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生命的起源地在哪里

随着深海研究的不断深入,科学家在海底见不到阳光的黑暗地带,发现了富含矿物质( 尤其是硫化物 )的热流,它们像间歇泉( 热泉 )一般从海底喷口涌出来,形成了所谓“黑烟囱”,附近充满了大量的微生物。

热液生物群中的管状蠕虫

后来,科学家又在其他极端环境中( 比如由矿山废料堆积而产生的酸性溪流中、火山带上方沸腾的小池塘里、极地冰封的岩层缝隙间 ),发现了大量茁壮成长的微生物。

科学家推测,既然生命能在这些极端环境中如此生机勃勃,难道不会起源于这些环境之中吗?

科学史显示,许多重大的突破性科学进展都始于科学家们这种“大胆的假设”,如同魏格纳的大陆漂移假说发展成板块构造理论一样。

据NASA科学家推测,如果生命只能起源于米勒和尤里设计的场合与条件下,那么一开始只有在地球上的某些浅层水域,生命才有可能孕育并繁衍;如果生命能够出现在上面所说的极端环境里,那么地球以外的其他天体也应成为探索的目标。

此外,他们也在实验室里模拟类似深海热泉或“黑烟囱”那样的高温高压环境,并成功地合成出一套生物大分子。由此显示出,即便缺乏太阳能,在浅层地壳或深海火山带那种“高压锅”的条件下,富含氮、碳、硫等元素的火山气体也不难与周围的海水或普通岩石产生化学反应,形成几乎所有组成生命的要素,其结果与米勒-尤里实验殊途同归。

热液生物群的发现,改变了人们对生命起源的认识。

近些年来,NASA的航天器从火星发回的照片显示,火星上有存在过水流的迹象,这些发现使地外生命起源假说的呼声变得越来越高,并使 天体生物学 这一学科受到越来越多的关注。

术语

天体生物学是天文学与生物学结合而产生的一门学科,它主要研究天体上生物存在的条件,探测天体上是否有生物存在,并研究这种生物的形态和特性。

虽然人类的探测器已登陆火星,但暂时还未能成功地采集岩石样品带回地球进行实验分析,因而对于火星上是否存在过生命还难以下结论。不过,天体生物学的探索无疑为研究生命起源开辟了一个崭新的途径。

另一方面,分子生物学家提出了“RNA世界”的假说,认为地球上最早出现的是RNA,而后才出现DNA和蛋白质。

因而,他们认为,要追溯生命起源,需要从RNA世界开始。通过有关病毒和流行病的新闻报道,我们对RNA一词耳熟能详。但RNA究竟是什么呢?

RNA存在于所有的生物细胞中,主要担负信使的作用,传递DNA中控制合成蛋白质的指令。但是,在有些病毒中,是RNA储存遗传信息,而不是DNA;因此,这类病毒又称作RNA病毒。

RNA是一种特殊的聚合物,它是长长的单链分子,由多个核苷酸组成,而DNA则是双链分子并能形成双螺旋结构。RNA很像DNA,具有自我复制的功能。

RNA、DNA与蛋白质三者中,究竟哪一个最先出现,科学家们争论了好几十年。DNA能够储存遗传信息并传给下一代,但是它需要在RNA与蛋白质的协助下才能发挥作用;蛋白质能够帮助细胞成活,却不能传递遗传信息。因此,只有RNA兼具传递遗传信息和执行细胞生化功能的双重角色。

据分子生物学家推测,最早出现在地球上的自我复制与演化的实体,可能就是RNA。由于这是一些具有催化特定生物化学反应功能的RNA分子,类似蛋白质中的 ,故又称作酶RNA或核酸类酶RNA。换句话说,这类具有催化活性的RNA,有点儿像类病毒。

术语

酶是活细胞产生的有机物,其中绝大多数为蛋白质,少数是RNA。在生命的新陈代谢过程中,酶担负着催化功能。

什么是类病毒呢?类病毒是一种具有传染性的单链RNA病原体,比病毒更小、更简单,并且没有病毒那样的蛋白质外壳。不过,它们已经满足了生命的几项标准,比如变异、演化与“繁殖”( 需借助细胞结构 )。

尽管类病毒还缺乏蛋白质编码功能,但是在演化出基因编码和蛋白质酶之前,生命起源于非编码RNA依然是可能的。

非编码RNA中的一部分,很可能是已经逝去的RNA世界遗留下来的“活化石”;即便是在今天,非编码RNA在我们DNA生命世界中仍然举足轻重,至今影响着生物体的基因表达。

有意思的是,早在1986年,DNA双螺旋结构的发现者之一克里克就指出,倘若整个世界是由RNA构成的,他也一点儿不会感到吃惊。

正因为如此,从一定意义上说,生命可能起源于病毒!

更有意思的是,曾有科学家做过一个“简化”病毒元件的有趣实验。他用含有RNA复制所必需的成分的培养液来培养病毒RNA,通过减小病毒的大小、降低其复制速度、丢失其遗传信息等,相当于对病毒进行进化的逆转。实验结果显示了病毒可能是生命演化的主要驱动力。

这位科学家的名字叫施皮格尔曼,他的实验产物被科学家同行戏称为“施皮格尔曼怪物”。他认为,倘若地球遇上前所未有的生物大灭绝,病毒及微生物将可能是我们星球上最成功的幸存者。也许大灾大难之后,地球上的生物多样性可以通过它们得以重启和恢复。

走近科学巨匠

索尔·施皮格尔曼(Sol Spiegelman)是美国分子生物学家,他开发了核酸杂交技术,为重组DNA技术奠定了基础。

病毒的适应能力真是匪夷所思。由于病毒在演化过程中能够高频率地发生基因突变,经常丢失或获得基因,甚至能与另一种病毒进行基因重组,因而它们成为生命起源和演化不可或缺的强力推手。

此外,还有科学家推测,上面说到的“RNA世界”在火星上比在地球上更容易出现。这无疑为地外生命起源假说注入了活力。

近年来,科学家哈森(Robert Hazen)提出“矿物与生命协同演化”理论,又为生命起源提供了一个全新的视角。

哈森认为,最早的RNA链在岩质的矿物表面受到了保护,并得以迅速复制。而最早的原始微生物,既不能自行制造食物,也没有其他生命为食,只能以岩石的化学能维生。深海热泉附近的微生物以热液里的矿物质维生,也是同样的道理。

化学家还发现,黄铁矿及铁镍硫化物具有特殊的性质,很可能有助于甲烷一类的简单有机化合物合成最早的生物大分子,如糖类与脂质,使其借助金属表面形成更大更复杂的有机物。此外, 粘土矿物 可能是构建RNA和DNA的“模板”,原始地球表面广泛分布着粘土矿物。

术语

粘土矿物主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。粘土矿物在海洋环境中分布广泛,可用于古气候、古环境、地层对比和成岩成矿条件的研究。

这些都支持“矿物与生命协同演化”理论。从这一角度来看,“孙猴子是从石头缝里蹦出来的”这一说法可能并非“空穴来风”呢! s9KAfcYOoWOBdnQR0h5eg/VKhsO6lqBINPrHQqbpQ7PSKWnHASE3+6vfRS25wf7Z

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