揭秘生命化學起源:地外行星或悄然進行生命演變

關於生命的定義有 100 多種,一些專家表示,生命需要細胞,部分專家聚焦於研究生命的某些特徵,例如:適應環境、能量使用和繁殖能力等。騾子,是驢和馬雜交的後代,它們同樣擁有細胞組織,會消耗能量,雖然它們不能繁殖後代,但它們也不是照樣活着嗎?

事實上,構成生命的事物很複雜,而當我們試圖找出其他星球上的生命是如何形成的時候,情況就變得更加複雜了。

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這意味着什麼呢?

達爾文進化論認為,世代繁衍生息的生物會對自己所在環境做出反應,最終產生新物種。以我們人類為例,我們是從遠古靈長類動物進化而來,而靈長類動物又從其他哺乳動物進化而來,如果追溯至久遠時期,你會發現人類的最早祖先是單細胞生物。

從遠古單細胞進化至完全成熟的現代人類,該過程與人類的基因密切相關,這也是美國宇航局所定義的生命化學部分。

生命能夠發生進化,是因為我們有相對穩定、代代相傳的遺傳密碼,它們隨着時間的推移發生微小變化。我們使用 DNA、RNA 和蛋白質的混合物來運行這個自維持化學系統,這意味着我們能夠做一些事情,例如:代謝食物、癒合傷口、繁殖後代——傳遞我們的 DNA。

其他星球上發現的生命會採用類似人類的遺傳物質嗎?還是會有一個完全不同的系統來實現繁殖和進化?

但是地球上的生命形式告訴我們如何在地外星球尋找能夠孕育生命的化學元素,碳、氮、氫、氧、硫和磷是構成生命分子的基本元素,它們可以構成 DNA、RNA、 脂肪和蛋白質的氨基酸。

除了它們對現今生命的重要性之外,這些元素令人難以置信的是,大約在 40 億年前,它們可能是生命最初誕生時的全部必要條件。早在 1953 年,化學家斯坦利·米勒和哈羅德·尤里就驗證了一個理論,即早期的地球和木星一樣,是一個富含氫的環境,期間發生了一些事情,使簡單的化合物發生反應,產生更複雜的化合物。

他們將氣體和水的混合物密封在一個相互連接的燒瓶系統中,然後他們對其進行加熱,用電流模擬閃電電擊它們,一周之後,他們在水中發現了氨基酸分子。這樣的氨基酸分子不能與生命發生直接聯繫,它們無法自繁殖和進化,但它們構成了蛋白質,所以這仍是邁向生命概念的重要一步。

科學家認為,類似的生命進化過程很有可能正在發生,或者已經發生在其他星球上。

科學家在落地面上的隕石中發現了氨基酸,近年來科學家一直致力於收集小行星和其他天體的表面樣本,以探索尋找生命化學的相關痕迹 。2013 年 ,NASA“ 好奇號”火星探測器在火星土壤中檢測到有機化合物,或許數十億年前,類似地球上發生的生命進化事件也在火星上發生過。

目前,“毅力號”火星探測器登陸火星表面,科學家們期望獲得更多令人驚喜的發現。該探測器上的儀器並不是用於檢測複雜分子結構,未來這些火星樣本將被帶回地球,由地面上更先進的設備進行全面分析。

對於那些人類無法用探測器勘測或者採集樣本的遙遠行星,科學家們正在利用光來嘗試發現它們大氣層中可能存在的化學物質,並以此為基礎來預測是否可能存在生命。

他們的工作原理是這樣的:當一顆行星運行至恆星前方時,恆星釋放的一小束光穿過該行星大氣層,大氣中的化學物質決定了哪些波長被吸收,哪些不被吸收。通過使用強大的望遠鏡測量恆星光線的變化,研究人員可以預測該行星存在哪些化學物質。

2020 年秋天,科學家利用該方法在金星大氣層中發現磷化氫,此類發現很難複製,並且部分科學家對該發現仍存有爭議,科學家發布金星大氣層存在磷化氫的消息時,一些科學家非常興奮欣喜,因為地球上的磷化氫通常是由活細菌產生的。

或許科學家發現的金星大氣層中的磷化氫是由某種金星細菌產生的,也可能來自完全無關的無生命物質。金星不可能存在生命的另一個原因是金星非常乾燥,在地球上,沒有水,維持生命的化學過程就不會發生。

尼古拉斯·哈德博士在接受記者採訪時稱,他正在研究分子和環境,他認為地球早期就已存在分子,分子和環境的深入分析有助於理解分子如何結合在一起,以及如何發生繁衍進化。他還指出,以化學家斯坦利·米勒和哈羅德·尤里的方式產生的分子可以在水中自組裝,形成類似 RNA 的結構。

因此,科學家認為有水的行星最有可能支持生命是有道理的,一顆行星表面有流動的水,它需要與主恆星保持適當的距離。如果一顆行星距離它太近,它的溫度就會升高,導致任何水分蒸發,如果它距離恆星太遠,就會太冷,以至於任何水都會結冰。

行星與主恆星保持一定距離、且行星表面存在流動水,該行星所處範圍被稱為宜居帶,它與恆星距離不太近,也不太遠。

地球是太陽系中唯一的宜居帶行星,但一些衛星和類似冥王星的矮行星在冰凍表面之下也存在海洋,可使微生物和魚類生物存活。所以地球生命也許不是太陽系唯一的生命種群,即使我們是唯一的太陽系生命種群,我們也不必過於悲觀,自 1992 年以來,科學家已發現 4000 多顆系外行星,它們都是太陽系之外的行星,其中包含着類地行星,或許未來會發現潛在的生命形式。

在我們有生之年的認知範圍內,系外行星的發現對我們關於宇宙其他區域存在生命的可能性產生巨大影響,我們現在知道地球之外存在着成千上萬顆地外行星,其中一些可能適合生命存在。

哈德博士表示,探索發現其他恆星宜居帶內類地行星,可能是我們探測地外生命的最佳時機,至少現在是這樣的,我相信未來我們能在這樣的行星上發現某種神秘生命。

隨着時間的推移,我們只會對生命起源所必需的化學物質產生更多認知了解,我們探索和關注最有可能與生命相關的化學物種的能力將不斷提高。哈德說:“我不知道是否在有生之年能發現地外生命,但我非常有信心,人類最終將擁有先進的科技力量,未來我們可能會在銀河系某顆星球上發現生命!”