NASA复原40亿年前深海环境 欲参透外星生命起源之谜

2019-10-08来源:admin围观:15次

最近,NASA扮演了一回“上帝”的角色——他们在实验室的原始海洋环境中,重现了40亿年前海洋深处形成生命成分的过程。

NASA喷气推进实验室的天体生物学家巴什一直致力于研究地球上生命的起源。你可能要问,一家航天机构为什么要不务正业去研究这个?别忘了,寻找外星人也是人类航天行业的任务,搞清楚生物起源或许对此有所帮助。目前,他们的研究主题是生命的组成部分如何在海底热液喷口中形成?

生命起源

(NASA模拟“黑烟囱”,图片来源于NASA官网)

为了在实验室中再造热液喷口,研究小组用模拟地球原始海洋的混合物填充烧杯,制造了他们自己的微型海底,这片“海洋”就是氨基酸的温床。氨基酸是已知生命的必需物质,如同乐高积木一样,氨基酸相互作用形成蛋白质,构成所有生物。

“细胞成型之前,生命在只有有机物和矿物质的情况下能进化到什么程度,理解这一点对了解生命可能存在的环境至关重要。“说这话的是研究第一作者巴奇(Barge)。他还称:“研究诸如大气、海洋和喷口中的矿物质等物质对地球的影响,同样可以帮助你了解类似情况发生在另一个星球上的可能性有多大。”

海床上存在不少地壳裂缝,海水沿裂隙向下渗流,受岩浆热源的加热,再集中向上流动,并喷发,就形成了深海热液喷口,由于喷发物质散开时如同烟雾,热液喷口也被称为“烟囱”,取决于物质成分,“烟囱”也有“黑烟囱”、“白烟囱”等区别。

过去,深海环境一直被认为是生命的禁区,因为缺乏食物来源。然而,烟囱的发现改变了这一观点。科研人员在世界各地深海底黑烟囱喷口周围,发现繁荣的生物群落。其中,黑烟囱周围高温环境广泛存在古菌,基因组测序表明,它们就是古老生命的孑遗,是靠近生命源头的共同祖先。早期生命的祖先可能就是嗜热微生物,这一理论目前已被科学界广泛接受

这些烟囱与周围的海水相互作用,创造了一个不断变化的环境,这是生命起源和进化所必需的。在这个黑暗而温暖的环境中,所有能量皆来源于地球的化学能,这可能是在远离太阳热量星球上,生命形成的关键。

“既然地球上存在热液喷口,其他行星上可能也会存在类似反应,”同一实验室的弗洛雷斯(Erika Flores)说。

巴什和弗洛雷斯在实验中还原了早期地球海洋中常见的成分。他们将水、矿物质、丙酮酸和氨的“前体”分子结合在一起,这是氨基酸形成的必经步骤。接着,他们将溶液加热到与热液喷口差不多的70℃,调整pH值至相似的碱性环境,还从混合物中除去了氧气,因为与今天不同,早期地球海洋只有很少氧气。

在实验中,俗称“绿锈”的氢氧化铜扮演了主角,因为这种物质在早期的地球上非常丰富。绿锈与注入溶液中的少量氧气发生反应,生成氨基酸丙氨酸和-羟基乳酸。羟基酸是氨基酸反应的副产品,但一些科学家认为它们也可以结合形成更复杂的有机分子,产生生命。

同时,现有的研究已经证明,在早期地球环境下,只需要简单的反应,就可以在温和的海底生成氨基酸和-羟基酸。换句话说,未来人类探测器可以按照这个标准去探索外星球。例如,木星的卫星木卫二和土星的卫星恩克拉多斯都可能在冰壳下存在热液喷口环境。

目前,这项研究已经观察到第1个由类似热液喷口环境驱动的有机反应,巴奇和她的团队将继续研究,以期找到更多的生命成分,创造出更复杂的分子,一步一步沿着生命的链条往上爬。

这条路线对于研究太阳系内外可能存在的生物宜居环境非常重要。“我们还没有其他地方有生命存在的确凿证据,”巴奇说,“但了解生命起源所需的条件,有助于缩小我们的搜寻范围。”