宇宙生命或許起源於無機分子

2020-11-23 生物谷

    生物谷綜合:眾所周知,地球上已發現的生命都是有機的,那麼,宇宙中所有的生命都是有機的嗎?現在誰也無法回答。不過,一個國際科學家小組的最新研究表明,星際塵埃中的無機物質有可能形成一種類似生命基礎的螺旋結構。這一發現暗示著地球之外的生命或許並不需要有機分子作為基本材料,同時也為地球上生命起源提出了一種新的可能的解釋。相關論文發表在8月9日的《新物理學雜誌》(

New  Journal  of  Physics

)上。 

   這聽起來確實有些天方夜譚。不過,俄羅斯科學院普通物理研究所(General  Physics  Institute)的V.N.  Tsytovich和德國馬普地外物理研究所(Max-Planck  Institute  for  Extraterrestrial  Physics)以及澳大利亞雪梨大學的科學家通過研究等離子體中的複雜的無機原料混合物發現,只要有合適的條件,無機粒子能夠變成有組織的螺旋結構。而且,這些螺旋結構之間會以與有機物質和生命相關聯的方式發生相互作用。 

   到目前為止,物理學家認為,等離子體中的粒子之間幾乎沒有組織性可言。不過,Tsytovich和同事利用分子動力學計算機模型證明,隨著電荷逐漸分離和等離子體變得極化,上述的自組裝過程是有可能發生的。研究人員認為,這些由固體粒子所形成的螺旋結構自身都帶有電荷,因而彼此間會相互吸引。 

   更不可思議的是,研究人員表示,這些螺旋結構還會經歷一些通常與生物分子(如DNA和蛋白質)相關的變化。比如,這些螺旋結構會斷開、分叉,進而形成兩個原始結構的副本。此外,這些螺旋結構間的相互作用還會促使它們中的不穩定結構分解,進化成更多的穩定結構留存於等離子體中。 

   Tsytovich說,「這些複雜的等離子體結構所表現出的自治、複製和進化的性質,使它們滿足了一種無機生命候選物質的所有必需條件。」 

    研究人員表示,形成螺旋結構等離子體條件在外太空廣泛存在。即使是在地球上,雷擊也會產生等離子體。因此,有可能原始地球上最先出現的是無機生命形式,而有機分子以它們作為模板,演化成為今天的樣子。(科學網  任霄鵬/編譯)

原始出處:

New  Journal  of  Physics

Collision-dominated dust sheaths and voids - observations in micro-gravity experiments and numerical investigation of the force balance relations

V N Tsytovich et al 2003 New J. Phys. 5 66   doi:10.1088/1367-2630/5/1/366

V N Tsytovich1, G Morfill2, U Konopka2 and H Thomas2
1 General Physics Institute, Russian Academy of Science Moscow, Vavilova Street 38, 117942, Moscow, Russia
2 Max-Planck Institute fur Extraterrestrische Physik, 85740 Garching, Postfach 1603, Germany
E-mail: tsyto@mpe.mpg.de, tsytov@td.lpi.ac.ru, gem@mpe.mpg.de, konopka@mpe.mpg.de and thomas@mpe.mpg.de

Part of Focus on Complex (Dusty) Plasmas

Abstract. Numerical solutions of stationary force balance equations are used to investigate the possible dust configurations (dust structures) in complex plasmas between two floating potential plane electrodes. The distance between electrodes is assumed to be larger than the ion-neutral mean free path and the hydrodynamic description is used. It includes the known forces operating in this limit, the ionization source and the dust charge variations. The stationary balance equations are solved both in the case of the presence of one-size dust grains and for the case of a mixture of grains with two different sizes. Recent micro-gravity experiments with single-size dust grains and two-different-size dust grains show the formation of a system of dust sheaths and dust voids between the two plane electrodes. The observed configurations of dust structures depend strongly on the gas pressure and the degree of ionization used. The numerical investigations are able to show the necessary conditions for the types of structure to be created and give their size. The size of the structures observed is larger than the ion-neutral mean free path and is of the order of magnitude of that obtained numerically. The numerical investigations give details of the spatial distributions, the dust particles, the electron/ion densities, the ion drift velocity and dust charges inside and outside different dust structures. These details have not yet been investigated experimentally and can indicate directions for further experimental work to be performed. The single-dust-sheath structure with single-size dust particles surrounded by dust free regions (dust wall-voids) and floating potential electrodes is computed. Such a structure was observed recently and the computational results are in agreement with observations. It is shown that more often a dust void in the centre is observed. It is found that a dust void in the centre region between two electrodes is formed if the ionization rate is larger than the critical ionization rate and that in the presence of the floating potential walls the central void should be surrounded by two dust sheaths. The necessary condition for this dust structure to be formed is found to be that between the sheaths and the walls there are formed two other wall-void regions. The size of the central void and the distributions of the structure parameters in the two sheaths and in the three voids are computed. The qualitative features of the structure obtained in the numerical computations correspond to those observed. The distributions of the structure parameters in the case of the two dust sheaths are quite different from that for the case of a single central sheath. The possible structures between the electrodes for the case of the presence of dust particles of two different sizes are analysed numerically. It is shown that dust particles with different sizes cannot coexist in equilibrium at the same position and that the regions with different size dust particles must be separated in space. This conclusion is in agreement with most observations performed so far. It is illustrated numerically that for the case where the central void is present the dust particles of larger size form a separate dust sheath which should be located at larger distances from the centre than that for the smaller dust particles. This result also coincides qualitatively with the observations. Computations for the distributions of the parameters in the larger size dust sheath were performed both in the case where the central part is occupied by a dust sheath with smaller size dust particles and for the case where in the central part there exists a dust void surrounded by dust sheaths with smaller size dust particles. The size of the dust void between the sheaths with different size dust particles is calculated and shown to be small as compared to the sheath thickness. In the sheath with larger size dust particles the distribution of dust and plasma parameters differs qualitatively from that of the first dust sheath with smaller size dust particles. The stability of the stationary structures both with respect to excitation of dust convection cells and with respect to oscillations of dust void size is discussed.

Received 20 January 2003
Published 9 June 2003

相關報導:

米勒的實驗——生命起源於無機物

生命發展的新紀元

宇宙生命的另類幻想

科學家提出生命起源新說

生命的本質

一、地球以外的生命

生物鐘對生命有何影響?_

科學家推測金星目前可能仍有生命在繁衍

生命倫理學的興起與疆域

人造生命成人造魔鬼 科學家擔心物種失控-

英國天文學家認為鯨魚座星系不太可能有生命

地中海再現極端生物 為尋火星生命打開視野

相關焦點

  • 地球生命起源於何處?從太空到地下,萬物皆奇蹟
    當閃電出現在充滿水、氨、氫、甲烷的大氣層中,米勒發現試管中的無機物質轉變為了有機物質,試管中出現了胺基酸和糖,這是形成生命的關鍵物質,因此米勒認為古代地球環境可以產生複雜的化學反應,進而產生生命。然而這項實驗是在1953年進行,並且在地球上進行,因此很多科學家認為實驗有被汙染的可能性。
  • 生命起源於「原始湯」?
    因為原始生命起源於38億年前,地球經歷滄海桑田的變化,能夠提供研究意義的化石基本都風化沉積變質了。    多年來科學家通過不斷的研究,提出了包括「原始湯」起源說、海底熱液起源說、黏土起源說等眾多假說。其中,地球生命起源於海洋一直是科學界的主流看法。
  • 論生命和宇宙起源科學認識的未定性
    2013年,德克薩斯理工大學的古生物學家提出了一種生命起源於極早期地球隕石坑的「坩堝理論」,在外太空孕育的生命有機分子、或「生命種子」從天而降,原始的外太空生命分子隨著彗星和小行星撞擊地球的天文事件到達了極早期地球的隕石坑,大約在40億年前,最早的地球隕石坑集聚了生命分子、水、地熱能量和構成生命物質的各種化學元素,鑄造第一個簡單生命體的隕石坑好似一個「生命熔爐」、或煉製生命細胞的化學「坩堝」。
  • 人類誕生不是巧合,生命竟是被設計出來的,或許宇宙由程式設計師創造
    科學界說,生命的誕生是偶然的結果,但是真的是這樣嗎?讓我們先從宇宙的尺度來看看生命的誕生,需要什麼條件?接下來,我們從微觀角度來看一看原子是怎麼構成生命的?目前,科學界對這一問題公認的看法是:首先原子組成無機小分子,無機小分子形成了有機小分子。有機小分子發展成為有機大分子,有機大分子組成多分子體系,多分子體系發展成為原始的生命。這一過程說起來簡單,但是這個由分子構成生命的過程需要極其漫長的時間和極為偶然的相互作用才能完成。這一過程和一堆鐵自動組合成為一輛汽車一樣不可思議。
  • 生命起源於隕石?不,生命其實起源於巖漿活動
    目前人們對於生命起源的看法有兩種,一種是地外起源說;一種是地球起源說一、地外起源說《普羅米修斯》是我很喜歡的一部電影,電影的開頭講的是一個虛構的人類起源的故事:一個外星人在地球上服下毒藥自殺,毒藥讓他全身都變成微小的有機分子,這些有機分子在隨後自由組合形成DNA,進而演化出如今的人類。
  • 生命起源於隕石?不,生命其實起源於巖漿活動
    目前人們對於生命起源的看法有兩種,一種是地外起源說;一種是地球起源說一、地外起源說《普羅米修斯》是我很喜歡的一部電影,電影的開頭講的是一個虛構的人類起源的故事:一個外星人在地球上服下毒藥自殺,毒藥讓他全身都變成微小的有機分子,這些有機分子在隨後自由組合形成DNA,進而演化出如今的人類
  • 地球這個星球生命的種子起源於太空,我們其實是外星人?
    在謀篇的報導中看到有科學家已經提出一種假設,稱地球上的生命構建模塊或許是由撞擊地球的隕石帶來的,多年多次的撞擊形成的藍色水星球生命必然起源於一種遺傳分子,比如DNA或者RNA,它們能夠儲存用於製造蛋白質的指令。但是細胞沒有蛋白質就無法製造DNA,它們彼此依賴,但是科學家們一直無法分清究竟是誰先出現。
  • 地球生命起源於何處?是地球本身孕育產生的還是來自宇宙?
    地球一顆物種豐富的生命星球,自從數百萬年前人類誕生之後,有一個永恆不變的疑問一直存在於人類的腦海中,那就是地球生命起源於何處?可能有人認為,研究生命的起源,是人類走進科技時代才開始的。有了科技的幫助,人類才算是真正開始了對生命的探索研究,可是想要弄清楚生命的起源並不是一年容易的事情,它遠遠超越研究核聚變,研究反物質,暗物質。人類目前對於生命只是知道它會不斷進化,現在複雜的生命包括人類,都是由原始的簡單生命一步步進化演化而來。除此之外,我們對生命仍然一無所知,不知道它起源於何處,不知道生命進化演化的過程具體是什麼樣的?
  • 生命化學分子如何起源於太空?碳分子形成環狀化合物
    新浪科技訊 北京時間9月16日消息,據國外媒體報導,假設地球上最原始生命誕生於混入有機太空灰塵的「原生湯」,那麼這樣的生命起源分子來自宇宙何處?目前,美國科學家最新實驗或將揭曉這一謎團。美國勞倫斯·伯克利國家實驗室的研究人員展示了兩種相對簡單的碳分子如何環繞周圍的恆星,它們結合形成叫做多環芳烴(PAHs)的一種環狀化合物。
  • 在發現DNA結構後,他提出了人類起源於外星
    人類來自宇宙在克裡克1982年出版的《生命》一書中,他認為DNA分子不可能起源於地球,而是來自其他地方。這與一般的主流理論不同,一般我們認為生命是一群分子意外碰撞的結果。然而,根據克裡克的說法,我們是今天所謂定向泛種論的結果。
  • 地球生命是偶然嗎?宇宙模型幫我們尋找答案
    研究人員最近頗具創造性地探索了生命自發起源於無機物質的可能性——這一過程被稱為無生源說。Tomonori Totani的研究著眼關於無生源論的主要假設,即我們所知的生命起源於一個RNA世界,該假設理論認為,在蛋白質和雙鏈遺傳分子DNA(脫氧核糖核酸)出現之前,世界上主要是由類似、但效率較低的RNA分子或者核糖核酸分子起到主導作用。
  • 地球生命多樣性或起源於外星,科學家外太空尋找磷元素
    磷元素是生命的重要組成部分宇宙中幾乎所有的化學元素都在恆星內部形成,氫和氦除外。但是,有幾種化學元素是現代科學特別感興趣的。它們是碳,氮,氧,硫和磷。這是因為它們是我們星球生命的重要組成部分。特別需要注意的是磷元素,它是DNA和RNA分子的一部分,是細胞內能量代謝和細胞膜發育所必需的。日本科學家發現地球生命多樣性起源於外星日本科學家近日發現,地球上生命的多樣性(磷含量急劇增加)的原因是起源於外星。過去,人們普遍認為,七億年前海洋中的磷很少,但是陸地上磷的含量很高。
  • 科學家們地球上生命起源於海底火山口(圖)
    海底熱泉鳳凰科技訊北京時間2014年3月21日消息,英國每日郵報報導,近日科學家們表示地球上的生命或可能起源於海底的火山口。  海底熱泉鳳凰科技訊北京時間2014年3月21日消息,英國每日郵報報導,近日科學家們表示地球上的生命或可能起源於海底的火山口
  • 地球上的第一個生命起源於海底煙囪?
    按照主流科學家的觀點,生命起源經歷了從無機小分子到有機小分子,再從有機小分子到生物大分子,又從生物大分子到多分子體系,最後從多分子體系形成原始生命這樣四個階段。就目前掌握的證據來說,生命形成階段的原始地球只有海洋,沒有陸地,而地球上的第一個原始生命就在這個海洋中慢慢孕育而生。  而在原始海洋中,因為海底煙囪的存在,所以有很長一段時間裡,原始海洋的海底會在熱液噴出口附近形成一個類似煙囪的景觀。就在現在地球的海洋底部,在海底煙囪附近有很多奇特的原始生物,已有很多學者把這個奇特的生物現象作為探索生命起源和演化的重要場所。
  • 地外生命出現了?科學家在隕石中有重大發現,宇宙或許遍布生命
    對於生命的起源,一直以來都流傳著兩種說法:唯物主義者認為生命乃地球的「產物」,生命是在地球不斷演變中誕生的,而高級生命就如同達爾文進化論所描繪的那樣,是層層進化而來的;另一種說法則認為,地球生命起源於宇宙,宇宙賦予地球生命後,地球上才出現了生機勃勃的景象。簡單來說,一種觀點認為地球上的生命是自己演變出來的,一種則認為生命起源於宇宙。那麼,生命到底起源於何處呢?
  • 地球生命起源於火星?
    過去早有人提出,地球生命可能起源於火星。那時是基於「生命能進化到今天這麼複雜的程度,地球年齡還不夠長」這一論據。現在,科學家又從另一個角度提出了同樣的觀點。「某個溫暖的小池塘」——1871年,達爾文給朋友寫信,描述他對地球生命誕生的搖籃的推測時,這樣寫道。
  • 我們不夠了解生命,病毒是生命麼?也許是生命的開端
    也許病毒是生命的開端我們可以把我們能夠理解的原始生命(就是有細胞結構的生命)再往前推一下:有這麼一種東西或者複雜有機分子,在完成一次自發化學反應(能量來源:基本力,強力弱力電磁力引力)後能夠留下自己的複製品作為一種產物的有機分子,也就是A+B→C+A的這種東西(B就是後來我們說的食物吧,或者陽光空氣和營養物質……關鍵在於反應產物都是完整的A,這其實算鏈式反應)
  • 生命真的起源於海底?又有了新證據!
    當然也沒有生命。然而在海底深處,一些事情正在悄然發生。熱的化學物質從海底升起,使氫和二氧化碳發生化學反應,產生簡單的有機化合物。這些有機分子會反應生成越來越複雜的化合物,它們開始被包裹在簡單的細胞膜中,並進一步朝著更加複雜的方向發展,產生能夠攜帶信息的分子——並最終形成DNA。這是第一批能夠生長、分裂和進化的活細胞。
  • 研究發現地球原始生命起源於深海火山口
    10月13日消息,據媒體報導,地球上所有的生命形式都起源於海底的火山口。科學家發現,海底火山口的原始生命能產生一種微小的細胞離子泵(ion pump),這些細胞中的離子泵能夠驅動生命進行的化學反應。該理論或許能夠幫助科學家解釋生命早期起源的奧秘:最早的原始細胞是通過何種方式推動產生用於構築生命的有機物質?這些細胞是如何離開熱液火山口,向原始海洋擴散的等等相關問題。
  • 地球生命起源於何處?原始海底火山或是最佳答案
    然而這樣嚴苛的環境並沒有阻礙生命的萌發,在海底深處,悄然發生著一些妙不可言的事情。火山噴發使一些溫度較高的化學物質從海底浮出水面,促使海水中的氫元素與空氣中的二氧化碳發生反應,產生了一些結構簡單的有機分子。這些有機分子進一步結合,產生結構越來越複雜的大分子。