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主题:野狐禅 之 生命简介(一)前言 (修改稿) -- 水风

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家园 生之初2(二)

那么宇宙太空里面的有机物是如何形成的呢?阿齐瓦和谢尔伍德(Akiva Bar-Nun and Sherwood Chang, 1986)利用改进了的米勒试验作出了一些探索,他们利用能释放出高能射线的灯光替代了放电装置,以来模拟太阳光的能量,结果是出人意料的。他们不仅获得了跟米勒试验接近的结果,即使在改变多种空气成分之后,他们依然获得了很多重要的有机物质。其中甲醛(就是福尔马林的有效成分)的发现,尤为重要,因为现在已经知道,在水溶液中,甲醛可以自发地合成几乎所有的五碳和六碳的单糖。而五碳和六碳的单糖不仅是极其重要的能量物质,也是极其重要的结构物质。像前面提到的核酸,就是由核苷碱基与磷酸集团以及一个五碳糖结合在一起形成的。

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在外太空中,这种高能射线无处不在。但是,因为太空中的物质极端稀疏,加上碳元素在外太空中的含量极低,所以,宇宙中的有机物很可能不是形成在太空中,而是在行星的表面。地球因为地球磁场的存在,将绝大多数的高能辐射挡在了外边,即使这样,在地球大气外层的色温层,这种高能辐射参与的能量都可以将绝大多数的物质给电离,从而将大气的那一部分形成了一个高度电离的部分。极光就是电离层的可见的一个例子。正是这电离层进一步吸收了外层空间的高能辐射,才使得地球表面只是充斥着可见光等弱能量辐射,从而让地球上的生命存在成为可能。

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但是还有一个问题,这些脆弱的有机物能否承受得住流星撞击地球时所经历的高温?如果经受不住,那么我们得到的,只不过是在大气的成分中增加了一点二氧化碳和水蒸气而已。

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在过去的几年中,科学家们利用各种仪器工具来模拟彗星撞击地球时的过程,其中包括一杆长达15英尺的枪,可以来发射汽水罐大小的子弹。1999年,以斯坦福大学的克里斯托佛(Christopher Chyba et al. 1999)为首的研究小组发布了他们研究的成果,他们认为如果一颗流星的原始直径超过一公里(也就是说地面的遗留物直径会超过一米,),核心部位的绝大多数的氨基酸可以经受得住这种流星的直接撞击。(虽然大多数的流星是以小角度入射地球的,但是总会有些剩下的不是。)研究撞击的一个附带的发现是,流星撞击地球的过程中,由于高温作用,会在这个过程中形成一些有机物。这些有机物的种类包括氨基酸,氰和氨等等。虽然这种方式产生的有机物在目前是微不足道的,但是考虑到早期地球大气开始形成时候,还比较稀薄,那时有更多的流星可以冲击到地面,留下大量的残留,并且在这个过程中顺便产生许多有用的副产品有机物。其中的一个研究小组甚至发现了类似原始细胞的结构(见下图),给大家带来了惊喜之余,也带来了更多的悬念,是否,这种类似原始细胞的机构就是地球生命开始的原始形态?是否这种形态只能由外来冲击而形成?更多的谜团期待着大家去解开。

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在放眼宇宙太空的同时,有些科学家将目光投向了地球本身。火山,作为地球早期大气的创造者,(具体请见附录1,太阳,空气和水)本身拥有了合成有机产物的各种最初产物,加上早期地球极度活跃的火山运动,使得火山很有可能就是有机物质的主要生产者。过去几十年中,观察火山的科学家们都注意到了一个奇怪的现象,就是在火山熔岩冷却或者爆发物沉降之后,在这些岩石的表面往往会有一层很薄的有机质。关于这些有机质的来源,大家众说纷纭。曾经有人提出地幔的主要成分中就含有大量的有机物。但是随着米勒试验的成功,有越来越多的科学家们相信,这层有机物就是火山爆发的直接产物。当火山爆发的时候,喷出的气体跟地球早期的大气极其相似,在熔岩表面高温的直接作用下(或许是在熔岩冷却过程中),火山气体形成了有机物,然后被吸附在了火山熔岩那多孔的表面。佐罗托弗和邵克(Mikhail Y. Zolotov and Everett L. Shock 2000)用数学方法模拟了这个过程,最终得出了在冷却到150到300摄氏度的时候,是有机物质,尤其是高度还原性的碳氢化合物合成的最佳时节。火山作为有机物质形成的一个主要场所,已经开始得到了科学家们的认可。这样产生的有机物在所有有机物中所占的比例,还需要进一步的研究才能确认。

现在我们再来看一下,目前生命存在所需要的四大类主要物质,蛋白质,核酸,糖类和脂类。蛋白质的组建模块氨基酸;核酸的组建模块核苷酸,就是核苷,磷酸和五碳糖;以及主要的能量物质和重要的结构物质,糖类;都可以由无机物质在自然环境中直接生成。由间接的证据表明,或许脂类可以由火山爆发时顺带产生出来,但是目前,这还只是一个假说。不管如何,这些低级的有机物质,完全可以在地球的早期被产生,并逐渐积累起来。为高级有机物质结构的形成奠定了基础。

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