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爆发于闪电还是默默蛰伏在臭水坑?目前这三种生命起源说可能都是人类在瞎猜
2024/3/18 9:59:25 | 浏览:238 | 评论:0

爆发于闪电还是默默蛰伏在臭水坑?目前这三种生命起源说可能都是人类在瞎猜

全球最早的微生物大概在35亿年前表露迹象。科学家认为,早期生命可能是在雷击中形成、或从深海热液口中诞生的。| GREGOIRE CIRADE, SCIENCE PHOTO LIBRARY
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地球大约形成于46亿年前,在那之后数亿年,可以说这颗星球的表面显然过于酷热,同时遭受着彗星与小行星的狂轰乱炸,因此不适宜任何一种生命形式。

大约又过了10亿年,生命不仅已然存在,还以化石微生物席的形式留下了其出现的证据。

那么,这期间发生了什么?在5亿年左右的时间里,生命是怎样从非生命物质中诞生的呢?


被闪电击中
美国霍华德大学(Howard University)化学系主任、《生命的诞生:我们究竟来自哪里》(A Brief History of Creation:Science and the Search for the Origin of Life)一书的合著者吉姆·克里夫斯(Jim Cleaves)指出,生命出现时的大气条件与现在大不相同。

他解释说,在20世纪50年代,诺贝尔化学奖获得者哈罗德·尤里(Harold Urey)提出,太阳系中绝大部分行星大气以氮气和甲烷为主。

尤里推断,早期地球也具有这种类型的大气,而生命的出现把它变成了含氧量更高的样子。

尤里还提出这种较早的大气“可能在制造有机化合物方面颇有效率,而有机化合物就是生命的先身。”克里夫斯解释说。

尤里让自己的研究生斯坦利·米勒(Stanley Miller)开发实验,测试这一理论。

这就是后来人们所知的“米勒-尤里实验”,该实验创造了一个封闭系统,在这个系统里,水杯加热并与氢、甲烷及氨分子结合。

接着,让混合物接受火花放电(模拟闪电),然后降温以令混合物冷凝,再像雨一样落回水中。

实验结果是惊人的。

一周之内,实验“海洋”变成了红褐色,这是因为其中的分子结合产生了氨基酸——生命的基石。

后续研究表明,地球早期大气与米勒实验中的有些许不同,其主体成分是氮气和二氧化碳,氢气和甲烷的含量较少。

不过,米勒所信奉的原理仍有很大的合理性,这些理论称闪电、小行星撞击和太阳紫外线辐射共同产生了氰化氢,氰化氢又与来自地壳的水所含的铁反应,形成糖类等化学物质。

这些化学物质可能结合在一起,形成一串核糖核酸,即RNA——生命中储存信息的关键成分;某个时刻,RNA分子开始自我复制,生命由此获得可能。

这些RNA分子是怎样发展为裹着保护膜的复杂细胞结构的?

关键可能在于团聚体——包含蛋白质与核酸的小滴,它们可以像细胞一样将自身成分团在一起,但并没有用到膜。

许多研究人员猜想:这类小滴充当了凝聚早期RNA和其他有机化合物的原始细胞。


来自外太空

在另一个理论中,氨基酸和碳与水等其他构筑生命的关键要素一样,可能是从外太空来到早期地球的。

人们在彗星和陨石中发现了与生命的部分有机构成要素相同的成分,而小天体对地球的早期撞击可能带来了更多氨基酸。

据诺贝尔化学奖获得者、芝加哥大学(University of Chicago)生命起源跨学科倡议领导人杰克·绍斯塔克(Jack Szostak)说,几乎可以肯定小行星和彗星撞击是生命诞生中不可或缺的。

他提出,在米勒模拟的氢气、甲烷和氨气混合环境下发生的化学反应可能较难在充满氮气和二氧化碳的早期大气中发生;但他又解释道,适当规模的撞击能瞬态产生大气氢气及甲烷,从而短暂地激起有机物形成条件。

“这就像吃掉你蛋糕的同时,又留下了一点碎屑。”他解释说。


藏于水中

还有一个理论假设:生命可能源自海洋深处,开始于海底热液喷口附近。但绍斯塔克反驳了这一假设。

“假如看看从最简单的起始材料发展到核苷酸和RNA的化学过程,你会发现其中许多步骤都要有来自太阳紫外线辐射驱动反应,”他解释说,“太阳能是迄今最大的能量来源,即使在早期地球上也是如此。因此,要是有多个化学步骤都需要紫外线,那它们就不可能发生在深海之中。”

不过,可以肯定的是,生命确实是从水中开始的。

“发生化学反应需要溶剂,”克里夫斯指出,“你得有一种液体。而当我们开始讨论液体,那么在行星表面的条件下,我们会发现只有几种是稳定的。而且,即便在早期太阳系里,水恰巧也是最丰富的。”

绍斯塔克主张,比起从深海里生发,生命更有可能“在水体表面立足,可能在浅浅的池塘或温泉一类的环境中——那种环境在撞击坑或火山带十分常见。”(事实上,剧烈火山活动可能也在很大程度上促成了生命的出现,尤其是通过引发大量局部闪电。)

尽管地球上今天所有的生命都有一个共同祖先——某种大概消失于很久以前的未知微生物生命形式,但生命本身可能曾通过许多不同路径、在各样不同的时机下起步,只是它们可能在彗星撞击中熄灭了生机,又或者仅仅是没能坚持下来,直到以RNA为基础的分子——也就是我们的祖先——开始站稳脚跟。

“一切或许完全是一场掷骰子游戏。”克里夫斯说。

早期生命仍然神秘莫测

如果故事真的是那样的——生命一次次诞生然后化为泡影,直到最终生根发芽——那我们几乎肯定永远无法知晓有什么曾经存在过,因为那些假定的生命形式不曾留下痕迹。

生命本可走上另一条全然不同的道路,不通往鲜花、绿树、恐龙抑或人类。绍斯塔克说,理解这一切的关键是化大为小,将整个宏观故事拆解成一系列小得多的问题。

“生命是一个如此复杂的系统,即便是最简单的细菌或病毒都有上千个运转部件。很难理解这样的东西要怎么凭空出现,”他说,“答案是,并不存在无中生有。生命的出现是一步又一步发生的。”




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