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天体生物学家激辩地球生命是否发源“温暖小池塘”

2012-6-25 09:38:31
科技日报




    今年8月,美国国家航空航天局(NASA)最昂贵的机器人“好奇”号漫游车将抵达目的地火星。它除了探测火星的大气和地理环境之外,还有一个任务就是探测生命信息:生命最初是在哪里以及怎样诞生的?这仍是科学界最大的未解之谜。

    过去几十年来,人们发现了大量嗜极细菌,这只告诉我们生命有多顽强,却并不能说明,它们就是起源于最初发现它们的地方。而且我们只有单一的、地球生命基因的样本,无法推测其他星球的基因是什么样子。近几年来,另一种生命起源说“泛种论”受到人们越来越多的关注。如果生命并非起源于地球,而是广泛分布于宇宙中,那我们发现生命的可能性就大大增加了,“好奇”号也有望带来一些“世纪发现”。

    “进化论”对“泛种论”

    自从达尔文提出地球生命可能起源于一个“温暖的小池塘”后,“原初汤”的观念就占据了科学界和公众意识领域的主导。这是一种混合在一起的生命化学物质的假想状态,在某种条件下,它们结合在一起开始了自我复制。这种“复制机”可能存在于40亿年前,是每个有机物最早的祖先。

    对此“原初汤”还有不同的解释,但都有一个共同的核心观点:复制过程是在地球上开始的。只有这一机制发动、运作起来之后,才能用达尔文进化论来解释从最初有机物进化而来的后代。

    比如格雷汉姆·凯恩斯-史密斯的黏土微晶理论,他认为黏土微晶是最初的“复制机”,支持这一观点的还有布兰德·沃奇梅克、理查德·道金斯。伦敦大学学院生物学家尼克·雷恩在他的《生命进化》一书中提出,最初的生命是起源于一次深海热液喷口事件而并非温暖池塘。所有这些理论,都需要一个启动事件,来开启地球上的生命进程。

    然而白金汉大学天体生物学中心主管钱德拉·维克拉玛辛格认为,生命可能不是起源于地球,而是广布于各个太阳系,由星际间彗星或小行星所携带。这一假说叫作“泛种论”,即生命是从星系中的一个地方传到另一个地方。无论生命从什么地方开始,都会传播到其他地方,因此我们有望在太阳系其他星球也发现生命。

    而支持这一理论的证据也越来越多。比如最近发现的“嗜极生物”,能在火山、太空甚至核反应堆里生存——这些都表明,生命能够进化得适应任何它们为自己找到的地方。

    生命的观念在转变

    40年前,人们还从未听说过“嗜极生物”。事实上,这只是人们观念上的局限。以前认为60℃以上不可能有生命,而现在发现120℃时也能存在生命;以前认为海洋中多少米以下没有生命,因为没有足够能量支持,现在也发现了生命。

    在核反应堆的核心部位,人们还发现了一种叫做耐辐射球菌的嗜极微生物,能抵抗比杀死一个人的剂量还要高1000倍的高剂量辐射,在真空、酸性环境中能忍受极度干燥。2010年,人们发现了一种名为GFAJ-1的细菌,其代谢过程用的是砷而不是磷,这种生化过程以前闻所未闻。同年,克隆蓝细菌被送入国际空间站18个月,经历了严寒、酷热、太空辐射考验之后,仍然活得好好的。

    几乎每星期都能发现一些这种嗜极菌。这给科学家带来了极大的鼓舞,在严苛的太空环境发现生命的可能性也大大增加。“首次探测是在金星,在金星大气中发现了一些微小粒子,其大小正是细菌水平。”维克拉玛辛格说。整体来说,金星表面不适合生命存在,其温度达到450℃,压力为地球的90倍,即使对嗜极细菌来说也是太高了。但在金星大气(距金星表面约40英里)环境中,却适合微生物生存及复制。“我们推测这种空中‘云居微生物’和地球上的空中微生物是相似的。”

    “泛种论”和嗜极生物的超强耐力似乎都在暗示着,生命分布之广可能远远超出我们想象。太阳系大约每2.5亿年绕银核旋转一周,地球上的生命也绕着银河系转过16圈。如果维克拉玛辛格教授的理论是正确的,那地球上的生命无论是否起源于地球,都已转过了上百万的其他星系。

    而且,这也说明宇宙中可能存在和我们截然不同的生命。基因可以发展成复杂的多细胞生命,如青蛙、橡树、恐龙,还有我们人类,基因也可能在其他星球上播下种子。从细菌到动物的进化步骤极端不同,极小的差异就可能带来结果上的巨大不同。

    “泛种论”的局限与意义

    近年来,尽管“泛种论”受到人们越来越多的重视,但仍无法被广泛接受。首先,它无法回答生命是怎样从无生命物质中产生的基本问题;其次,在太空有着能摧毁DNA(脱氧核糖核酸)的辐射风暴,生存环境极为严苛;而且任何细菌必须成功进入一个星球的大气,然后再看它们着陆的地方是否适合生存。

    加州大学洛杉矶分校刘易斯·达特奈尔表示,从公众接受程度而言,这一观点还处在边缘。比如维克拉玛辛格所说的金星空中生物,依据只是地球低空大气存在细菌。而他所说的在平流层发现了细胞,尚未能证明这不是地球污染所致。而且,星际生命运输车的数量可能也远远不够。“要让一块岩石克服太阳万有引力跑出去,再缓慢地降落到另一个太阳系的其他行星上,而且不被彻底摧毁,这几乎是不可能的。”

    对此,维克拉玛辛格指出,地球上嗜极微生物的生存环境更加严苛,它们也成功了。而且宇宙中漂浮着大量的生命物质,其中总有一些会落到某个合适的居处。

    最重要的是,我们为什么要引入“泛种论”?达特奈尔说:“现在还没有迹象表明生命不是在地球上起源的,为什么要构建另一幅景象,设想生命是起源于其他地方靠着传播而来的呢?如果我们找到了理由去相信地球生命并非这里的原住民,这一理论就变得非常重要了。”

    如果维克拉玛辛格教授是正确的,这表明生命的历史比我们以前所认为的要久远、久远得多——不仅仅是40亿年,很可能比宇宙本身的年龄小不了多少。

    “我们正在构建一个模型,把生命起源推进到大爆炸后的1000万到3000万年。”维克拉玛辛格说,那时大约是第一次超能量爆发开始产生了生命所需的重元素。当时宇宙比今天要小得多,这一模型允许生命在大量行星之间交换。人们也已经发现了早期宇宙存在有机分子的证据。“如果整个宇宙中最复杂的有机系统,舍弃其他更大的系统而不用,只是从地球上的一个小池塘中发展而来,我认为这不太可能。”