地球生命來自何方

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地球上生命是如何誕生的，這是科學家們面對的最大謎團之一。多年來科學家一直在研究關於地球生命的起源，並提出了包括「原始湯」起源說、海底熱液起源說、黏土起源說等在內的眾多假說，其中有一種假說認為組成地球生命的一些簡單有機分子是彗星帶來的。

而最近歐洲「羅塞塔」彗星探測器又為這種假說提供了新的支持證據，它發現彗星「丘留莫夫－格拉西緬科」上存在氨基酸等物質，這些物質被認為是生命形成的基石。

彗星給地球帶來了生命？

「生命的起源就是第一個細胞產生的過程。」 中科院南京地質古生物研究所現代古生物學和地層學國家重點實驗室主任袁訓來告訴科技日報記者，生命產生的第一步是由無機分子變成簡單的有機分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等。第二步是由有機小分子合成有機大分子，例如蛋白質、脂肪，以及遺傳物質DNA、RNA等。第三步也是最難的一步就是，即使產生了可以自我複製的DNA、RNA，還要在這些遺傳物質的控制下產生蛋白質。第四步需要有一個生物膜，將這些物質包裹起來，這個生物膜可以進行選擇性滲透，將有用的物質放進來，沒用的代謝廢物排出去。

有了這些「零件」還不夠，還需要有一個偶然的機會，在一個適宜的液態水環境（0—100℃）中將其整合在一起，才能形成一個細胞。「可想而知這個細胞的形成幾率有多小，甚至比中彩票的幾率還小1000萬倍。而且從無機分子到原始細胞產生的這一過程在地球早期至少需要兩三億年的時間才能完成。」袁訓來說。

因此，有人認為最早的一些有機分子，可能是彗星撞擊地球帶過來的。而不是在地球上自然產生的。天體生物學家們正在收集證據證明生命可能起源於銀河系中的其他地方，隨後在大約38—40億年前由墜落到地球上的彗星將最初的「生命基石」帶到了地球，這些物質在地球原始環境中互相作用，最終產生了生命。這種假說被稱為「胚種論」，並且科學家陸續發現了一些支持胚種論觀點的證據。

在新一期美國《科學進展》上，歐洲宇航局等機構的研究人員報告說，「羅塞塔」彗星探測器發現，「丘留莫夫—格拉西緬科」彗星周圍稀薄的氣體中存在甘氨酸和磷元素。甘氨酸是一種氨基酸，而氨基酸在生命體中發揮重要作用，被認為是「生命基石」。磷元素也廣泛存在於脫氧核糖核酸（DNA）和細胞膜等處，有重要的生理作用。

2015年10月科學家在洛夫喬伊彗星上偵測到構成生命所需的兩種複雜有機分子——酒精乙醇和簡單糖類乙醇醛，為解開地球生命起源帶來新線索。此前科學家還曾在67P/楚留莫夫—格拉西孟柯彗星上發現多種有機分子。

「彗星給地球帶來了生命起源所需的基礎物質是完全有可能的。」原中國國家天文台研究員李競指出，與地球上地質變化頻繁不同，彗星內部變化較少，且彗星溫度較低，因而好似一個在太空中飛行的「冰箱」，適宜保存最原始的生命物質。當這些彗星撞擊地球時就把生命物質也帶到了地球上。

但他同時也強調，雖然地球生命可能來自於外太空，但是也不能排除生命本身就是在地球上形成的。

生命誕生於「原始湯」？

關於地球生命起源一個最主流的看法認為，生命誕生於「原始湯」。科學家認為，在距今40億年前後，在地球的海洋中就產生了存在有機分子的「原始湯」，這些有機分子是閃電等能源與原始大氣中的甲烷、氨和氫等發生化學作用而形成的。地球上的所有生物都源自同一個個體，一個38億年至40億年前漂浮在原始湯中的簡單細胞，它有著最基本的細胞結構，是最基本的生命體之一。

20世紀50年代初，美國科學家米勒令電火花穿過類似原始大氣的一種混合氣體，結果混合氣體中甲烷中的碳有15%發生轉移，形成了水溶性有機小分子，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，氨基酸是組成蛋白質的成分，而蛋白質是生命體不可缺少的有機物；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性質的物質；氰化氫也可以進一步結合成腺嘌呤，而腺嘌呤是生命體中遺傳物質DNA的組成成分。這個實驗說明，生命確實可以在原始湯中通過簡單的化學反應產生。

最早的有機小分子在地球上原始海洋的原始湯中產生後，經過長期積累和互相作用，在條件適合的情況下形成有機高分子物質——原始蛋白質分子和核酸分子。它們是構成生物體的最重要的物質。有機高分子在海洋中越積越多，相互作用，凝聚成小 滴，構成一個獨立的多分子體系，漂浮在水面上，進而演變成具有原始新陳代謝作用和能夠進行繁殖的原始生命。

但持懷疑態度者提出，依託原始湯理論，不能產生持續的能量來使得反應繼續，生命在沒有能量的情況下是不可能存在的。進化生物學家威廉·馬丁說：「作為生命起源的主流假說原始湯理論存在生物能量和熱力學方面的缺陷，因為依託這個理論，不能產生生命所需要的能量。」

深海熱液是生命的搖籃？

除了生命是誕生在有機化合物「湯」中的理論之外，另一個設想——海底的熱液噴口是生命的搖籃——近年來也逐漸受到人們的關注。

隨著對海底熱液噴口及其生態系統研究的深入，科學家發現深海熱液環境與地球早期的環境非常相似。海洋剛形成時，廣泛並劇烈的海底熱液活動導致了地球內部熱量的散逸以及大量還原性金屬元素和氣體的產生。因此，那個時候的海洋處於強還原環 境，富含還原態的鐵、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℃。由於光合作用還沒有出現，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。

袁訓來表示，海底的熱液噴口有穩定的液態水環境，並且有化學梯度，有利於從有機小分子到有機大分子形成的化學反應。此外，熱液噴口附近有比較豐富的金屬礦物，有機化學反應需要催化劑，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於原始生命形成。

此外，科學家根據「分子進化時鐘」的基因測序，勾勒出地球上所有生物的「生命進化樹」。他們發現，位於「進化樹」根部，代表著地球上所有生物「共同祖先」的微生物，絕大多數是從海底熱液環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境中的各種無機化學反應所釋放出來的能量維繫自身的生命活動，進而支撐整個生態系統的繁榮。這些微生物完全能夠適應古代海洋苛刻的環境條件，是生命起源於海底熱液噴口的核心證據。

黏土是地球生命的起源地？

中國古代傳說中，女媧用泥土造人的故事或許真有其事——地球上的所有生命可能都來自於黏土。

2013年科學家在《科學報道》雜誌上報告說，對微小的分子和「被黏土像海綿一樣吸附住」的化學物質來說，黏土（地上的礦物化合物的最初形態）相當於一個培植實驗室。「我們認為，在早期的地質歷史中，黏土水凝膠對於生物分子與生化反應起到了限制的功能。」美國康奈爾大學卡利夫學院納米科學教授羅丹說，黏土水凝膠能更好地保護髮生在其內部的化學過程不被可能會拆除DNA和其他生物分子的核酸酶所破壞。在隨後的幾十億年間，被限制在這些空間里的化學物質進行了非常複雜的反應，形成了蛋白質、DNA，以及最終促使活細胞正常運行的機制。

為了進一步驗證這一想法，羅丹的研究小組在黏土水凝膠中演示了蛋白質合成。他們預先用合成水凝膠作為蛋白質產物的一個「無細胞」媒介，再用DNA、氨基酸、合適的酶和一些少量的蜂窩機械填充海綿材料，就可以使DNA編碼成為蛋白質。

解密原始生命誕生為啥這麼難？

科學家研究人類起源、動物起源、植物起源等都相對容易，為啥解密原始生命誕生就這麼難？

袁訓來說，這是因為關於這些物種地球上有很多化石證據，並且可以通過建立生命之樹來推測這些物種的起源過程。可是原始生命起源於38億年前，在此後的38億年間地球經歷滄海桑田的變化，很多岩石都被風化沉積變質了，想找到第一個細胞形成時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構都將眼光對準了外太空。因為火星、月球等星球沒有像地球那樣經歷如此多的有水參與的複雜風化作用，所以它們可能仍維持著與地球早期生命起源的環境類似的環境。通過研究這些星球的環境或許有助於了解地球早期的環境信息。此外，如果能在這些星球上找到原始細胞的化石證據就更有助於破解地球生命起源的秘密。

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