探秘地球生命的起源

高峰

多年來，科學(xué)家一直在研究關(guān)于地球生命的起源，并提出了包括“原始湯”起源說、海底熱液起源說等。

生命誕生于“原始湯”

關(guān)于地球生命起源，一個(gè)主流的看法認(rèn)為，生命誕生于“原始湯”。科學(xué)家認(rèn)為，在距今40億年前后，在地球的海洋中就產(chǎn)生了存在有機(jī)分子的“原始湯”，這些有機(jī)分子是閃電等能源與原始大氣中的甲烷、氨和氫等發(fā)生化學(xué)作用而形成的。地球上的所有生物都源自同一個(gè)個(gè)體，一個(gè)38億年至40億年前漂浮在“原始湯”中的簡單細(xì)胞，它有著最基本的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，是最基本的生命體之一。

20世紀(jì)50年代初，美國科學(xué)家米勒令電火花穿過類似原始大氣的一種混合氣體，結(jié)果該混合氣體中甲烷里的碳有15%發(fā)生轉(zhuǎn)移，形成了水溶性有機(jī)小分子，其中包括4種氨基酸和氰化氫、甲醛等。這是形成生命的一些基本物質(zhì)，氨基酸是組成蛋白質(zhì)的成分，而蛋白質(zhì)是生命體不可缺少的有機(jī)物;甲醛分子則可以生成組成RNA的一種核糖，而RNA是生命體中決定蛋白質(zhì)性質(zhì)的物質(zhì);氰化氫也可以進(jìn)一步結(jié)合成腺嘌呤，而腺嘌呤是生命體中遺傳物質(zhì)DNA的組成成分。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，生命確實(shí)可以在“原始湯”中通過簡單的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。

深海熱液是生命的搖籃？

隨著對海底熱液噴口及其生態(tài)系統(tǒng)研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，深海熱液環(huán)境與地球早期的環(huán)境非常相似。海洋剛形成時(shí)，廣泛并劇烈的海底熱液活動(dòng)導(dǎo)致了地球內(nèi)部熱量的散逸以及大量還原性金屬元素和氣體的產(chǎn)生。因此，那個(gè)時(shí)候的海洋處于強(qiáng)還原環(huán)境，富含還原態(tài)的鐵、銅、鋅、鉛、錳等金屬離子，以及甲烷、氫氣和硫化氫等氣體，海水的溫度維持在70℃～100℃。由于光合作用還沒有出現(xiàn)，大氣中幾乎不含氧氣，二氧化碳的含量很高，因而海洋呈酸性。科學(xué)家猜想，正是在早期海洋海底熱液噴口周圍，生命開始悄悄地萌芽了。

海底的熱液噴口有穩(wěn)定的液態(tài)水環(huán)境，并且有化學(xué)梯度，有利于從有機(jī)小分子到有機(jī)大分子形成的化學(xué)反應(yīng)。此外，熱液噴口附近有比較豐富的金屬礦物，有機(jī)化學(xué)反應(yīng)需要催化劑，而這些金屬礦物就是非常好的催化劑，因此海底的熱液噴口有利于原始生命形成。

此外，科學(xué)家根據(jù)“分子進(jìn)化時(shí)鐘”的基因測序，勾勒出地球上所有生物的“生命進(jìn)化樹”。他們發(fā)現(xiàn)，位于“進(jìn)化樹”根部，代表著地球上所有生物“共同祖先”的微生物，絕大多數(shù)是從海底熱液環(huán)境中分離得到的超嗜熱古菌。它們的平均最佳生長溫度超過80℃，能夠利用熱液噴口周圍環(huán)境中的各種無機(jī)化學(xué)反應(yīng)所釋放出來的能量維系自身的生命活動(dòng)，進(jìn)而支撐整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的繁榮。這些微生物完全能夠適應(yīng)古代海洋苛刻的環(huán)境條件，是生命起源于海底熱液噴口的核心證據(jù)。

解密原始生命誕生就這么難？

科學(xué)家研究人類起源、動(dòng)物起源、植物起源等都相對容易，為啥解密原始生命誕生就這么難？

這是因?yàn)椋P(guān)于這些物種，地球上有很多化石證據(jù)，并且可以通過建立“生命進(jìn)化樹”來推測這些物種的起源過程。可是原始生命起源于38億年前，在此后的38億年間地球經(jīng)歷滄海桑田的變化，很多巖石都被風(fēng)化沉積變質(zhì)了，想找到第一個(gè)細(xì)胞形成時(shí)的化石記錄幾乎是不可能的。

因此，為了解密原始生命的誕生，歐洲宇航局、美國航空航天局等機(jī)構(gòu)都將目光對準(zhǔn)了外太空。因?yàn)榛鹦恰⒃虑虻刃乔驔]有像地球那樣經(jīng)歷如此多的有水參與的復(fù)雜風(fēng)化作用，所以它們可能仍維持著與地球早期生命起源時(shí)相類似的環(huán)境。研究這些星球的環(huán)境，或許有助于了解地球早期的環(huán)境信息。此外，如果能在這些星球上找到原始細(xì)胞的化石證據(jù)，就更有助于破解地球生命起源的秘密。

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