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生命是否来自火星?

布兰顿·卡特博士
宇宙和理论实验室 法国 巴黎天文台

我们所知的生命始于何时何地?
它是从地球起源的吗?
还是来自火星?

几个世纪以前,大多数人认为人类和其他物种自地球诞生以来就一直存在。人们认为地球本质上是整个物质世界的一部分,地球的诞生被描述为一个相当突然的事件,正如今天大多数科学家相信的大爆炸那样。创世故事中有关于一次性创世时刻的故事,比如《创世纪》里讲的故事,比如《圣经》第一卷所描述的那样,世界上其他的文化中也有类似的故事。

尽管一些天文学家确实想到了浩瀚的太空,但它的研究直到伽利略(1564-1642)制造了有史以来第一个望远镜之后才真正开始。他的发现表明,宇宙中还有许多其他的世界——其中一些可能像我们的星球一样有人类居住。宇宙的浩瀚——以及它形成的证据一定发生在我们人类出现很久之前——直到很久以后,也就是众所周知的启蒙运动时代才开始被普遍认识。18世纪有很多发明,比如氢气球,尤其是蒸汽机。这些发明引发了19世纪的技术革命和工业革命。在那个创新的时代,通过对浅海沉积岩的研究,地质学家们认识到,这样的过程肯定不只持续了几千年甚至几百万年,而是很多亿年——我们现在称之为很多“十亿年”。

现代人类似乎在5万年前就从非洲来到了世界上的其他地方,但现代考古学已经相当清楚地表明,大约在6000年前,早期人类社会开始发展我们所说的“文明”——通过各种商品的交换而形成的经济体系。在任何文明中,一个非常重要的因素不仅是商品的交换,而且是信息的交换。但是这些信息是如何储存和传播的呢?需要适当的记录机械装置。

当然,相对近期的文明的发展依赖于所谓智慧生命的出现:具有足够的自我意识,能在镜子中认出自己的生物。在我们的星球上有几个已知的例子:大象和海豚,还有类人猿——包括黑猩猩和其他类人猿,尼安德特人,以及像我们这样的现代人。到目前为止,在宇宙的其他地方还没有发现有智慧生命的迹象。

现在现代地球物理学家认为,地球和我们的太阳系是在大约45亿到46亿年之前形成的,当时宇宙刚刚满90亿岁——宇宙现在大约有140亿岁了。

在石头上刻痕

在纸和墨水发明之前,人类最早用来记录信息的方法之一是在泥板上刻痕——这是现代计算机存储芯片的远祖。分享和收集知识,尤其是我们现在称之为科学的知识,本身就成为了一个目标。

1000000000年

=

10亿年

地球上的这些智慧生命形式是如何形成的?

化石遗迹表明,现代动植物可能起源于早期地球上的其他生命形式,但人们无法理解,如果没有事先设计,各种物种如何能如此适应。直到查尔斯·达尔文(Charles Darwin)在1895年出版的《物种起源》一书中解释了他称之为自然选择的适应原理之后,持续进化的观点才被普遍接受。然而,直到最近(20世纪50年代末),我们发现了DNA结构,才有可能更加了解它实际的工作原理。

迄今为止,化石记录支持这种建立在DNA基础之上的现代进化过程。糟糕的是,这一记录的历史并不是很久远,甚至还不到10亿年,而这只是地球年龄的一小部分。

早在寒武纪之前,简单的生命形式就已经形成了。这是大约5300万年前的一个时期,是古生代的第一个时期。我们可以相当清楚地看到,在过去5亿年里,从早期生命形式进化而来的智慧生命形式是如何形成的(尽管没有明确的原因)。但是,关于寒武纪以前的生命形式是如何进化的,在一开始就没有适当的记录。

有一个问题是,直到寒武纪时期,很容易变成化石的大型骨动物才出现。它们最大的祖先被认为是软体动物(像现代的水母);更早以前,唯一的生命形式似乎是单细胞微生物。这些都未曾留下清晰的化石记录。

再往前追溯,很明显,进化一定是非常缓慢的,而且很难实现。即使环境适宜的行星在宇宙中相当普遍,但是在任何一颗行星上发生高级生命进化的几率也不会太高。这意味着进化只会在很小的一部分行星上发生。我们所处的这个星球肯定是罕见的例外之一,而且它仍然很容易出错。天体物理学家进行了一项计算,被称为“日龄巧合”。这表明,在地球进化形成智慧生命的过程里,为太阳提供能量的大部分氢燃料储备已经耗尽。

那么,在现有的时间内,哪一个基本的进化步骤是最难实现的呢?

如果我们的进化再稍微慢一点,那么在太阳烧尽之前,我们永远都不会存在于此!

地球上困难的一步可能是真核生物的形成——细胞内有一个复杂的细胞核和核糖体结构。真核生物包括像我们这样的大型多细胞动物,以及像变形虫这样的单细胞物种。化石记录显示,地球上最早的真核生物出现在距今约20亿年前的元古宙初期,当时地球的年龄只有现在的一半左右。现在认为,在这个时期之前,更原始的原核生命形式广泛存在,如细菌(细胞太小而不能容纳细胞核)。这就是我们所知道的太古宙时期,它开始于地球年龄不到十亿岁之前。

有证据表明这种原始生命存在于太古宙形成之初——所以我们现在面临着一个难题,因为这意味着生命真正起源的整个过程一定发生在前一个时代。太古宙文明之前的时代被称为冥古宙——地球历史上最早的时代。

为什么这是一个难题?好吧,冥古宙的时间确实够长了——差不多有十亿年——但是在那个时候地球上的条件简直就是地狱,就像它的名字所暗示的那样(“冥府”指古希腊的地狱)。当时,太阳系形成过程中遗留下来的碎片撞击月球,在月球上形成了环形山。而地球,由于其更大的质量和引力,在那个时候会遭受更严重的撞击。这种撞击会导致我们的地球环境频繁地重新升温。刚开始形成的生命形式很难避免被扼杀在萌芽状态的命运。

然而,火星的质量相对来说更小,而且离太阳更远,所以最近有人提出,火星遭受的撞击可能比地球遭受的撞击更快地平复下来。大块的碎片也可能经常从火星上被撞击下来,随后在某种情况下被地球扫走。这意味着生命可能起源于火星——在生命存在于地球之前。

通过电子显微镜对从火星到达地球的陨石(火星陨石ALH 84001)进行分析,发现其结构类似微生物化石。这证明了生物化石可能是从火星到达地球的。但这仍然不能够解释当时在这里出现的生命,除非是鲜活的生命体——而不仅仅是化石——有机体能够在流星雨带来的必然迁徙中幸存下来。这是一个目前尚在热烈讨论的问题。

一个更有趣的问题是,那时火星上的环境是否真的适合原始生命的存在。

现在火星上的环境条件显然是不利于生命存在的,至少在火星表面上是如此——一片寒冷干燥的沙漠,除了少量的二氧化碳外几乎没有任何大气。然而,登陆火星的探测器已经证实,在火星两极有相当数量的冷冻水。此外,还有许多可观察到的特征,如河流侵蚀或海岸海浪的冲刷。这意味着,火星在过去的某个阶段,一定存在大量的液态水——这正是我们的生命起源所需要的东西。早期,水可能形成了海洋。最初它可能有几千米(或几英尺)深,它的中心在现在的火星北极附近。

所以生命可能起源于这片海洋的边缘,这指明了追溯火星历史的道路。

反对

这一理论存在一些异议。一说是大气中不含氧。然而,地球上的原始生命形式被认为是能够在大气中生存的,大气中也非常缺乏氧气,所以这可能并不是至关重要的原因。

另一个反对意见是,对于已知的陆地生命形式来说,古代火星海洋的含盐量过高。但也许火星生命最初就适应了非常咸的环境,又或者是在淡水湖中发展起来的呢?

因此,生命很可能是从火星起源的——在那里一个巨大的海洋边缘——然后搭乘一颗流星来到地球。因此,我们的终极祖先实际上可能是火星人!

伽利略(1564-1642)

伽利略是意大利数学家、物理学家和天文学家。他出生于意大利比萨附近,但是他的家庭来自佛罗伦萨。他起初学医,后来转到数学和哲学。当他18岁的时候,他注意到比萨大教堂的一个枝形吊灯在摆动,而且无论摆多远,每一次摆动的时间都是一样的。这使他能够改进时钟的摆锤。有一个故事讲的是他如何从比萨斜塔上扔石头,然后发现不管石头的大小和重量如何,它们的速度(直线下落的速度)都是一样的。伽利略发明了一种早期的温度计。他还改进了荷兰的一项发明,发明了一种能把物体放大32倍的望远镜。在此基础上,他进行了许多重要的天文观测并取得许多重大发现。

詹姆斯·沃森(1928—)和弗朗西斯·克里克(1916-2004)

美国科学家詹姆斯·沃森和英国科学家弗朗西斯·克里克是在剑桥卡文迪许实验室共事的生物学家。他们对DNA很感兴趣,这是一种包含遗传信息的物质,在活的有机体的细胞中传递。他们利用莫里斯·威尔金斯和罗莎琳德·富兰克林的研究成果,发现了DNA的双螺旋结构。沃森、克里克和威尔金斯在1962年一起获得了诺贝尔生理学或医学奖。遗憾的是,尽管罗莎琳德·富兰克林在DNA方面的工作至关重要,但由于她在1958年去世了,因此没有获得诺贝尔奖。 e8iWowv32jSpVYWFCg7i+KCEFED0bFW7NQTcNEwXINcdHPD8Tub2sE/OwmcYlQBe

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