關於地球生命是如何產生的,最重要的就是生命化學起源理論。這個理論認為在45億年前,在海洋中出現了各種各樣的有機分子,形成了一鍋所謂的「原始湯」。原始湯經過長期積累和相互反應,在某些情況下形成有機高分子物質 – 比如原始核酸和胺基酸分子,這些分子逐漸變得更加複雜,最終構成了原始生命。
生命化學起源最關鍵的步驟就是用非生物方式合成生物分子。這些生物分子的起源有兩種可能:一種是來自地球以外,比如說通過小行星、隕石和彗星;另一種則是地球環境中自發產生的。
我們已經在隕石中發現過胺基酸和其他生物分子,表明來自地球以外的可能性是存在的。如1969年墜落在澳大利亞的默奇森隕石,含有70種胺基酸。不過這種來源還是很少的,比如默奇森隕石中有機物總量約占0.4%,其中胺基酸不超過0.006%。另外隕石中的胺基酸包括有左旋和右旋的混合物,而在生物體中使用的胺基酸,其手性大多數都是左旋,這進一步減少了可用的胺基酸。
默奇森隕石標本
地球環境中自發產生的生物分子也是存在的。科學家設計了許多實驗模擬早期地球的環境,並且獲得了相當多的發現,比如說合成了胺基酸、核苷酸、脫氧核苷酸等。不過,這些實驗要求比較苛刻,比如說需要持續不斷的閃電,或者要麼需要深海的水熱加熱,這種環境在當時也是相當特殊的。
那麼有機分子有沒有可能其他來源呢?還真有可能,最近日本科學家做的一個研究就發現,小行星對原始海洋的撞擊可能形成了這些重要的有機分子。
為什麼是小行星呢?這跟當時的地球環境有關。
地球在大約46億年前形成的時候是一個熾熱的岩漿球,經過大約1億年逐漸冷卻固化,這個時候地球表面既有大量的火山、岩漿,也有原始海洋、大氣與陸地。在41億到38億年前地球遭遇了大量小行星與彗星的持續撞擊,這段時期叫做後期重轟炸期。
這個時期是地球歷史上不折不扣的地獄時期,當時環境極其恐怖,根據推算,直徑5000公里的撞擊坑有好幾個,直徑1000公里的撞擊坑有40個,直徑大於20公里的撞擊坑22000個,可以想像更小的撞擊更是不計其數。
我們現在的研究發現地球生命很可能就是40億~38億年前這個階段形成的,可以說生命就是伴隨著後期重轟炸期產生的。
小行星或者隕石撞擊到底會發生什麼,科學家想辦法在實驗室里模擬了隕石撞擊地球。他們使用一種發射裝置,用它來發射模擬隕石,讓隕石穿透空氣,再撞擊水。
模擬隕石含有金屬鐵、金屬鎳和鎂橄欖石(Mg2SiO4),空氣是由二氧化碳、氮氣、水蒸氣組成。
實驗撞擊造成了1500℃的高溫,鐵被不完全氧化,同時產生了其他活性還原物質,如氨氣、一氧化碳、氫氣和甲醛。在還原態鐵的幫助下,產生了2種胺基酸:甘氨酸和丙氨酸。增大實驗氣體的氮含量,則能夠產生6種胺基酸。
科學家認為由於實驗製造的撞擊效果遠不如真正的小行星,因此實際製造的生物分子要遠超過實驗中產生的比例。此外,由於大量還原態鐵的長期存在,能夠持久的幫助生物分子的產生。
科學家證明,隕石撞擊產生的生物分子量遠超過隕石本身攜帶的。最終,各種來源的生物分子,組成了原始湯,並在某個階段製造了原始生命。