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地球上的生命是38亿年前从小行星带到地球的?日本科学家:是的!

和光万物

2022-05-10 10:13广东

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将我们星球上的生命视为理所当然很容易,但它的存在提出了一个非常困难的问题:地球上的生命从何而来?

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生命是在一次化学反应中突然开始的,还是成分慢慢地从“原始汤”中一点一点地聚集在一起?我们所确定的是,我们星球上的生命至少开始于 38 亿年前。从查尔斯·达尔文开始,许多科学家提出了关于生命是如何开始的理论。有些人在实验室中试图重建早期地球的条件,看看我们是否可以将简单的分子诱导成类似生命的东西。也有些人甚至提出生命是从太空来到地球的,这种理论称为“Panspermia(泛种论)”。

Panspermia理论在过去几十年来被认为是可疑的伪科学,但越来越多的证据显示,一些对生命至关重要的有机分子实际上是在太空形成并通过陨石到达地球。

地球上生命的起源是什么?

大约在1860 年代,达尔文正在向世界介绍他的进化论。他认为地球上的物种并不是独立创造的,相反,它们通过自然选择的进化过程从早期物种中不断扩大的数量,即暗示所有生物都可能从一个共同的祖先进化而来。于是,对地球生命起源的现代研究开始了。

随着时间推移,在进化论的基础上,分类学、生命树、基因等等理论不断出现和完善,但问题仍然存在,即地球上的生命是如何开始的?

在1953 年,芝加哥大学的一名研究生斯坦利·米勒 (Stanley Miller) 在玻璃管中混合了四种简单的化学物质,即甲烷、氨、氢和水,加热它们并用电击它们以模仿闪电,试图解开地球生命起源之谜。但从实验开始至今70年,仍然没有答案。

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虽然实验本身并没有创造生命,但它确实产生了氨基酸——蛋白质的组成部分。进一步的实验表明,氨基酸在加热时可以自行组装成蛋白质。蛋白质在生物体中发挥着许多基本功能,例如充当加速化学反应的酶。不过蛋白质自己开始生命的想法现在已基本被拒绝,因为生命必须能够繁殖,这意味着你需要能够自我复制的分子——RNA。

因此,第一个生命形式似乎更有可能是基于 RNA,而 DNA 和蛋白质则较晚出现。然而在实验室中,我们发现 RNA 需要大量帮助来组装或复制自身,因此它可能不足以独立开始生命。

最后,有人提出,生命始于从环境中提取能量并利用该能量构建生命分子的化学反应。换句话说,新陈代谢是第一位的。这可能发生在海底的热液喷口中,来自地球内部的能量将水加热到 400 摄氏度。

这里又出现了一个问题,哪个先出现:细胞、新陈代谢还是遗传?这有点像先有鸡还是先有蛋的难题。

而在科学家陷入地球究竟先有鸡还是先有蛋的时候,它的科学竞争对手设想地球上的生命有一个不同的开端。

Panspermia:生命来自外太空!

尽管已知最古老的化石是大约 35 亿年前的海洋标本,但有迹象表明地球上的生命可以追溯到 38 亿年前。然而,科学家们认为,在短短的2 亿年的时间里(40亿年前地球表面还是灼热的),生命将没有足够时间从无生命进化为单细胞形式,因为进化是一个缓慢的过程。因此,在解释相对发达的生命出现时,Panspermia成为一个可行的选择,生命的关键成分或生命本身起源于宇宙的其他地方,从一个星球到另一个星球的陨石中共享,或者是由彗星或太空尘埃带来的。

Panspermia理论从开始的“令人反感”,到回到科学主流,源于发现的证据越来越多:

具有基本元素的行星际尘埃!

2014 年在 PNAS 上发表的一篇论文显示,来自彗星和小行星的行星际尘埃不断落到地球上,当受到太阳风的轰击时,它会释放出氧气,这些氧气可以与氢气发生反应,形成水分子和有机化合物。

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Hemolithine,一种外星蛋白质!

2020 年 2 月,一组研究人员宣布在陨石中发现了一种蛋白质。这种蛋白质被命名为Hemolithine,如果这一发现的真实性得到证实,我们将谈论第一个已知的外星蛋白质。当然,许多科学家对这一发现持怀疑态度。

陨石中的氨基酸!

蛋白质问题尚未得到证实,但我们可以肯定的是,氨基酸可以到达陨石上。在 1969 年落在澳大利亚默奇森镇的一颗陨石上,科学家发现了氨基酸。另外在1998 年坠落在德克萨斯州的两颗陨石中,发现了水和有机物。

陨石分析再添新证据!

过去科学家曾对三颗较大的陨石进行研究分析,分别1969年坠落在澳大利亚的默奇森陨石、 1950年坠落在美国肯塔基州的默里陨石和2000年坠落在加拿大的塔吉什湖陨石。这三颗陨石都是“碳质球粒陨石”,在太阳系历史早期形成的岩石材料制成,都富含碳。其中默奇森和默里陨石含有约 2% 的有机碳重量,塔吉什湖陨石含有约 4% 的有机碳。

当时的分析结论是,这些富含碳的陨石可能在地球历史早期就已将化学成分运送到地球,并在这些陨石上检测到了形成 DNA 所需的五种化学成分中的三种。

现在由日本北海道大学天体化学家 Yasuhiro Oba 领导的团队对这三颗陨石使用新的、极其敏感的分析技术,检测到了有机化合物,在陨石中新发现的两个核碱基(核碱基是对形成 DNA 特有的双螺旋结构至关重要的含氮化合物),称为胞嘧啶胸腺嘧啶。它们之所以在以前的检查中没有被发现,因为它们具有比其他核碱基更精细的结构。

根据模拟陨石材料含量的实验表明,太空存在各种核碱基,表明这些有机化合物在太阳系内外的外星环境中无处不在。而且嘌呤和嘧啶核碱基总是在 DNA 内结合在一起,这意味着嘌呤和嘧啶核碱基的比例在 DNA 分子中始终是恒定的。甚至在太阳系形成之前,这些核碱基就会通过在太空中四处游荡的各种材料之间的光化学反应而出现。

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这一新发现的证据,无疑进一步推动了Panspermia理论的可能性。

写在最后:

当然,Panspermia仍然只是一个理论,而且仍具极大的争议,因为它没有解释生命的起源。尽管它在解释地球上的生物发生方面可能是决定性的,但它从根本上无法解释从一般的角度来看,生命是如何在宇宙的任何地方出现的。如果地球上的生命确实起源于其他地方并来到我们的星球,那么问题仍然存在:生命的起源是什么?

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