小行星样本里检出20多种氨基酸:生命的种子,或许真是"天外来客"前段时间,一则来自日本的消息在天文圈和生物圈同时激起涟漪——隼鸟2号探测器从小行星"龙宫"带回的样本中,科学家检测出了多达二十几种氨基酸。
这是人类第一次在地球之外的天体样本中,明确检出氨基酸的存在。氨基酸这个词对大多数人并不陌生。它是构成蛋白质的基本单元,而蛋白质又是生命活动最核心的物质载体。可以说,没有氨基酸,就没有我们所熟悉的任何一种生命形式。
有人或许会抬杠:这只是对地球上的碳基生物而言,宇宙中说不定还存在别的生命形式。这种设想当然不能完全排除,但眼下我们能依据的,只有地球这唯一一个样本。
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地球还没有生命的那段远古岁月里,最早的氨基酸究竟是怎样出现的?这个问题,科学界至今没有给出板上钉钉的答案。
一种观点认为,是早期地球自身的环境自然催生了它们;另一种观点则更带有宇宙浪漫色彩——这些氨基酸或许根本不是地球土产,而是跟随陨石,从外太空来到地球的"天外来客"。事实上,早在几十年前,这种猜想就已经有过有力的旁证。
那是一颗名叫莫契森的陨石。与大多数在地表沉睡了成千上万年、甚至上亿年才被发现的陨石不同,莫契森陨石的坠落过程被人们亲眼目睹,相对来说"非常新鲜",被污染的时间也极为有限。
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研究人员通过检测其中的碳化硅颗粒,推断这颗陨石的年龄高达约71亿岁,比地球和整个太阳系还要老大约25亿岁,是迄今为止在地球上找到的最古老的岩石之一。更让人震惊的是,科学家在这颗陨石里发现了多种氨基酸。
这意味着,这些氨基酸形成的时间,可能比地球本身还要古老。但一个疑问必然会被提出:会不会是陨石落地之后,被地球上的生物污染了?
研究者当然首先考虑了这个可能,并专门做了分析。地球上天然存在的蛋白质氨基酸,几乎清一色是"左旋"的;而莫契森陨石里检出的氨基酸,相当一部分却是右旋的。
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再加上对包括氨基酸分子在内的多种分子做了质量测定,结论是这些氨基酸形成的年份确实早于地球生命出现的时期。因此,研究人员判断它们并非来自地球生物。
当然,针对这些判断,后续也有一些质疑声,严格来说,被污染的可能性目前仍无法百分之百排除。正因如此,在陨石中发现氨基酸这件事,长期以来总显得差了那么一口气。
而这次隼鸟2号的意义就在于——样本是在太空中从小行星表面直接取回的,没有经过地球大气和地表的"洗礼"。如果不出意外,这足以证明,氨基酸确实可以在地球以外的环境中形成。
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不过,这事其实并没有想象中那么不可思议。相对于蛋白质这种复杂的大分子,氨基酸的形成要简单得多。
早在上世纪50年代,芝加哥大学就做过一项著名的实验,用来验证早期地球环境中无机物能否自发合成有机物。这就是生命起源研究中几乎绕不开的米勒-尤里实验,也常被简称为米勒实验。
实验的构思极为巧妙。研究人员先把水、甲烷、氨、氢、一氧化碳这些结构简单的分子密封在一个无菌烧瓶里,用以模拟早期地球的大气环境;再取另一个装了水的烧瓶,模拟原始海洋。
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两个烧瓶用管道连成回路,整个装置相当于一个微缩版的早期地球大气循环系统。接下来,在"大气瓶"中插入一对电极,不断放电产生电火花,模拟原始大气里的闪电。
实验开始后,"海洋瓶"被持续加热,水蒸气顺着管道进入"大气瓶",与那些原始气体混合,被一次次闪电击穿。在高能放电下,一些分子的化学键被破坏,另一些则重新组合,新的分子就在这个过程中源源不断地产生。
含有新分子的气体经过冷凝管回到"海洋瓶",进入下一轮循环。地球从诞生到出现生命,中间大约隔了十亿年,这个实验当然不必跑那么久,但也得持续一段时间。
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一周之后,研究人员检测海洋瓶里的水,结果令人震动——其中竟然出现了包括氨基酸在内的多种有机物,甚至还检测到了糖类、脂类,以及一些可以用于构成核酸的原材料。
这项实验第一次用硬邦邦的证据表明:在合适的自然环境中,无机物自发合成小分子有机物,是完全有可能的。更耐人寻味的一个细节是:米勒实验中生成的氨基酸,左旋和右旋的比例几乎各占一半。
这其实很合理,毕竟分子是在随机碰撞和重组中形成的,没有理由偏向某一边。可反观今天地球上的生物,体内的氨基酸却几乎清一色是左旋的。
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这种不对称,就像宇宙诞生之初正物质和反物质本应等量,却因为某种未知的原因,正物质略多了那么一点点,湮灭之后留下了今天的物质世界。为什么生命选择了左旋,这仍是科学尚未完全破解的谜题。
米勒实验虽然经典,但也不是无懈可击。它成立的一个关键前提,是地球的原始大气中氧含量必须非常低,否则即便侥幸合成了氨基酸,也会被迅速氧化掉。
问题是,原始大气里的氧含量究竟是什么水平,科学界至今只能推测,没有直接证据。而且,一旦大气中几乎没有氧,就意味着没有类似今天臭氧层这样的屏障,太阳紫外线会毫无阻挡地破坏大气中的氢分子,这对氨基酸的生成同样不利。
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而米勒实验恰恰没有把紫外辐射的因素考虑进去。所以,不管原始大气有氧还是无氧,严格按理推演,氨基酸的产生都存在一定困难。
正因如此,后来又有研究者提出,氨基酸也许是在深海海底火山口附近那样的特殊环境中形成的。地球的环境终究有限,可宇宙中的环境却五花八门、无奇不有。
这次隼鸟2号对小行星的直接采样,恰恰证明了氨基酸这种构成生命的基础材料,并不是地球的专属。对浩瀚宇宙而言,它甚至是一种相当容易产生的物质——要知道,星际有机分子的发现,本就是上世纪60年代天文学的"四大发现"之一。
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把视野再拉远一些。天文学家如今估算,仅在我们这一个银河系里,就可能存在高达4000亿颗行星,几乎每一颗恒星身边都至少有一颗行星相伴。
在如此庞大的基数面前,哪怕宜居行星只占极小的比例,那也是以亿计的候选者。生命所需的基础零件既然在陨石和小行星上就能找到,宇宙其他角落孕育出某种生命形式的概率,就不像从前以为的那样渺茫。从这个角度回看,地外生命的存在,确实变得越来越"靠谱"。
既然氨基酸很容易在宇宙中形成,而地球自身的原始环境又未必适合高效合成氨基酸,那么当初构成最初生命的那些氨基酸,是不是真的有可能并非地球自产,而是被陨石和小行星从宇宙的某个角落带来的?
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过去我们已经知道,地球上的水,相当一部分可能来自地球之外的彗星和小行星;现在,构成最初生命材料的氨基酸,也可能有同样的身世。
如果这条线索继续延伸下去,谁又能完全断言,终有一天我们不会发现——DNA、RNA,乃至直接构成生命的蛋白质,也在某种意义上是"天外来客"呢?
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