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一般涉及到「最初的生命」,就需要追尋到地球生命的起源。我們來簡單看下地球生命是如何誕生的。
地球早期環境
在40多億年前,在太陽位置附近有一個跨度為2光年的分子雲。
這些分子雲在引力坍塌的作用下,逐漸匯聚成太陽,而其他的碎片形成了地球內其他星球,地球也是其中之一。
地球形成早期時,是一個巨大的熔融狀態球體,溫度非常高,使得地球內部的水蒸氣汽化跑到了大氣層中,之所以沒有跑太遠,是因為地球引力束縛著它們。
後來,地球逐漸冷卻,這時大量水蒸氣又液化成雨,落在地球上,這場雨就這樣持續了將近百萬年甚至千萬年。
這就是水資源自源說的核心內容。
除了水資源自源說外,還有科學家提出了外源說,既:小行星的撞擊以及彗星的撞擊,為地球帶來了大量水資源。
目前主流學說認為地球水資源是自源說和外源說共同作用的結果。
這些水資源朝著地球低洼處匯聚,逐漸形成了海洋。此時地球上還一片寂靜,沒有任何生命誕生,但此時這些環境為生命的誕生提供了可能。
米勒燒瓶實驗
米勒根據早期地球環境做過一場實驗,他模擬地球早期地球環境,在燒瓶中加入早期地球大氣成分,以及用電擊模擬地球早期雷雨天氣,查看能否合成有機物,尤其是胺基酸,因為胺基酸是組成生命必不可少的物質。
實驗沒多久,米勒就從這些反應後的成分中找到了20多種有機物,其中有大多數是組成生命的基本物質——胺基酸。
後來,這個實驗被人們質疑,這些質疑者提出地球早期大氣成分並不是米勒實驗裡用到的大氣成分,於是他們用新的大氣成分來進行米勒實驗時,結果,他們驚訝的發現,調整後的實驗沉澱物裡,依然找到了胺基酸,米勒實驗經受住了考驗。
米勒實驗的成功讓我們有理由相信地球早期環境裡,可以生成大量胺基酸,畢竟地球環境比米勒的燒瓶大得太多,而地球的歷史也比米勒燒瓶實驗的時間長了很多。
可是,有了胺基酸並不等於有了生命,這就像是有了木材並不等於有了房子一樣。於是科學家們開始尋找「從胺基酸到生命」的過程。
海底熱泉口假說
米勒實驗證明了有機物可以從無機物中誕生,但生命到底是怎麼來的,謎題還沒有揭開,但是科學家很快找到了方向。
首先,我們知道地球早期大氣中沒有氧氣,因此無法形成臭氧層,紫外線可以通過地球大氣穿透到地球表面。
紫外線是高能粒子,一定劑量的紫外線可以打碎生命的DNA,導致生命無法長久地在地球表面生活。然而,海水可以阻隔一部分紫外線,足夠深的海水可以充當生命的搖籃。
但你可能要問了,海洋這麼大,生命是怎麼在海水中誕生的呢?
20世紀70年代,科學家在海底考察時發現,在海底熱泉口附近溫度非常高,大概有300-400攝氏度,而且伴隨著強酸、強鹼等,原本這裡的環境不適宜生物生存,但科學家在海底熱泉口發現了大量的奇異生物,包括體型巨大的海蟹,管蟲,以及牡蠣,貽貝等。
科學家研究後發現,海底熱泉口附近的海水,並不是以「固態、液態、氣態」的形式存在,而是超臨界流體狀態。
而且,由於海底熱泉口持續不斷地從地幔層噴發各種物質,這些物質蓬鬆且多孔,可以作為地球早期生命的天然屏障,充當了細胞膜的作用。
再者,海底熱泉口持續噴發能量,導致海底熱泉口附近的濃度差非常大,早期生命可以利用ATP合成酶,將這些濃度差轉化為能量,供生命生存。
科學家又提出了RNA世界假說,認為是RNA充當著生命的遺傳物質。
這是因為DNA作為遺傳物質雖然更穩定,但要求與蛋白質要同一時期存在,其實這就是先有雞還是先有蛋的問題。而在地球歷史上,這兩者幾乎不可能同時發生。
RNA則不同,RNA作為遺傳物質雖然複製時出錯的概率更高,但RNA自身就充當了遺傳物質與蛋白質的作用,也就是說,RNA既充當了雞的角色,又充當了蛋。因此早期生命很有可能是利用RNA作為遺傳物質。
就這樣,地球早期的生命就在海底熱泉口附近誕生了,但是這裡誕生的生命非常粗糙,沒有細胞膜,沒有線粒體,生命的活動方式也非常簡單,只能固定在海底熱泉口附近的小孔內生存。
但正是它們的出現,才有了後來地球的繁榮複雜生命。