地球生命起源於陸地池塘？

撰文 |Kevin Loria

翻譯 | 施懌

編輯 | 吳非

查爾斯·達爾文曾提出生命起源的自然發生理論——組成生命體的前體化合物在「溫暖的小池塘」中聚集在一起，形成最早的生命。日前，一項最新研究為這一理論提供了依據，研究人員模擬了小行星如何將形成RNA分子必需的化合物帶進全球範圍內的熱池中。當然，地球生命起源的真正答案，還遠未揭曉……

從上萬米深的海底世界，到90攝氏度的熱泉口，生命幾乎佔領了地球的每一寸土地。我們在讚歎生命的絢麗時不由得會思考：這一切，最初是如何開始的？

著名生物學家查爾斯·達爾文（Charles Darwin）曾在一封寄給好友約瑟夫·李·胡克（Joseph Lee Hooker）的私人信件中提到，構成最早生命形式的大分子應該是從「溫暖的小池塘」中誕生的。在熱池特殊的環境條件下，各種前體化合物發生了一系列化學反應，這一過程創造出的生物大分子隨後發展成為我們所熟知的各類生命形態。

另一種主流理論認為，生命應當起源於炙熱的深海熱液口。在這裡，冰冷的海水被深海中活動的火山加熱，這為化學反應提供了充足的能量。

究竟哪個假說為我們指明了生命真正的起點？長久以來，科學家一直為此爭論不休。最近，第一種熱池理論取得了突破。

在一項近期發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）的研究中，研究人員通過建模提出，早期地球比現在頻繁得多的隕石撞擊，可能將鹼基帶至地球上的熱池中，這些鹼基可能參與了最早的RNA分子的組成。RNA不僅可以作為信息分子存儲信息，還可以作為一種生物催化劑促進其他大分子的合成，因此大多數科學家都認同RNA的誕生是真正意義上的「生命」誕生的第一個步驟。

科學家認為，為了確保生命的延續，組成生命的分子必須能夠合成新的分子。RNA既能作為信息載體又能作為催化劑的性質，決定了它不同於DNA——後者的複製過程必須有複雜的蛋白質分子來催化，而RNA可以依靠自身來產生新的RNA分子——這也是支持RNA首先出現的重要依據之一。

論文作者認為，他們的研究是首次通過這種複雜的手段，對生命的起源方式進行模擬，這一研究為熱池理論提供了依據。

「以前從來沒有人做過這樣的模擬，這非常令人激動，」論文的第一作者，加拿大麥克馬斯特大學的本·皮爾斯（Ben Pearce）這樣評價道。

當今地球上的一處熱池，位於加利福尼亞州拉森火山國家公園。地球早期生命搖籃的候選者之一，本文研究中提到的熱池，可能與圖中的熱池有些許相似。（圖片來源：B.K. D. Pearce）

生命起源的模型

皮爾斯和其他共同作者一同建立了一個模型，在這個模型中，地球還處於行星地質變化的早期階段。45億至37億年前，遍布全球的隕石撞擊事件可能給地球上的熱池帶來鹼基。

在乾旱的季節，這些熱池會縮小，使得其中的化學物質也濃縮在一起；而潮濕的季節里熱池面積會增大。研究者寫道，這樣的乾濕循環有助於解釋聚合作用，也就是化合物聚集在一起形成長鏈或更複雜的三維結構的過程。他們據此認為，熱液口形成早期生命的理論成立的可能性較低，因為熱液口的水域顯然比這些會定期縮小的熱池要大得多，不利於化合物的聚合。

但也是由於在乾濕循環過程中環境條件會發生快速變化，論文作者們認為RNA分子一定形成於隕石撞擊的幾年之內。否則，乾旱時期充足的陽光中的紫外線就會破壞這些分子。

論文作者認為這一過程發生在至少41.7億年前，比擁有確切證據的生命出現時間還要早幾億年。格陵蘭島的疊層石化石表明生命大約誕生於37億年前，而就在近期，另一項研究稱生命在距今約39.5億年前就存在了。

論文作者有許多理由認為他們的模型能夠幫助解釋生命起源的「自然發生」理論。他們的模型將小行星作為RNA前體分子的來源，這有助於解釋一些必需的化學反應可能如何發生，並且他們提出的時間線也與地球早期地質狀況相吻合。

「因為有太多不同的數據輸入，最終能得到一個一致的結論已經很令人驚訝了。模型的每一步都很自然地導向下一步，」這一研究的共同作者拉爾夫·普德里茲（Ralph Pudritz）在採訪中提到，「這一切最終都導向一個清晰的結果，我們的假說有可取的地方。」

仍待解決的問題

一個深海熱液，或者稱為「海底黑煙囪」。（圖片來源：OAR/NationalUndersea Research Program (NURP); NOAA）

但關於生命起源的問題還遠沒有找到答案。

「的確，這是一種可能性，但它距離成為唯一的答案還非常、非常、非常遙遠。」美國南加州大學的一位研究海底熱液的地球化學家簡·阿門德（Jan Amend）說。

阿門德認為乾濕循環並不是必需的，他還指出，隕石撞擊本身可能摧毀那些前體化合物，而且即使隕石也不大可能帶來生命起源所必需的全部材料。

其他更支持深海熱液理論的科學家認為，那是唯一一種能夠為形成生命的化學反應提供足夠能量的解釋。

即使如此，這項新研究讓熱池理論得以向前一步。「基於對行星形成過程和太陽系化學的了解，針對地球生命出現的過程，我們提出了一種合理的解釋。對於生命得以起源的環境特徵，我們已經給出了基本合理的物理和化學信息，」論文的共同作者，普朗克天文研究所的德米特里·謝苗諾夫（Dmitry Semenov）在新聞稿中說，「現在輪到做實驗的科學家來發現生命在這種特定的環境下究竟如何起源了。」

http://www.businessinsider.com/life-origin-abiogenesis-warm-pools-darwin-2017-10

《環球科學》年度專刊《多重宇宙專刊》現已上市！

現在購買，享8.8折優惠。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！

本站內容充實豐富，博大精深，小編精選每日熱門資訊，隨時更新，點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧！

請您繼續閱讀更多來自 環球科學 的精彩文章: