[论文解读] Astrophysical and Biological Constraints on Radiopanspermia

Jeff Secker, Paul S. Wesson+1 more|PubMed|Jul 26, 1996

Astro and Planetary Science参考文献 4被引用 10

一句话总结

本文研究了通过尘埃颗粒在星际间传播微生物的辐射泛种论，考虑了天体物理学和生物学约束。研究发现，尽管当前太阳的紫外辐射会使大多数微生物失活，但碳层的屏蔽作用以及太阳进入红巨星阶段时的抛射显著提高了微生物的存活概率，使得跨恒星系统的生命传播成为可能，提示失活的遗传物质仍可能在有利环境中启动生物演化。

ABSTRACT

We have carried out a series of calculations involving bacteria and viruses embedded in dust grains, which are ejected from our solar system by radiation pressure and travel through space to other star systems. Under many conditions this type of panspermia is impractical, primarily because the ultraviolet (UV) radiation of the present Sun inactivates the micro-organisms. However, if the organisms are shielded by an absorbing material like carbon and if ejection takes place in the red-giant phase of a one solar mass star like our Sun, there is a significant probability that the micro-organisms can reach another star system alive (i.e. with only sub-lethal damage from UV and ionizing radiation). In addition to panspermia with viable micro-organisms, it is possible to seed the Galaxy with inactivated ones whose DNA and RNA fragments may provide the initial information necessary to start biological evolution in favourable environments.

研究动机与目标

• 在天体物理学和生物学约束下，评估通过尘埃颗粒实现星际微生物传播的可行性。
• 确定微生物是否能从恒星系统中被抛射并完整抵达另一恒星系统。
• 评估紫外辐射和电离辐射在星际旅行期间对微生物失活的影响。
• 探讨失活的DNA或RNA片段在宜居环境中引发生物演化的潜力。
• 识别辐射泛种论在物理和生物学上可行的条件。

提出的方法

• 利用辐射压建模含细菌或病毒的尘埃颗粒从恒星系统中被抛射的过程。
• 计算微生物在星际旅行期间暴露于紫外辐射和电离辐射下的存活率。
• 评估尘埃颗粒中微生物所受碳层屏蔽对辐射的防护效果。
• 模拟质量为一倍太阳质量的恒星在演化晚期（红巨星阶段）的过程，以确定最佳抛射时机。
• 评估存活微生物完整抵达另一恒星系统的概率。
• 分析失活的遗传片段在有利环境中作为生物演化模板的潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 当微生物通过辐射压从恒星系统中被抛射时，能否在星际旅行中存活？
• RQ2 太阳紫外辐射和电离辐射对抛射及穿越过程中的微生物存活率有何影响？
• RQ3 碳层屏蔽在星际旅行期间保护微生物免受辐射损伤方面有多有效？
• RQ4 是否存在一个有利窗口期（如红巨星阶段），使得在此时抛射可最大化微生物的存活概率？
• RQ5 微生物失活的DNA或RNA片段是否仍能在系外宜居环境中促进生命的起源？

主要发现

• 嵌入尘埃颗粒中的微生物通常会被当前太阳的紫外辐射失活，因此当前条件下的辐射泛种论不可行。
• 碳层屏蔽显著增强了微生物在星际旅行期间对紫外辐射和电离辐射的耐受能力。
• 在一太阳质量恒星的红巨星阶段进行抛射，可显著提高微生物完整抵达另一恒星系统的概率。
• 存在不可忽视的概率，即仅遭受亚致死辐射损伤的微生物可存活穿越星际空间，并可能在其他地方播种生命。
• 微生物失活的DNA和RNA片段仍可能提供启动有利行星环境中生物演化的必要遗传信息。
• 研究结论认为，尽管在当前太阳条件下可行的泛种论可能性较低，但在特定天体物理和屏蔽条件下，其可行性显著提升。