250萬年前，一顆恒星爆炸了。大約在同一時間，非洲坦噶尼喀湖的病毒多樣性激增。這兩者有聯系嗎？

大約250萬年前，附近的一顆恒星爆炸了。大約在同一時間，感染非洲坦噶尼喀湖魚類的病毒多樣性急劇上升。

來自加州大學圣克魯斯分校（UCSC）的三位研究人員在研究最近一顆靠近地球的超新星時發現了這一巧合。

“當超新星爆炸時，它們會將大量重元素釋放到星際介質（恒星之間的空間）中，”當時加州大學圣迭戈分校的天文學家、現為美國國立亞利桑那州立大學研究員的諾薩梅·格洛布斯告訴我們。除了物質，它們還會發射其他形式的能量，比如光和宇宙輻射。

宇宙輻射也被稱為宇宙射線，由高電荷粒子組成，這些粒子幾乎以光速在太空中傳播。“這基本上就像你把一滴墨水放在水中，它會擴散，”格洛布斯補充說，他也是《天體物理學雜志通訊》上發表的一項研究的合著者，該研究調查了附近超新星對地球生命的潛在影響。

當太陽系穿過古代超新星的殘余物時，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，天文學家對鐵-60（iron-60）特別感興趣。這是因為鐵-60是放射性的，這意味著隨著時間的推移，它的原子會衰變成非放射性狀態。具體來說，任何數量的鐵-60的一半都會在260萬年里衰變。

有了這些被稱為半衰期的信息，天文學家就可以計算出鐵-60樣本是什么時候首次形成的 —— 換句話說，就是超新星發生的時間。利用這種方法，格洛布斯和她的同事們估計，最近一次附近的超新星發生在大約250萬年前。

他們還將另一個鐵-60樣本的年代定在大約600萬年前，與地球進入“本地泡（Local Bubble）”的時間一致，“本地泡”是一個被多顆超新星留下的重金屬外殼包圍的廣闊區域。根據格洛布斯的說法，地球今天仍然在這個氣泡的中心附近。

夏洛克·福爾摩斯調查

在確定了附近最后一顆超新星的年代之后，研究小組開始確定它的位置 —— 這是確定有多少宇宙輻射可能到達地球的關鍵因素。

格洛布斯說：“這真的就像福爾摩斯的調查。通過重建250萬年前地球所在的宇宙一角的樣子，研究小組得出結論，這顆超新星可能發生在兩組被稱為恒星協會的年輕恒星中的一組：上半人馬-豺狼星協（Upper Centaurus Lupus）或杜鵑-時鐘星協（Tucana-Horologium）。

大約250萬年前，上半人馬-豺狼星協距離地球約457光年，而杜鵑-時鐘星協距離地球更近，為228光年。利用這些距離，研究小組模擬了來自每個區域的超新星可能向地球表面發射的宇宙輻射。

雖然我們的大氣層在阻擋有害的紫外線和伽馬射線輻射方面做得很好，但當超新星發射的宇宙射線撞擊我們的大氣層時，它們會產生大量的次級粒子。

根據該團隊的說法，在這些輻射中，介子占到達地面的宇宙輻射的85%。

根據他們的模擬，研究人員估計，如果超新星發生在杜鵑-時鐘星協，在最初的1萬年里，地球上的年平均輻射劑量約為10毫克（一種吸收輻射的測量單位），在10萬年后下降到2毫克。

如果爆炸起源于上半人馬-豺狼星協，那么相應的劑量應該更低，最初約為2毫克，10萬年后為0.5毫克。

研究人員在論文中承認：“目前還不清楚這種輻射劑量的生物效應是什么。”然而，他們補充說：“對居住在印度喀拉拉邦的人口的研究表明，在那里觀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）可能是誘導雙鏈斷裂的閾值劑量。”“DNA的雙鏈斷裂可能會導致（基因）突變和物種多樣化的跳躍。”

這意味著，如果250萬年前的超新星發生在杜鵑-時鐘星協相帶，那么在最初的1萬年里，每年到達地球的輻射劑量可能足以超過這個閾值。

大約在這個時候，格洛布斯和她的同事們看到了一篇關于病毒感染東非偏遠的坦噶尼喀湖魚類的論文，坦噶尼喀湖是世界上最長的淡水湖。該研究報告稱，在200萬到300萬年前，坦噶尼喀湖魚類的病毒多樣性急劇上升，在250萬年前達到頂峰。

這個時間點讓天文學家懷疑超新星爆發和病毒激增是否有某種聯系。

然而，格洛布斯很快承認，巧合“不能證明任何事情”，除了時間的相關性之外，沒有其他證據。然而，她指出，“無論你在哪里，除非你深入海洋或地下，否則你無法逃離宇宙輻射。”

宇宙輻射塑造生命

丹麥國家空間研究所的物理學家Henrik Svensmark也認為，超新星對地球上的生命產生了實質性的 —— 如果是間接的 —— 影響。

Svensmark最著名的假設是宇宙射線促進云的形成，云在反射陽光和冷卻地球方面起著關鍵作用。

“我發現，在地球的整個歷史中，沉積物中有機物質的比例非常顯著地跟隨超新星，”Svensmark在電子郵件中寫道。“在氣候寒冷的情況下，海洋中的風更強，營養物質分布更好。一個人可以擁有更大的生物量，因此，更大比例的有機物質被鎖在沉積物中，”他補充說。

“地質時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。”有趣的是，Svensmark指出，非洲的氣候在280萬年前突然發生了變化。

雖然這一理論與UCSC研究人員的推測不一致，但Svensmark“不能排除他們對電離輻射導致突變率增加的解釋。”電離輻射，如伽馬波和介子，會改變原子的組成。

然而，其他研究人員對宇宙輻射和病毒多樣化之間的聯系持更為批評的態度。

波特蘭州立大學專攻天體病毒學的生物學家肯·斯特德曼（Ken Stedman）在電子郵件中解釋說：“基因組中有雙鏈斷裂的病毒在試圖感染細胞時將無法發揮作用。”換句話說，即使宇宙輻射導致病毒的雙鏈DNA斷裂，斯特德曼認為它們也不會保持足夠的功能來感染細胞。

此外，悉尼大學的病毒學家、魚類病毒研究的合著者愛德華·霍姆斯告訴我們，他和他的同事的研究表明，魚類病毒多樣化的飛躍是由它們的魚類宿主驅動的。

霍爾姆斯在一封電子郵件中寫道，他還強調，多樣化的增加“與突變率的增加不同”。“這真的只是瘋狂的猜測，幾乎可以肯定不是真的。”

然而，格洛布斯和她的同事們堅持認為，“在評估地球上生命的生存能力和進化時，宇宙輻射是一個關鍵的環境因素，這是肯定的，”他們在研究中寫道。一個揮之不去的問題是，在合適的條件下，宇宙輻射是否能在塑造生命方面發揮有利作用。

“下一步將是讓生物學家參與進來，”格洛布斯總結道。

未來的研究將揭示天文學和生物學之間的交集，這還有待觀察。

也許地球上生命的故事不僅受到地球上發生的事件的影響，也受到恒星之間正在發生的事件的影響。

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