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远古的灾难下起了金属冰雹雨,地球遭重击然而生命却幸运地起源了

信息来源:china-j.com  时间:2019-03-26  浏览次数:51

一场远古发生的灾难可能启动了地球上生命存在的按钮。 一项最近的研究是这样的:距今约44.7亿年前,那时候地球形成才6000万年,月球也只有4000万年历史,一个和月亮差不多大的天体擦过地球,爆炸导致了铁水和其他碎片组成的轨道云的产生。

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随后发生的金属冰雹可能持续数年甚至数个世纪,它们将氧原子从水分子中分离出来只留下了氢气。然后氧气可以自由地与铁结合,在地球表面形成大量铁锈色的氧化铁沉积物。而氢气形成了密集的大气层,由于它的消散速度十分缓慢,这种大气层可能持续存在了2亿年。

在物质冷却后,简单的有机分子开始在氢气层下形成。一些科学家认为,这些分子最终与核糖核酸(RNA)的形成相关联,RNA长期以来被认为是生命起源的关键分子。简而言之,生命出现的阶段几乎就在我们的星球诞生之际。

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一种叫做叠层石的微生物席在生命早期就出现了,现在仍存在于澳洲。

史蒂夫·伯莱,美国佛罗里达州阿拉楚应用分子进化基金会的生命起源研究员,2018年10月他组织了一场生命起源研讨会,关于以上场景的构想在会议上一提出就引起了众多专家的注意。地质学家,行星科学家,化学家和生物学家开始对生命如何开始的最新论述和过往的观点进行比较,然而没有任何岩石或其他直接证据支持所谓的大灾难。但是这个观点可以解释一大堆神秘事件,所以它也成了会议焦点。

富含金属的雨水导致了今天地球表面金属的分布。氢的大气层有利于简单有机分子的出现,这些有机分子后来形成了更复杂的分子,如RNA。行星撞击将RNA可能的诞生日期以及生命的出现,推后了数亿年,这与最近发现的生命早期出现的地质证据更相吻合。

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这个41亿年前的锆石矿物(X射线图像)含有暗示生命的碳同位素

来自化学、生物学和地质学的多种证据,有助于解释RNA是如何出现的并导致地球形成后不久的第一个生命的诞生。新的撞击论加上之前实验室的新发现,可以表明早期地球上产生的化学物质可能在通往生命的道路上迈出了关键一步。因为他们看到了一种一致性的叙述,描述了生命是如何以及何时开始形成的。15年前科学家对生命的起源只有一些模糊的想法。现在它们可以将越来越多的碎片融合在一起。

然而这并不等于生命起源完全搞清楚了。例如对于哪条化学途径最有可能产生RNA,以及RNA如何与蛋白质和脂肪结合形成最早的细胞,研究人员仍存在分歧。史蒂夫·伯莱表示现在的研究毫无疑问将生命起源的研究带入一个新的高度。

许多研究人员认为,我们所知道的生命很可能起源于“RNA世界”。在现代细胞中,DNA、RNA和蛋白质扮演着重要的角色。DNA储存可遗传的信息,RNA将其运送到细胞内,蛋白质则充当化学工具。每一个生物分子的生成都需要另外两个。然而三种复杂分子同时出现的观点听起来似乎难以置信。

自20世纪60年代以来,一种主流思想认为RNA首先出现,DNA和蛋白质随后进化。这是因为RNA既可以作为遗传密码,又可以催化化学反应。在现代细胞中,RNA链仍然与许多关键细胞机器核心的蛋白质一起工发挥作用。

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超过40亿年前形成的微小锆石晶体

近年来化学家们已经勾勒出了可能产生RNA和其他化合物的基本构建块的反应。例如在2011年,史蒂夫·伯莱和他的同事展示了含硼矿物是如何催化甲醛和乙醛等化学物质的反应的,这些化学物质很可能在地球早期就存在,从而产生核糖,核糖是RNA的重要组成部分。其他研究人员也阐明了核糖是如何与其他化合物反应产生单个RNA字母或核苷的。

但也有反对该观点的,罗伯特夏皮罗是纽约大学的生物化学家,他赞成生命起源的“新陈代谢”观点,其中高能量??的小分子被困在脂质膜或其他隔室内,建立了类似新陈代谢的化学循环,转化为更复杂的网络。与此同时,其他研究人员认为,简单的蛋白质更可能是早期生命的驱动因素,因为它们的氨基酸构建块比RNA中的核苷酸简单得多。

现在史蒂夫·伯莱想说,争论可以少些了,源源不断的新数据支持了RNA如何产生的情景,史蒂夫·伯莱和他的同事之前已经证明了核糖可能如何形成的过程,但他们无法解释它的一些成分 - 即高反应性小分子甲醛,乙醇醛和甘油醛 - 是如何存活下来的。长期以来,地球化学家一直认为闪电和紫外线(UV)引发的反应可能会产生这样的化合物。然而本纳说,“没有办法建立这些化合物的储层”。他们可以互相反应,变成焦油般的混乱。

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上图:地球上最古老的矿物,最近从澳洲岩石中发现的矿物。它们含有化学包裹体,表明早期地球足够冷,有液态水。

史蒂夫·伯莱现在有一个可能的解决方案,它建立在最近的工作基础上,表明早期的地球有一个干湿循环。根据来自微小的几乎无法形成的矿物晶体锆石的证据,研究人员认为适量的旱地偶尔会被雨淋湿。在一项尚未发表的研究中,他和美国和日本的同事们发现,二氧化硫会与甲醛反应生成一种名为羟甲磺酸盐(HMS)的化合物。

史蒂夫·伯莱说,在干旱时期,HMS将在土地上以公吨计算的方式累积。反向反应会发生得更慢,再生甲醛。然后当降雨来临时,它可以在一个稳定的水流中冲洗成水坑和湖??泊,它可以反应形成构建RNA所必需的其他小有机分子。史蒂夫·伯莱说,类似的过程也可以提供稳定的乙醇醛和甘油醛供应。

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会议上来自东京工业大学的Ramon Brasser绘制了一幅地球早期的时间表。45.3亿年前用红色斜线标注,标志着地球最初的吸积;在45.1亿年前的另一次撞击表明了月球的形成;44.7亿年前的一条线表明了小行星的假设影响,它产生了有利于有机分子的大气层。

如果小行星撞击地球,科学家估计液态水冷却到100°C以下,使其能够承载第一次有机化学反应,大约需要5千万年。史蒂夫·伯莱对此表示43.5亿年前的时间缓冲带,就是他所理解的RNA出现的时间,这就是生命起源的关键要素形成时间!

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