生命的起源
美國黃石公園一個熱水池被藻類染了色。

我們對銀河系的大哉問之一是:還有其他生命形態存在嗎?我們在宇宙中是孤獨的嗎?在科幻小說中,人類常跟外星智慧接觸,不過,除了克林貢人,可能還有許多種外星生命型態。生命體在地球上絕大部分的時間,都以類似綠色池塘浮渣的形式存在。我們尋找其他適居帶行星,主要是想知道生命在那些星球上的發展和地球是否一樣。問題是:我們已知的生物都以同樣的方式運作—透過DNA化學密碼。事實上,地球上所有生命都來自同一場實驗。

只有這麼一個實驗數據,我們無從判斷地球上的生命究竟是宇宙中某種機率極低的巧合,還是星系裡會重複發生的一般化學過程。要解開這個謎題,最重要的是先了解生命如何在地球上誕生。

芝加哥大學化學館地下室在1952年舉行的一場實驗,成為了這個領域的轉捩點。諾貝爾化學獎得主哈洛德.尤里(Harold Urey)和他當時的學生史丹利.米勒(Stanley Miller)決定進行一場不尋常的實驗。他們嘗試塑造出原始地球迷你模型,在一個封閉的系統中,加入水(模擬海洋)、熱(模擬太陽活動)、電流產生的火花(模擬閃電),以及氫、氨、甲烷與二氧化碳等氣體來模擬地球早期的環境。他們封閉這個系統,加入熱能與火花,觀察會發生什麼變化。幾個星期過去,水變成褐紅色。經過分析發現水中含有胺基酸,也就是其中一項建構生物系統的基本要素。

米勒—尤里實驗帶來的哲學衝擊比化學上的細節還重要。他們證實:一般的物質經過普通的化學過程,有可能產生建構生命系統的分子。他們把生命起源的研究從哲學領域,帶入了嚴肅的科學領域。如今普遍認為,他們當年模擬大氣的成分不完全正確,但這不影響結論。當時實驗產生的有機分子,如今也已經在隕石、彗星、甚至星際塵雲中找到,換句話說,要透過一般的化學過程製造生命的基本分子並不困難。有了這項了解,生命起源的研究就從「如何製造生命的基本構成單元」轉為「這些基本單元如何組成活生生的細胞」。

原湯

在米勒—尤里實驗之後,主要的研究方向在於他們發現的化學過程(或富含有機分子的隕石或彗星)如何把海洋變成生命分子的「原湯」。原湯一形成,對的分子就有機會聚集,形成可以吸收能量與繁殖的原始細胞。不同理論對於能夠產生這種機會的環境有不同的看法,不過,潮池、海洋中的油滴、海床上的黏土,以及最近提出的深海熱泉都是可能的地點。

相信生命起源於偶發事件的理論稱為「偶然事件凍結說」,因為它們都認為:一組分子會先在隨機的交互作用中聚集,並保存在所有後代的化學過程中。「RNA世界假說」是這種理論較為複雜的現代版本,它認為RNA分子(在近代細胞中扮演重要角色)多少在偶然下率先出現,促進化學作用而導致生命誕生。

 

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