地球生命起源之谜

为什么要探索生命的起源？

地球上的生命起源是科学界最大的谜团之一。尽管科学家提出了各种各样的可能答案，但这些都没有得到证实。

这个谜题之所以如此困难，原因之一是，生命诞生在很久很久以前，那时，这颗星球的地表条件可能与现在截然不同，这使得我们现在的任何推测都存在不确定性。

或许有人会问：我们为什么要为如此困难的问题烦恼？

事实上，这不仅是关乎好奇心的问题，也是关乎人类身份认知的问题。当我们思考这些问题时，实际上是在了解我们自己。人类无法仅满足于简单的衣食住行，我们还想要知道我们是谁、从哪来、要到哪去，我们在宇宙中是否孤独，以及生命在宇宙中是极其罕见还是普遍存在等问题。

地球生命是从何时开始的？

大约45亿年前，当地球形成时，它还是一个贫瘠的岩石球，频繁遭受陨石的撞击，并布满了喷发的火山。科学家认为，大约在43亿年前，地球可能就已经发展出了适合生命生存的条件。然而，已知最古老的化石只有37亿年的历史。在这6亿年的空白期里，生命可能反复出现过，只是被小行星和彗星等灾难性碰撞抹灭了。

这些早期事件的细节并没有在最古老的地球岩石中很好地保存下来。一些线索来自最古老的锆石，这是在岩浆中形成的矿物。科学家在41亿年前的一个锆石样本中，发现了碳的一种形式的痕迹。尽管已知碳是生物体内的一种重要元素，但我们并没有足够的证据证明，生命在那时就已经存在。

地球生命的成分是什么?

除了确定生命起源的确切时间，地球生命的“配方”也同样令人着迷。假如我们要创造一个简单的、自持的、自复制的机器，零件清单里应该包括些什么呢？

大自然在30多亿年前开启了这一过程，造就了我们今天所看到的多样繁杂的生命。但如果凑近了仔细观察，你会发现，每种生物都是由相同的基本成分构成的，它们是由碳、氢、氧、氮、磷等重要元素，构成的蛋白质、脂肪、糖和核酸。这四种成分，加上其他一些物质，如维生素和矿物质，是地球上生命的基础。

当然，这就引出了一个问题：在没有任何生物制造它们的情况下，这些分子是如何形成的？

这是另一个一直困扰着科学家的谜题，它甚至还催生了一个新的科学领域，名为“前生命化学”或“非生物化学”。这一领域研究的是生命起源之前的化学，它不仅试图制造出可以用来组装第一批生物的成分，而且还试图解释第一批生物的自组装。

地球生命是从何处开始的？

目前，较为主流的观点有，生命可能起源于陆地和海洋的火山活跃的热液环境中。

我们知道，一些微生物可以在滚烫、高酸性的温泉环境中茂盛繁殖。在如今在冰岛、挪威和美国黄石国家公园，都能看到这样的温泉。

在深海的热液喷口也是如此。这些烟囱状的喷口形成于海水与海底岩浆接触的地方，产生了过热的热流柱。一些科学家通过观察生活在这些热流柱附近的微生物，认为这些地点是可能地球上第一批生命形式的发源地。

在西南太平洋劳海盆的火山的热液喷口涌出的富含矿物质的水。生活在这些热流柱附近的微生物使得一些科学家认为，这样的地方可能是地球上第一批生命形式的发源地。（图/U.S. Geological Survey/Schmidt Ocean Institute Virtual Vents）

有机分子也可能在一些特定类型的黏土矿物中形成，这些黏土矿物为保护和保存有机分子提供了有利条件。这样的事件可能发生在地球的早期历史，也可能发生在彗星和小行星的碰撞中。这意味着同样的过程也可能发生在宇宙的其他星球上，播撒下了生命的种子。

生命起源有哪些主要理论？

关于生命是如何在地球上出现的，存在几种理论。这包括：

生命从原始的汤中诞生

1953年，斯坦利·米勒（Stanley Miller）与诺贝尔化学奖得主哈罗德·尤里（Harold Urey）进行过一个著名的实验，他们的实验结果探索了生命形成于原始汤的想法。

米勒和尤里将氨、甲烷和水蒸气注入一个封闭的玻璃容器中，以模拟当时被认为是地球早期大气的环境。然后，他们向容器中接通电火花，以模拟闪电。他们发现，这很快就导致了氨基酸，也就是蛋白质的组成部分的形成。米勒和尤里意识到，这个过程可能为产生生命所需的分子铺平了道路。

科学家们现在认为，地球早期大气的化学组成与米勒和尤里所认为的并不完全相同。

由彗星或流星播下的种子

有科学家认为，生命的一些重要分子可能是在地球之外产生的。他们认为这些成分来自陨石或彗星。有研究表明，当许多陨石在太阳系早期形成时，复杂的有机化合物很容易在那样的条件下产生。那些陨石可以将分子种子运送到地球。1969年，坠落在澳大利亚的默奇森陨石就含有数十种不同的氨基酸，而氨基酸正是构成生命的基本要素。

此外，2001年的一项实验表明，彗星也可能为一些分子提供了通往地球的顺风车。一项研究通过证明氨基酸可以在彗星与地球的剧烈碰撞中存活下来，支持了生命原料来自太空的观点。

2019年一项研究称，在南非巴伯顿的有着33亿年历史的沉积物中，发现了地外有机物。研究人员认为，微陨星可能是这些物质的来源。今年年初，科学家通过分析由日本隼鸟2号从小行星“龙宫”带回地球的样本，发现了已超过20种不同类型的氨基酸。

生命起源研究的未来

现在，只要具备足够的专业知识和实验条件，我们就几乎可以在实验室里的模拟前生命环境下合成任何有机分子。然而，现代细胞的分子成分虽然可以在实验室中形成，但这并不能告诉我们，哪些是生命起源的必要成分，以及它们是否存在于前生命时代。

尽管在化学、分子生物学、地球科学、行星科学、天文学和地外生命搜寻方面，科学家已经取得了长足的进展。但对于生命起源前的化学物质如何在原始地球上组装成稳定的、自复制的细胞的全面理解，目前仍然难以做到。因此，关于生命的起源之谜，仍存在大量不确定性。

但随着这些领域的前沿科学的迅速发展，我们将不断迎来各种令人兴奋和惊讶的发现。

#创作团队：

编译：糖兽

#参考来源：

https://news.uchicago.edu/explainer/origin-life-earth-explained

https://phys.org/news/2022-09-life-micaceous-clay.html

https://www.templeton.org/discoveries/origins-of-life

#图片来源：

封面图：&首图：GooKingSword / Pixabay