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生命源自哪里?

2016-05-22 14:23:02来源: 人学研究网 已浏览人数:
比如关于“生命究竟起源于哪里”这个问题。目前大多数的理论都支持生命最初起源于单细胞的微生物。可这些微生物又来自于哪里呢?

  

 

根据人类目前所掌握的种种信息,我们几乎已能完整地构思出一个美丽的宇宙模型。不过,越是如此,我们也会越怀疑自己所掌握的事实真相。

比如关于“生命究竟起源于哪里”这个问题。目前大多数的理论都支持生命最初起源于单细胞的微生物。可这些微生物又来自于哪里呢?

美国著名博客作者杰森·柯特克曾针对美国航空航天局所透露的种种信息进行了一次梳理分析,他认为人类已经发现了外星生命迹象,由此他大胆地提出了一个新的推断,地球上的生命起源可能还远早于地球本身的诞生——也就是说,地球上的生命,可能本来就来自于外太空。
 

探索一:合成说
 

多种气体+电极作用=早期生命?

科学家斯坦利·米勒在1953年便开始尝试回答生命起源的问题。他在实验室里模拟早期地球产生生命的条件——在一个曲颈瓶里将甲烷、氨、水和氢混合在一起,并放入电极。在电极的作用下,瓶子里发生了变化。米勒在曲颈瓶中找到了5种不同的氨基酸,这5种氨基酸是组成蛋白质的重要元素,也是构成生命的基础——氨基酸赋予蛋白质特定的分子结构形态,使其分子具有生化活性,而蛋白质是生物体内重要的活性分子。米勒的实验被奉为生命起源的经典实验,米勒也因此名声大噪,上了《时代》杂志封面。

1958年,米勒又将几种不同的气体混合在一起,并放入电极,尝试模拟无生命的早期地球大气环境。这次他在曲颈瓶中新增了两种物质:硫化氢和二氧化碳。这是继1953年斯坦利·米勒首次设计生命起源实验后的又一次久负盛名的著名实验之一。

但这次实验结果并没有被发表,直到2007年米勒死于心肌梗死,他的学生巴达成为米勒实验室的继续者,2008年时,巴达的一个学生亚当·约翰逊用现代技术分析米勒留下的曲颈瓶,发现其中所包含的氨基酸数量远远不止米勒1953年时所发现的5种。另一个学生艾瑞克·帕克则证实在瓶子中发现了23种氨基酸,其中7种氨基酸含有硫元素。

或许,洪荒之初,由于地球上火山不断喷发、有毒气体四处蔓延、大自然的电闪雷鸣等原因,这些自然现象释放出的气体和液体便成就了地球上的早期生命。太空的陨石坠落还增加了地球上的元素种类。

后来,帕克在米勒瓶子中找到的一些氨基酸,与1969年坠落在澳大利亚的默契森陨石中发现的氨基酸十分相似。

当然,氨基酸离生命本身还有很远的距离。生命的起源依赖于那些可繁衍的分子,更大的挑战是产生核苷酸(RNA或是DNA的基础物质)。就好像我们不能期盼把汽车零件丢入游泳池后就能获得一辆汽车。核苷酸需要更强有力的结构分子,显然这不仅仅是雷鸣电闪就可以做到的。这些分子必须集中起来,并且集中在一个不断有能量供给的地方,还需要有催化剂。生命诞生过程中,这些元素缺一不可。

研究地球大气进化的科学家吉姆·凯斯提还发现了一个问题:米勒可能对早期地球条件的摸索存在错误——通过分析古老的岩石,科学家发现早期的地球富含氢的气体含量并不多,比如甲烷、硫化氢或是氢气。如果重复米勒的实验,用更为真实的气体,比如二氧化碳和氮,则很难在瓶子中生产氨基酸。

对于这个质疑,帕克则认为在地球某些特殊的地方肯定会具有产生生命的条件。比如火山爆发的地方,就会释放出大量的含硫黄的物质,以及甲烷和氨。

不管如何,米勒的实验的确是寻找生命起源的过程中极具历史性意义的一部分。
 

探索二:外来说
 

用摩尔定律探索:生命比地球更早诞生?

摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的。其内容为:当价格不变时,积体电路上可容纳的电晶体数目,约每隔24个月(现在普遍流行的说法是“每18个月增加一倍”)便会增加一倍,性能也将提升一倍;或者说,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18个月翻两倍以上。这一定律原本是揭示信息技术进步的速度。

有人用此思路来逆向推论,认为也一定可以轻易地推算出芯片上晶体管数目为零的时间。换句话说,他可以推算出微型芯片是在20世纪60年代的哪一天被首次开发出来的。

同样的思路还可用在科学出版物身上:在1960年到1990年之间,科学出版物的数目大约每隔15年增长一倍。如果倒推回去就能算出科学出版物大约诞生在1710年,恰好是被誉为“物理学之父”的艾萨克·牛顿生活的年代。

来自美国国家老龄化问题研究所的阿列克谢·沙罗夫和他的伙伴理查德·戈登把这个理论用到了生命起源的探索上。他们研究的对象是“生物的复杂度”,他们认为生物的复杂度是可以测量的,而且生命体从原核生物进化到真核生物,再进化到复杂度更高的蠕虫、鱼类以及到最后的哺乳动物的速率,也都是可以测量的。最后他们发现,生物的进化同样符合摩尔定律所描述的指数形式增长,只不过增长的间隔不再是两年,而是3.76亿年。

按照这样的规律倒推回去,他们发现,生命体应该在地球形成之前便已存在。

沙罗夫和戈登说,通过对基因复杂度进行线性回归分析,可以推出生命起源于72-122亿年前,那时的生命体只有一个碱基对。但是我们都知道,地球的年龄只有45亿年。

当然,在这个分析中有许多值得探讨的地方。举例来说,分析中认为生命的复杂度始终以恒定速率增长,这样是否合理?也许早期的生物进化速度远比现在要快,从而就可以将时间长度压缩到地球的寿命范围内。进化的本质的确充满微妙之处,而这也是大多数生物学家认为人类还无法完全理解的地方。

沙罗夫和戈登则反对这种说法,他们认为这就好像是非要把生命体存在的时间长度压缩到圣经所描述的时间长度中一样荒谬。

沙罗夫和戈登说他们的阐释还解决了“费米悖论”,这一悖论指出,如果宇宙中真的存在其他智慧生命,那我们为什么没有看到任何相关的证据。如果生命需要花费100亿年才能进化到人类这样的复杂度,那么我们有可能是这个星系中最早的智慧文明之一。这就解释了为什么当我们凝视广袤宇宙时看不到一点其他智慧物种存在的迹象。

但如果我们暂且认为他们俩是正确的,可能就意味着:生命体在数十亿年前就诞生于我们所在星球的前身,而如今地球上的生命可以说是一种延续。

这就带来了另一系列新问题:我们的生命究竟是从哪里来,又如何而来?
 

探索三:海底说
 

深海特殊环境催化了生命基础物质

如果按照米勒实验所衍生出的推论方法,深海喷口也是一个可能产生生命的好地方。在海洋深处,过热的岩石释放出大量含氢的气体。这些岩石结构松散,生命起源的基础物质可能被聚集在那些狭小的孔洞中,而岩石中的矿物质则可能发挥催化剂的作用。

供职于美国国家进化综合研究中心、为《深海新闻》 撰稿的克雷格·麦克莱恩博士,便探讨过“深海生物对我们研究天体生物学可能存在的生命有着什么样的启示”。

英国圣安德鲁斯大学的杰克·欧玛丽·詹姆斯以及他的同事曾对地球上生命的可能命运进行了“建模”,因为日益衰老的太阳可能会导致地球的环境越来越恶劣。这个模型表明:大约10亿年后,地球上的海洋将会蒸发,唯一存活的生命将位于地下深处,它们可能能够继续活上10亿年。也就是说,地球上最持久稳固的生命特征可能就是深海生命。

自上世纪70年代之后,随着热液喷口的发现,关于“生命起源于深海”的研究取得了更快的进展。一篇发表在《地质学》期刊上的研究报告表明,在与热液喷口附近类似的高温潮湿环境下,通过某些黏土矿物催化,普通的碳化合物分子就可能会转变成复杂的结构。除了有助于形成如此复杂的分子结构之外,黏土还对这样的分子起到了保护作用,防止它们被喷口不断流出的热水破坏。

另一种说法是,地球上最早的生命可能出现在极地海洋,并起源于水下的“死亡冰柱”。BBC的一套节目《冰冻的星球》中播出了首次拍摄到南冰洋的冰柱的自然现象。摄制组表示海洋冰柱形成的速度异常快,这种海洋冰柱外表更类似于海绵而非普通的冰。科学家表示,冰柱的效应堪比“化学花园”——一个常在课堂进行的实验,是将固体金属盐类添加到硅酸钠水溶液里时,植物状的东西会在数分钟或者数小时后迅速生长。他们认为,那种将盐分从海冰里排斥出来的过程产生的净化效应,也支持了“地球或者宇宙其他星球上生命的寒冷起源”理论,“冰柱在盐分通过海冰进行运输的动态中起着重要的作用,它们可能在生命寒冷起源中也起着不可缺少的作用,正如炙热环境理论中热液喷口的作用一样。这两个理论的基本原理都是化学花园过程。”

  作者:克莉斯汀
 

人学网·地球生命栏目责编:清衣猿 

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