日本东北大学、北海道大学和美国航天局等机构研究人员组成的一个国际小组在新一期美国《国家科学院学报》上发表论文说,他们分析了在澳大利亚等地发现的3颗碳质陨石,从中检测出核糖和阿拉伯糖等糖分子。
此前科学界已在陨石中检测出多种有机物,包括一些氨基酸等可作为生命原料的物质。研究人员推测,核糖和这些物质有可能在地球出现生命前就降临地球,成为后来地球上生命起源过程的一部分。
从上个世纪60年代开始,人们就不断在陨石中发现DNA组件,但研究人员不敢确定这些成分到底来自太空还是源于地面的污染,” 美国航空航天局(NASA)戈达德空间飞行中心的迈克尔卡拉汉说, “现在我们首次掌握了三方面的证据,确信这些DNA组成成分确实是在太空合成的。” 这项发现已经被写成论文发表在了《美国科学院院报》上,卡拉汉是论文的第一作者。
此前有证据指出,小行星和彗星内部的化学物质可以构成基本的生物分子。戈达德空间飞行中心的科学家曾经在很多富含碳元素的陨石中发现氨基酸,“星尘号”任务中,他们发现 “Wild 2” 彗星样品也有含氨基酸。
氨基酸是构成蛋白质的原料。蛋白质作为生命活动的承担者,它的作用在一切生命现象中都有体现。例如:角蛋白参与构成头发,酶可以调节化学反应速率。
陨石中含有的碱基种类繁多,这些碱基都是构成DNA的基本成分。(Chris Smith | 美国宇航局戈达德太空飞行中心)
戈达德的小组对 12 份富碳陨石样品(其中9份发现于南极)进行了分析,在样品中发现了腺嘌呤、鸟嘌呤这两种构成DNA的碱基,以及黄嘌呤和次黄嘌呤。黄嘌呤和次黄嘌呤并不是组成 DNA 的成分,不过其它生理活动中有它们的一席之地。
在其中两块陨石里,研究小组首次发现了微量的嘌呤、2,6-二氨基嘌呤和6,8-二氨基嘌呤。这三种化合物都与碱基结构类似,但后两种并不参与生化反应。它们的核心结构与碱基分子相同,细处的结构略有出入。
陨石中的DNA组件确为太空合成,但并不是说“DNA成分来自太空”。
证据一:陨石上存在上述碱基类似物分子
“假如地面生命污染的理论成立,陨石上就不应该出现碱基类似物了。因为除了一种病毒(噬藻体S-2L)含有2,6-二氨基嘌呤之外,地球上的生命根本不使用这些碱基类似物,”卡拉汉说,“然而,如果小行星是一座粗制滥造生产生命原料的化工厂,它的产品就不只是生物体中出现的碱基,也该包括碱基的各种变体,因为每颗小行星都有多种多样的原料与反应条件。”
证据二:地球上没有上述碱基类似物分子
研究小组用与陨石相同的方法分析了一块8kg的南极冰层样品,研究中大多数陨石样品都是在这块冰面附近找到的。冰样品中两种碱基再加上黄嘌呤、次黄嘌呤的含量只有兆分之几,远远低于陨石中的十亿分之几。更重要的是,冰样品中没有检测到任何一种碱基类似物。
另外一块含碱基类似物的陨石样品来自澳大利亚,于是研究者们也从坠落地点附近提取了土壤样品。土壤样品中没有检测出任何一种陨石中含有的碱基类似物。
证据三:陨石中的碱基不是生化反应合成
研究小组发现,无论是否具有生理功能,陨石中的碱基都不是通过生化反应合成的。“实验室中同样一套碱基和碱基类似物的组合曾经由氰化氢、氨气和水通过非生化反应制得,小行星母体中也很可能发生了同样的机制,这就支持了化合物来自宇宙的观点,”卡拉汉说,“其实似乎存在一类‘宜居陨石’,就是我们所说的富碳陨石,上面的条件尤其适宜生产生命原料。”
因为这篇文章啥都写了,就是不写三块陨石的地质年代。我们总不能因为明天天下掉下来一块新鲜陨石,外面有一条青蛙腿就认定青蛙是外星生物吧。要知道生命进化需要极长的时间,地球经历了46亿年才出现了智人。我们不能简单地因为有几块陨石发现了一些有机物小分子就推测之前所有的陨石都可能含有这些有机物小分子。这在时间序上是行不通的。
他们甚至还在附录[1]中进行了自我撇清。
陨石来源
一块陨石是别人项目组的,两外两块是买来的。
非生物专业甚至部分只专注于生物学科本身的人都有一种迷思,那就是有了DNA或者某些生物小分子就可以拥有一切生命。这明显是不对的,把DNA或者氨基酸之类的东西发射到太阳上去,不论如何都不可能产生生命的。飞行途中就会被烧毁。首先我们要有一个适合生命生存的环境才可以。而且需要极长的时间才能从小分子形成生命的原始形态。
那么让我们从古生态学的角度,以地球水的起源来为例分析一下为什么这个发现其实没什么重要性,我们看过这篇文章就像皇帝批阅奏折那样写个知道了就可以了。
我之前写过一个回答探讨地球上水的起源,对的,也就是最简单的分子——一氧化二氢。
科学家目前为止尚未搞懂地球上水的起源,而水是公认的生命起源最重要环境成分。人们探索外太空首先要探讨的也是这个星球有没有水。比如前几天知乎火热探讨火星上出现昆虫的话题,这就有点开玩笑了。要知道昆虫并不能脱离环境够单独生存,昆虫需要呼吸,需要喝水,需要进食,甚至昆虫死后还需要有人打扫尸体。如果火星真的有昆虫,那我提到的这些一定也会有的,就像那个发现蟑螂的谚语一样,有一个就有一群。所以,我们很明显可以得出结论,火星昆虫并不存在。
科学家目前为止连水是从哪里来的都还没搞清楚,更不要提生命起源了。
年初的时候嫦娥四号登月,携带了18mL的水灌溉植物种子,这是因为月球表面没有液态水。
那么为什么这么多行星中唯独只有地球上有水呢?这些水是来自陨石撞击还是地球自发形成呢?
地球水环境经过亿万年的演化达成了一个稳定的动态平衡,并且为生物演化提供了稳定的物质基础,是生物生存必不可少的要素。水、阳光、空气对于生命来说是最重要的三件东西了。
地球上有这么多的水,甚至70%以上的地表都被海洋覆盖。地球上的水存在形式多种多样,有水蒸气、河流、地下水、海洋和冰川。它们为什么会出现在地球上呢?这牵扯到地质学、天文学、行星科学以及天文生物学等各种学科,各种不同角度的解读为我们提供了全面的视角,然而却没有人能告诉我们一个准确的答案。
学术界的观点可以非常简单地被分成两派:一派认为是地球自产,水来源于岩石内部;另外一派则认为是地球形成过程中外太空的行星和彗星带来的。
对锆石的一项研究发现,液态水早在地球形成后不久,距今44.04±0.08亿年前便已经存在[2]
科学家们认为,锆石在距今大约44亿年前开始出现,当时地球仅仅形成了1.5亿年。锆石抵抗外界腐蚀的能力非常之强。地质学家们常常利用它来测定古代地层的形成时间。
澳大利亚地球科学家Ted Ringwood发现了尖晶橄榄石,这种矿物质的1.5%是由水分子构成的。
尖晶橄榄石 也被称为Ringwoodite
发表在《science》上的最新分析[3]显示,410千米至660千米深处的地幔转换带富含液态水,660千米至800千米深处的下地幔上层可能也是如此。这是迄今在地球最深处发现的水,也是首次发现地幔转换带含水的直接证据。
地球分层示意图
然而这种自身起源论很难解释地球演化初期的温度变化,显微照片显示的历史阶段被认为地球表面温度可能高达230摄氏度,这样的环境可能并不会存在液态或者结晶水。
地球发生初期模样
天文学家认定地球与一个火星大小的行星相撞击,然后产生了月球,这个时期地球上的环境用我们现代的角度来看与地狱没什么差别。想说服人们相信这种条件下存在液态水是有相当难度的。
同时天文学家也表示了不同的看法,那就是水可能来源于其他星球。
证据显示,45亿年前,地球并没有现在这么大,体积只有当前的60%-90%,这就导致了地球吸附水蒸气的能力并没有当前这样高。加上当时没有大气层以及地表温度非常高,所以水分可能是补充于被地球吸附的陨石、彗星和小行星。地球在不停地生长和变大的过程中接受了很多外部行星撞击并且吸收了他们,而这些陨石和行星中含有大量的水。化学同位素分析也支持了他们的看法,我们知道氢的同位素是氘,而氘非常非常稳定。地球中海洋水体中氘氢比(D/H)是非常稳定的,数值是(1.5576±0.0005)×10^-4,可以表示为155ppm。
而陨石中的氘氢比与海水中的比率是十分相似的
球粒陨石
球粒陨石是在太阳系早期就存在的各种类型尘埃和小颗粒吸积形成原始小行星时形成的,是落在地球上的陨石中最常见的类型,估计占总坠落比例的85.7% 和86.2%之间。
而欧洲航天局利用质谱仪对彗星的分析显示这个数值很大,接近于海水的氘氢比的两倍。但是彗星中含有很多冰,而且有撞击地球的记录,是完全有可能为地球提供水分的。
哈雷彗星
而太阳云层氘氢比只有21ppm,这让科学家有了彗星和太阳星云同时被吸附到地球上的想法[4]。
太阳云层
然而这个假设的一个问题是地球大气层的稀有气体同位素比率与地幔的比率不同,这表明它们是由不同的来源形成的。这也使得水分外源论受到了挑战。最关键的是,阿波罗15号和17号任务收集的月球样品化学成分的测量进一步证明了月球和地球的水分可能是同源的,这表明在月球形成之前地球上已经存在水。
然后又有一群人认为两种方式都有,他们认为地球上的水有1%-2%来自外太空,其它的由地球本身提供。但是这个观点并不能说服全部人。
不过有一点是确定的,那就是太阳系中只有地球适合液态水存在
太阳系示意图 来源:wikipeia
距离太阳太近水分会被蒸发掉,而距离太远温度太低,水如果存在的话大概率也只能是固态形式存在。同时也要考虑到不同星球的引力情况。
而地球特殊的空间位置为水的存在提供了最有利的条件,也因此进化出生命形式。
外太空角度的地球 来源:nasa
我们应该认知到,地球上是先有了适合生命存在的环境才有了这些有机物小分子发挥的空间。
而不是有一个分子扔到随便一个地方都能在时间的长河里发育成智人。
探讨生命起源应该先搞清楚地球是什么时候搭建了适合生命生存的环境。传统意义上的生物地质演化也是遵循了这种思路[5]。
先有合适的环境才有生物产生、发育、进化的空间。
探讨生命起源需要更加深入的认知,这篇文章并不具备太大的意义。看完知道有这回事就可以了。等科学再进步一点我们才能知道这篇文章到底有啥用。