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关于地球生命是如何产生的,最重要的就是生命化学起源理论。这个理论认为在45亿年前,在海洋中出现了各种各样的有机分子,形成了一锅所谓的“原始汤”。原始汤经过长期积累和相互反应,在某些情况下形成有机高分子物质 – 比如原始核酸和氨基酸分子,这些分子逐渐变得更加复杂,最终构成了原始生命。

生命化学起源最关键的步骤就是用非生物方式合成生物分子。这些生物分子的起源有两种可能:一种是来自地球以外,比如说通过小行星、陨石和彗星;另一种则是地球环境中自发产生的。

我们已经在陨石中发现过氨基酸和其他生物分子,表明来自地球以外的可能性是存在的。如1969年坠落在澳大利亚的默奇森陨石,含有70种氨基酸。不过这种来源还是很少的,比如默奇森陨石中有机物总量约占0.4%,其中氨基酸不超过0.006%。另外陨石中的氨基酸包括有左旋和右旋的混合物,而在生物体中使用的氨基酸,其手性大多数都是左旋,这进一步减少了可用的氨基酸。

默奇森陨石标本

地球环境中自发产生的生物分子也是存在的。科学家设计了许多实验模拟早期地球的环境,并且获得了相当多的发现,比如说合成了氨基酸、核苷酸、脱氧核苷酸等。不过,这些实验要求比较苛刻,比如说需要持续不断的闪电,或者要么需要深海的水热加热,这种环境在当时也是相当特殊的。

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深海热液喷口

那么有机分子有没有可能其他来源呢?还真有可能,最近日本科学家做的一个研究就发现,小行星对原始海洋的撞击可能形成了这些重要的有机分子。

为什么是小行星呢?这跟当时的地球环境有关。

地球在大约46亿年前形成的时候是一个炽热的岩浆球,经过大约1亿年逐渐冷却固化,这个时候地球表面既有大量的火山、岩浆,也有原始海洋、大气与陆地。在41亿到38亿年前地球遭遇了大量小行星与彗星的持续撞击,这段时期叫做后期重轰炸期。

这个时期是地球历史上不折不扣的地狱时期,当时环境极其恐怖,根据推算,直径5000公里的撞击坑有好几个,直径1000公里的撞击坑有40个,直径大于20公里的撞击坑22000个,可以想象更小的撞击更是不计其数。

我们现在的研究发现地球生命很可能就是40亿~38亿年前这个阶段形成的,可以说生命就是伴随着后期重轰炸期产生的。

小行星或者陨石撞击到底会发生什么,科学家想办法在实验室里模拟了陨石撞击地球。他们使用一种发射装置,用它来发射模拟陨石,让陨石穿透空气,再撞击水。

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单级推进枪,用于模拟碰撞诱发的反应。图片:Yoshihiro Furukawa

模拟陨石含有金属铁、金属镍和镁橄榄石(Mg2SiO4),空气是由二氧化碳、氮气、水蒸气组成。

实验撞击造成了1500℃的高温,铁被不完全氧化,同时产生了其他活性还原物质,如氨气、一氧化碳、氢气和甲醛。在还原态铁的帮助下,产生了2种氨基酸:甘氨酸和丙氨酸。增大实验气体的氮含量,则能够产生6种氨基酸。

科学家认为由于实验制造的撞击效果远不如真正的小行星,因此实际制造的生物分子要远超过实验中产生的比例。此外,由于大量还原态铁的长期存在,能够持久的帮助生物分子的产生。

科学家证明,陨石撞击产生的生物分子量远超过陨石本身携带的。最终,各种来源的生物分子,组成了原始汤,并在某个阶段制造了原始生命。