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生命的本源可能並非是水,而是另一種液態物質

早期地球生命可能並非源自水中。

Land Of Silence

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Roger Subirana 

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放射性礦物聚積地的水塘邊可能富含甲醯胺,而甲醯胺可能是早期地球生命的體液。麻省理工學院

對於今天我們所知的一切地球生物來說,水是至關重要的溶劑(體液)。生命活動所需的有機分子能夠溶解在水裡,比如氨基酸、糖。水扮演著營養物質輸送者的角色。信號分子在水中的傳遞,還可以讓細胞之間建立起通信。

但水同時也有其不為人知的一面。水有「水解」作用,能夠分解核酸和蛋白質。這就是所謂的「水的悖論」。許多科學家懷疑,地球生命的單細胞祖先們,是否真的是因水而生?

科學家將揭開謎底的希望,寄托在了一種名叫甲醯胺的無色透明液體身上。甲醯胺是氰化氫的水解物,由氫、碳和氨轉化而來。甲醯胺是一種分布非常廣泛的物質。說它分布廣泛,是指它不僅僅地球上有,宇宙中的許多地方也有。這些地方包括星際雲中的產星區內、彗星上,甚至於星際介質里。甲醯胺和二氧化鈦、粘土、獨居石、磷灰石、含鐵礦物、鋯,能夠促進糖和核苷鹼基的形成,核苷鹼基是RNA和氨基酸的重要組成成份,而氨基酸是蛋白質的基石。

原始海洋中,甲醯胺的濃度是非常低的,只有百萬分之一。甲醯胺即便能夠形成,也會迅速分解。但只有當甲醯胺的純度非常高,且與前述系列物質保持接觸的情況下,一連串的反應才能進行。與此同時,生成生命所需的化合物,還需要很多熱量——所需的熱量之多,甚至能夠把水煮開。在海洋或湖泊中,幾乎不可能存在這樣的高溫環境。但在那些小地方,比如地熱噴口附近的沙粒間和水窪邊,情況就不一樣了。

科學家發現,將水、氰化氫和放射性礦物混合,就能製造出甲醯胺。而在原始地球上,放射性礦物如獨居石、瀝青鈾礦和鋯石能夠隨著地殼的移動和水流,在灘涂和河流中聚積起來,形成所謂的「砂礦」。在一些特殊條件下,某些「砂礦」的鈾濃度會非常高,形成自然的核反應堆,為生化反應的最終發生提供足夠多的能量。

這個理論模型被稱為「核間歇泉」。它展示了甲醯胺是如何獲得足夠高的濃度,並暴露在足夠量的核能和熱能下,製造出最終能夠演化為生命的化合物的。

最近哈佛大學地球行星科學系的進化生物學家Zachary Adam博士領導了一個科研團隊,在生命出現之前的地球大氣和輻射條件下,對這個假說進行了檢驗。之前的研究結果表明,將鈾和釷礦,與碳、氫、碳、氧的化合物混在一起,能夠產生一種名為乙腈的化合物,而乙腈是甲醯胺的前身。43億年前原始地球上的放射性沉積物中,可能也發生過相同的事情。

科研人員用伽瑪射線轟擊了這些與水汽混合在一起的乙腈,結果發現,甲醯胺含量上升了。隨後這些放射性的混合物又被加熱到了100攝氏度以上。在生命出現之前的地球上,在富含放射性物質的礦床中,環境與此類似。水受熱蒸發後,留下了濃縮的有機溶劑混合物。這些有機溶劑是在伽瑪射線的轟擊下形成的。在射線的轟擊下,乙腈被分解、重組,形成了甲醯胺、N甲基乙醯胺和N甲基甲醯胺。有一點非常重要,即這些分子若和磷酸鹽礦物混在一起,就能夠形成磷酸化合物,而磷酸化合物在RNA的化學基石——核苷酸的合成過程中十分關鍵。

基於這些研究成果,科學家構想了一幅生命出現之前原始地球的圖景。在早期地球的濕潤期,乙腈和氰化氫隨著雨水落在放射性礦物的聚積地。而在隨後到來的旱季,甲醯胺的濃度隨著水的蒸發變得越來越高。

這種乾濕的周期性循環可能與潮汐效應等自然現象有關。這一過程的發生地點可能離間歇泉、火山等地熱現象不會遠。在這些地方,乾濕和冷熱的交替循環並存。

這樣的事情如果能夠發生在早期地球上,那麼同樣也能夠發生在宇宙中的其它地方。宇宙射線,木星周圍的輻射帶,太陽耀斑,都能夠為驅動相似的反應提供高能粒子流。而只要是類地行星,或相似的岩石天體,也都擁有適宜的環境。

研究結果顯示,甲醯胺因氰化氫和水受輻射轟擊分解重組產生的效率,要遠高於其在普通水環境中的產生效率。雖然今天的生命離不開水,但生命的本源或許並非是水,而是另一種液態物質——甲醯胺。水或許也曾參與其中,但它只起到了輔助作用。

這是一種極為奇妙的可能。

甲醯胺是宇宙中一種非常普遍的化合物,我們常常能夠在產星區內發現它的蹤跡。ESO


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