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生命的种子真的来自外太空吗?

时间: 2016年12月15日 标签: 房子


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Credit: Navicore Wikimedia (CC BY 3.0)

 

如果你向天体生物学家询问地球生命的族谱,他们可能会交给你一块45亿年前的岩石。这些掉落到地球上的陨石是早期太阳系的碎片,可能包含着最初的生命成分。若真如此,那就意味着生命的伊始根本就不在地球上。

有放射性元素的微尘通过相互碰撞构成新生的行星这些元素的原子核衰变形成更稳定的原子,同时释放出的热量则加热不断生长的岩石。那些在火星之外的寒冷地带形成的1-100km大小的被冰包裹着。当它们的内部开始融化时,潜在的液态水源泉出现了,太阳系最初的有机分子就在此开始聚合

毫无疑问这一过程确实发生了。那些有迹象曾接触过液态水的陨石也承载着丰富的有机物质。然而,生物分子可能在太空形成的事实并不意味着它们最终就能开启地球上的生命演化。

生命的遗传密码蓝图由DNARNA的螺旋链(它们由核酸碱基构成)绘就。在早期地球上,核酸碱基配对首次结合成简单的RNA,并开始了近乎完美的复制过程。那是一条终将通向人类诞生的进化之路。

“在我看来,能够自我复制那就是生命的开始。”来自麦克马斯特大学起源研究所的Ben Pearce说道。他作为主要作者的一篇新论文研究了“生命的种子是否可能来自太空”这一问题。

为了研究我们的核酸碱基是否可能来自陨石,Pearce从检测陨石中的有机物含量入手。

核酸碱基有五种,包括鸟嘌呤G,腺嘌呤A,胞嘧啶C,胸腺嘧啶T和尿嘧啶UPearce证实了其中三种碱基在陨石成分记录中普遍存在,但却没有胞嘧啶和胸腺嘧啶存在的迹象。有趣的是,这两种缺失的碱基与已发现的碱基互补,在DNA中鸟嘌呤与胞嘧啶配对(G-C),腺嘌呤和胸腺嘧啶配对(A-T)

“这就像每个人都出席一场舞会,却都忘了他们的舞伴。”论文的合作者Ralph Pudritz评论道。

那么问题来了,这些碱基的缺失仅仅是因为实验运气差呢?还是说陨石不能携带这些遗传密码的配对碱基是另有原因的呢?

为了研究这一点,研究者们转而考虑合成这些核酸碱基的化学反应。碱基合成的成功率很大程度上取决于早期太阳系的星子内部中可存在的物质组成。研究者通过研究彗星来确定星子的成分。

彗星是行星形成过程遗留下来的富冰岩石。不同于许多近地小行星,彗星自形成以来就几乎不变。因此彗星是对碱基最初诞生环境的绝佳“抓拍”。

将彗星的组成成分作为模型的起点,科学家们计算出构成我们遗传密码的五种碱基的预计产量。

他们发现,尽管有四种碱基生成量可观,但神出鬼没的胞嘧啶却不见踪影。事实上胞嘧啶确实产生了,但它在几年之内迅速衰变成为更常见的尿嘧啶和氨。这意味着想在陨石样品上找到胞嘧啶的几率几乎为零。

“并不是我们没能在陨石上发现胞嘧啶,”Pearce认为,“而是它似乎根本就不可能被找到!”

虽然这解决了胞嘧啶的缺失问题,但另一种缺失的碱基——胸腺嘧啶的产生量似乎在可探测的丰度范围。那为什么它也没有被发现呢?原因是胸腺嘧啶在过氧化氢(漂白剂和消毒剂中有同样的化学成分)存在的条件下会分解。过氧化氢曾在彗星上发现过,因而这可能就是破坏胸腺嘧啶的罪魁祸首。

这一模型解释了陨石样品中仅存在三种核酸碱基的原因,但也留下了一个难题:我们遗传密码所需的另外两种缺失的碱基从何而来呢?

这个问题尚且没有满意的答案。这些生命的种子也有可能源于地球但这个猜想呈现出不少棘手的问题。地球早期的大气并不适宜有机分子的产生,而海洋产生三种碱基危险。另一个望的解释是太阳的紫外线触发太阳系尘埃颗粒中有机物的合成,后来这些尘埃颗粒被地球的引力所捕获。

这是个大问题!” Pearce总结道,但就目前而言我们并不知道答案。

 

翻译:张雅鹏  审校:刘财兴

 

原文链接:

https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/did-the-seeds-of-life-come-from-space/

 


关于我

Elizabeth Tasker

Elizabeth Tasker是日本宇宙航空研究开发机构的副教授,研究领域主要是恒星和行星的计算机模拟。