在地球形成前,太陽系已經有胺基酸了,這說明了一個重要的問題

2020-11-18 李論科學

我們知道生命的形成必須有一些複雜的化學過程,首先要將原子結合成大的有機分子長鏈,例如各種胺基酸,這些胺基酸再組成蛋白質,然後在經過一些未知的過程中就有了生命。

在地球上現在我們不僅能夠找到元素周期表中的所有元素,而且還能找到各種生命誕生必須的化學分子,那麼這些化學分子是地球上獨有的嗎?

其實並不是的,在茫茫的宇宙中不僅有我們已知的所有原子,而且在受輻射的氣體雲中我們也發現了非常多的有機分子或者是無機分子。

這些都是組成生命的積木,因此我們認為,如果生命誕生的過程就是完全遵循著物理、化學過程,那麼外星生命肯定在宇宙中非常普遍。

那麼宇宙中是如何誕生有機分子的?

首先我們要說下宇宙中的元素(物質)是怎麼來的?

宇宙中物質的形成其實就是宇宙誕生、演化的過程,在人們對宇宙誕生方式的理解中,我們首先就提出了宇宙基礎元素通過大爆炸核合成的方式。

我們知道在宇宙誕生之初,空間中本是空無一物只有真空能量。是真空能量導致了宇宙的指數膨脹,這個階段稱為宇宙暴漲階段,從10^-48秒持續到了10^-36秒。

雖然時間很短,但是暴漲階段結束以後以後的直徑已經跟銀河系相當了。在暴漲階段結束以後,真空能量就產生了物質粒子和反物質粒子,以及輻射粒子(光子)。這個過程稱為宇宙的在加熱階段。

但是宇宙產生的物質粒子要比反物物質粒子的數量多,因此它們在湮滅之後,宇宙就剩下了物質粒子和光子。

隨著宇宙的膨脹冷卻,當空間中的光子不足以將兩個物質粒子(質子和中子)電離的時候,宇宙就開始大爆炸後的核融合,類似於恆星中的核聚變。

但是宇宙膨脹的非常快,導致了溫度、密度下降的非常迅速,這樣就導致了大爆炸的核合成只融合出了很少的元素種類。

這時宇宙其實只過了4分鐘而已,核合成就停止了,最後給整個宇宙留下了(按原子數量)92%的氫,以及8%的氦,還有微不足道的鋰元素。

這些元素就是大爆炸給宇宙帶來的物質成分。但是我們今天的宇宙不止這些元素,那麼其他元素是怎麼來的?

接下來就是恆星內部的核聚變了。

根據估計宇宙中的第一顆恆星出現在宇宙誕生後的1.5億年以後,當時富含氫和氦的氣體雲足夠冷卻,足以在引力的作用下坍縮,形成密度更大的結構;

而物質的坍縮帶來的高溫和高密度就再次點燃了核聚變,於是就誕生了恆星。我們知道只質量足夠大的恆星內部(質量至少10倍以上),可以將氫一路聚變為鐵,這類恆星會在Ⅱ型超新星的爆發中死亡。

將一生形成的重元素拋灑到宇宙中,豐富宇宙的元素成分,而比鐵重的元素會在超新星爆發時的快中子捕獲過程中,一路從鐵往上疊加。誕生像鈾和鈽這樣的重元素。

所以說宇宙空間內經過恆星的誕生和死亡以後,就會變得充滿元素周期表中的各種元素。

那麼有機分子呢?

經歷了恆星時代,宇宙中的一些氣體雲中就充滿了很多種類的元素,這些元素其實並非在宇宙空間中會獨立的存在。

氣體雲往往會受到恆星紫外線的輻射,其中的原子在獲得能量以後就會發生化學反應,生成很多複雜的分子。

通過光譜學中分子的吸收線特徵我們已經在星際氣體雲中發現了這些分子。下圖只是一小部分。

現在已經有一個專門的學科在研究宇宙中的分子,稱為天體化學。

除了在氣體雲中發現了化學分子,而且我們在隕石中也發現了大量的組成生命必須的化學成分,並且這些化學成分與生命息息相關。

1969年這塊隕石墜落在了澳大利亞,科學家在其中檢測到的有機分子多達14000個。其中所包含的100多種胺基酸,生命必須的成分在它裡面都能找到。

現在知道為啥科學總是認為外星生命太普遍了。外太空要啥有啥,而且適宜生命生存的系外行星也非常多,要是生命真不是上帝的原因,那麼外星人肯定是存在的。

以前我們認為氣體雲中有機分子的形成,必須受到恆星紫外線的照射,或者是說必須要有能量。

但是最近的研究發現,外太空中的有機分子,尤其是對生命來說重要的胺基酸,如甘氨酸,不僅能夠在受輻射的星際氣體雲中形成,而且還能夠在暗雲中形成。

這裡所說的暗雲就是沒有紫外線照射,沒有任何能量的情況下,在這樣極端的環境下,宇宙中的氣體雲也可以自發地發生化學發現,形成生命所必須基石。

這個發現就說明了一個非常重要的問題。在太陽以及地球等一些行星形成之前,組成太陽系的黑暗氣體雲中其實已經有了大量的有機分子;

這些有機分子形成了行星、和小行星等一些天體。

也就是說早在星際氣體雲和塵埃轉化為恆星和行星之前,它們就已經構成了生命形式的基石。

科學家在彗星67P的彗發中發現了甘氨酸的存在,彗星是太陽系形成時期保存到現在最為原始的物質,這說明在太陽系形成的時候已經有了胺基酸。

而且科學家還是實驗室中模擬了外太空寒冷、黑暗的原始氣體雲,它們可以在這樣的極端環境下發生化學反應,形成胺基酸。

由此得出的重要結論是,被認為構成生命的分子早在恆星和行星開始形成之前就已經形成了。

最終,這些豐富的有機分子被包含在天體中,比如彗星,並被傳送到年輕的行星上,就像我們的地球和許多其他行星一樣。

這個發現可以說明,構成地球生命的物質並非是在地球上形成的,而是從一開始宇宙中就有,而且地球表面的這些有機物,無機物,當然包括水在內,大部分是彗星帶來的。

這說明地球上的生命其實就是起源於外太空,也可以說明,只要條件星球的條件何時,外太空有很多可以可以誕生生命的物質,都在準備形成成生命。

這個發現也更加驗證了生命起源的生源說,認為生命來自於太空播種,意思是彗星不僅為地球帶來了組成生命的物質,甚至就是彗星為地球帶來的微生物,如原始細胞、甚至是受精卵。

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