素是如何增加或减少从太阳系外生命中获取氧气的可能性的。这些结果肯定会帮助指导我们寻找这种生命。”


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