一项研究表明，水喷雾中的电荷可以引发化学反应，从无机材料中形成有机分子。这些发现提供了微闪电有助于创造星球上早期生命所需的基本组成部分的证据。
生命可能不是以剧烈的闪电击中海洋开始的，而是源于从撞击的瀑布或破碎的海浪中形成的多个较小的“微闪电”交换。
斯坦福大学的新研究表明，喷洒水滴到被认为存在于地球早期大气中的气体混合物中，能够导致形成带有碳-氮键的有机分子，包括尿嘧啶，这是一种DNA和RNA的组成成分。
这项研究发表在期刊 Science Advances上，为备受争议的米勒-尤里假说增加了证据和新的角度，该假说认为地球上的生命起源于一次闪电击中。该理论基于1952年的实验，表明在水和无机气体混合物中施加电力可以形成有机化合物。
在当前研究中，研究人员发现水喷雾能够自行产生小的电荷，无需额外的电力就能完成这种工作。
“相对带电的水微滴之间的微电放电产生了米勒-尤里实验中先前观察到的所有有机分子，我们认为这是一个新的机理，用于生命构成的基本组件分子的前生合成，”资深作者理查德·扎尔（Richard Zare）表示，他是斯坦福大学人文与科学学院的自然科学玛格丽特·布莱克·威尔伯教授和化学教授。
微闪电的力量与潜力
在地球形成后的几十亿年里，科学家相信地球存在一丝化学物质，但几乎没有碳-氮键的有机分子，这些分子是今天生物体所需的蛋白质、酶、核酸、叶绿素和其他化合物所必需的。
这些生物成分是如何产生的，一直让科学家感到困惑，米勒-尤里实验提供了一种可能的解释：闪电击中海洋，与早期星球气体如甲烷、氨和氢相互作用可能产生这些有机分子。批评者指出，闪电发生频率过低，海洋又过于广泛和分散，这不可能是一个现实的原因。
扎尔与博士后研究员孟逸凡和夏宇，以及研究生徐金恒共同提出了这一研究的另一种可能性。团队首先调查了水滴在喷雾或泼溅时如何产生不同的电荷。他们发现较大的水滴通常带有正电荷，而较小的水滴则呈负电。当带有相反电荷的水滴彼此靠近时，火花在它们之间跳跃。扎尔称之为“微闪电”，因为这一过程与能量在云中积累和释放的方式有关。研究人员使用高速摄像机记录了这些光闪烁，肉眼难以察觉。
尽管微闪电的微小闪烁可能难以看见，但它们仍然携带着大量能量。研究人员通过将室温水喷雾送入含有氮、甲烷、二氧化碳和氨气的气体混合物中，证明了这种能量，这些气体被认为在早期地球上存在。最终形成的有机分子中包含碳-氮键的氢氰酸、氨基酸甘氨酸和尿嘧啶。
研究人员表示，这些发现表明，启动地球生命的并不一定是闪电击，而是撞击海浪或瀑布产生的小火花。
“在早期地球，水喷雾无处不在——进入缝隙或撞击岩石，它们可以积累并造成这种化学反应，”扎尔说。“我认为这克服了人们对米勒-尤里假说的许多问题。”
扎尔的研究团队专注于调查小水滴的潜在力量，包括水蒸气可能如何帮助生产氨，这是肥料的关键成分，以及水滴自发产生过氧化氢的方式。
“我们通常认为水是如此温和，但当水以小水滴的形式被分散时，水是高度反应的，”他说。
致谢
扎尔还是斯坦福Bio-X、心血管研究所、斯坦福癌症研究所和吴蔡神经科学研究所的成员，同时也是斯坦福伍兹环境研究所的附属研究员。
这项研究得到了美国空军科学研究办公室和中国国家自然科学基金的支持。
