地球早期生命可能從“毒溫泉”開(kāi)始 研究有助在太陽(yáng)系其他星球上尋找生命形式

 人參與 | 時(shí)間：2025-12-09 16:58:43
地球早期生命可能從“毒溫泉”開(kāi)始 研究有助在太陽(yáng)系其他星球上尋找生命形式
地球早期生命可能從“毒溫泉”開(kāi)始 研究有助在太陽(yáng)系其他星球上尋找生命形式
（神秘的毒溫泉地球uux.cn報(bào)道）據(jù)新浪科技：國(guó)外媒體報(bào)道，地球生命起源一直是地球困惑科學(xué)家數(shù)十年的未解謎團(tuán)，目前，早期助太最新研究表明，生命始研生命地球早期生命可能是從開(kāi)從“毒溫泉”開(kāi)始的，同時(shí)，陽(yáng)系深入了解地球上復(fù)雜分子的其星球上形成過(guò)程，將有助于指引我們?cè)谔?yáng)系其他星球上尋找生命形式。尋找形式
在美國(guó)加州拉森火山國(guó)家公園的毒溫泉“邦帕斯地獄（Bumpass Hell）”，地面處于沸騰狀態(tài)，地球空氣中彌漫著臭雞蛋氣味，早期助太氣泡從泥坑中噴涌，生命始研生命釋放出黏稠液體的從開(kāi)爆裂聲，灼熱的陽(yáng)系蒸汽從地球火山口噴出。這處可怕的其星球上地形是以牛仔肯德?tīng)枴ぐ钆了梗↘endall Bumpass）的名字命名 ，1865年，當(dāng)邦帕斯走近這里，踩到薄薄的地殼，沸騰的酸水嚴(yán)重?zé)齻怂耐炔浚瑢?dǎo)致他不得不進(jìn)行截肢。
圖中是美國(guó)加州拉森火山國(guó)家公園的“邦帕斯地獄（Bumpass Hell）”，地?zé)岢剡吘壍臐駶?rùn)和干燥循環(huán)被認(rèn)為促進(jìn)了生物分子的聚集。
一些科學(xué)家主張稱，地球上的生命是在看似不適宜居住的條件下逐漸形成的，生物在地球上游蕩之前，像邦帕斯地獄這樣的高溫溫泉可能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使簡(jiǎn)單分子連接在一起，從而向復(fù)雜生命邁出第一步。然而，其他科學(xué)家將地球生命的起點(diǎn)聚焦于海底深處的熱液噴口，在海底熱液噴口處，富含礦物質(zhì)的熱水從海底裂縫中翻滾而出。
當(dāng)研究人員研究和辯論地球生命最初在哪里誕生以及如何爆發(fā)式生長(zhǎng)時(shí)，這項(xiàng)最新研究提供了重要的理論支持。美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校天體物理學(xué)家娜塔莉·巴塔哈（Natalie Batalha）稱，了解這顆行星上生命的起源可能為何處尋找地外生命提供重要線索。
美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心化學(xué)家威諾娜·維康特雷（Wenonah Vercoutere）對(duì)此表示贊同，她說(shuō)：“這項(xiàng)最新研究對(duì)于太空探索的未來(lái)具有重要意義，整個(gè)宇宙的物理規(guī)則都是相同的，那么為什么生物學(xué)規(guī)律無(wú)法延續(xù)下來(lái)？為什么整個(gè)宇宙不存在生物活躍性呢？”
陸地溫泉
從生物化學(xué)核心來(lái)看，生命的組成僅依賴于幾種元素：化學(xué)元素、水或者其他可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，以及為這些反應(yīng)提供動(dòng)力的能量來(lái)源。在地球上，所有這些成分都存在于陸地溫泉中，這里是一些頑強(qiáng)生物的家園。例如：2016年發(fā)表在《自然通訊雜志》的一篇文章指出，美國(guó)內(nèi)華達(dá)州的“大沸泉（Great Boiling Spring）”，溫泉溫度高達(dá)77攝氏度，但是微生物還是設(shè)法在溫泉粘土灘附近水域生存下來(lái)。
加州勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室微生物生態(tài)學(xué)家詹尼弗·佩特里奇（Jennifer Pett-Ridge）說(shuō)：“像這樣的生存環(huán)境可能非常接近地球早期環(huán)境，所以這些生命形式最有可能與一些地球早期生命有關(guān)?！?br>溫泉中的微生物可以形成稱為“微生物墊（microbial mats）”的生物群落，由微生物墊是由多層微生物構(gòu)成，它們遍布世界各地的地?zé)釁^(qū)域，其中包括：美國(guó)黃石國(guó)家公園、俄羅斯南部的加爾加溫泉，以及美國(guó)加州拉森火山國(guó)家公園——“邦帕斯地獄”所在地。
隨著時(shí)間的推移，微生物墊可以形成疊層巖，微生物和礦物質(zhì)累積疊層的結(jié)構(gòu)，疊層巖的分層結(jié)構(gòu)映射了隨時(shí)間流逝的地質(zhì)變化，就像樹(shù)木的年輪一樣。
研究人員在西澳大利亞內(nèi)陸地區(qū)35億年前巖石中發(fā)現(xiàn)疊層巖證據(jù)，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)溫泉礦床的相關(guān)證據(jù)，相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在2017年出版的《自然通訊雜志》上。這項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)以及之前的微生物相關(guān)跡象，使得研究小組認(rèn)為，地球上部分最早生命是在這樣溫泉環(huán)境中繁衍發(fā)展的。
加州大學(xué)圣克魯茲分校生物物理學(xué)家大衛(wèi)·德默（David Deamer）用45年的時(shí)間探索地球上的生命是如何起源進(jìn)化的，他開(kāi)始研究脂質(zhì)，即構(gòu)成細(xì)胞周圍膜的油性分子。
德默是溫泉-生命起源論的大力支持者，他曾證實(shí)地球溫泉可以產(chǎn)生類似氣泡的囊泡，該囊泡外層是脂質(zhì)構(gòu)成。像這樣的結(jié)構(gòu)可能是現(xiàn)代細(xì)胞的祖先前體。
科學(xué)家認(rèn)為，冰島的布拉佛溫泉是早期地球上可能形成生命的環(huán)境之一。
加州大學(xué)圣克魯茲分校天體生物學(xué)家布魯斯·戴默（Bruce Damer）運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)方法解決生命起源問(wèn)題，他與德默合作測(cè)試溫泉的條件能否促使凝聚反應(yīng)，即兩個(gè)分子結(jié)合成一個(gè)更大的合成物。
當(dāng)水從溫泉中濺出并蒸發(fā)時(shí)，液體中的分子會(huì)發(fā)生凝結(jié)反應(yīng)并連接起來(lái)，隨后的飛濺會(huì)增加更多的分子，這些分子可以在液體再次蒸發(fā)時(shí)進(jìn)行額外的冷凝反應(yīng)，反復(fù)的潤(rùn)濕和蒸發(fā)可以產(chǎn)生分子鏈。
2018年，戴默在新西蘭一處活躍的地?zé)釁^(qū)域進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)被命名為“地獄之門”，為了驗(yàn)證這一假設(shè)，他準(zhǔn)備了裝有組裝RNA鏈所需成分的小瓶，RNA是一種核酸，在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中起到信使作用，可能催化了與早期地球生命起源有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，這種混合物包括四種RNA構(gòu)建成分中的兩種，這些核苷酸連接在一起形成RNA鏈。
戴默將打開(kāi)的小瓶放在一個(gè)金屬盒中，該金屬盒有兩個(gè)CD盒大小，然后將該裝置放在一個(gè)接近沸騰的熱液池中。為了模擬原始地球時(shí)而濕潤(rùn)、時(shí)而干燥的環(huán)境，他向小瓶中注入酸性溫泉水，使小瓶逐漸蒸發(fā)干燥，然后再重復(fù)幾次濕-干循環(huán)。當(dāng)他將小瓶拿回實(shí)驗(yàn)室時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中含有100-200個(gè)核苷酸長(zhǎng)度的類RNA鏈。
這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在2019年12月出版的《天體生物學(xué)雜志》上，該研究表明溫泉中可以形成復(fù)雜的分子，從而支持了地球生命可能在這樣的環(huán)境中生存發(fā)展的假設(shè)。2020年，達(dá)默和德默以及同事再次返回“地獄之門”實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，來(lái)確認(rèn)達(dá)默的研究結(jié)果，并進(jìn)行了更多的濕-干循環(huán)研究。
美國(guó)亞特蘭大市喬治理工學(xué)院化學(xué)家尼古拉斯·胡德（Nicholas Hud）從一個(gè)略微不同的角度研究生命起源：他探索了DNA和RNA核苷酸是如何起源的，他同意這些分子在陸地上比海洋中更有可能通過(guò)凝結(jié)反應(yīng)連接在一起，在那里可以發(fā)生干濕循環(huán)。這些反應(yīng)將產(chǎn)生水，當(dāng)生活環(huán)境周圍存在很多水的時(shí)候，這樣的化學(xué)鍵的形成在能量上是不利的。胡德說(shuō)：“形成這種結(jié)構(gòu)的最佳地點(diǎn)是炎熱干燥的地方，潮濕、炎熱的環(huán)境最不容易形成它們。”
水下環(huán)境
然而，有證據(jù)表明，潮濕、高溫環(huán)境正是生命起源的地方，在黑暗深海底的熱液噴口，加熱的水噴涌進(jìn)入海水之中，其溫度僅高于冰點(diǎn)幾攝氏度。
2017年，研究人員在加拿大魁北克省發(fā)現(xiàn)37.7億年前的化石證據(jù)，其源自遠(yuǎn)古海底，顯示出熱液活動(dòng)的多種跡象。研究人員稱，這些獨(dú)特化石結(jié)構(gòu)類似于微生物，從而表明深海環(huán)境中可能存在地球早期生命的相關(guān)證據(jù)。
在大西洋“遺失之城”發(fā)現(xiàn)的石灰?guī)r煙囪等噴口的化學(xué)成分支持著微生物的生存。
這些海底環(huán)境可能非常極端：一些噴涌黑色水柱的熱浪噴口溫度高達(dá)400攝氏度，然而，如果熱液噴口在孕育早期生命方面發(fā)揮重要作用，那么它很可能是溫度適宜的熱液噴口。例如：“遺失之城”是大西洋中部的一個(gè)熱液區(qū)，從火山口流出的流體溫度在40-90攝氏度之間，這里因其引人注目的石灰?guī)r煙囪而聞名，一些海底石灰?guī)r煙囪高度大約60米。
這些石灰?guī)r煙囪是微生物的家園，它們以一種叫做蛇紋巖化的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物為食，加州美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)家勞里·巴格（Laurie Barge）說(shuō)：“熱液噴口是非常有趣的環(huán)境，因?yàn)樗鼈兾挥谒蛶r石的交界面?！?br>像遺失之城這樣的區(qū)域，水和巖石之間的化學(xué)反應(yīng)使得從噴口流出的水比海洋中的水堿性更高，而海水中含有更高濃度的正電荷氫離子。從堿性水向酸性水的梯度變化就像電池正極和負(fù)極之間的差異，它可作為化學(xué)活性的能量來(lái)源。
為了研究水下熱液噴口的狀況，巴格在實(shí)驗(yàn)里了建立了模擬環(huán)境，她說(shuō)：“我們可以模擬自然界所看到的事物。”為了描繪早期地球的海洋環(huán)境，她在一個(gè)倒置玻璃瓶中裝滿了含鐵但不含氧的酸性混合物，塑料管一端穿過(guò)玻璃瓶狹窄底部，連接著穩(wěn)定的堿性溶液，其作用就像一個(gè)排氣口。
當(dāng)巴格和同事將含有RNA核苷酸的堿性噴口溶液注射到一個(gè)海洋模擬瓶時(shí)，單個(gè)的RNA核苷酸將連接成短鏈。這些短鏈僅有3-4個(gè)核苷酸長(zhǎng)度，但研究人員在2015年發(fā)表在《太空生物學(xué)》雜志的研究報(bào)告中稱，深海熱液噴口的條件狀況可能支持地球生命孕育的相關(guān)反應(yīng)。
潛在的問(wèn)題
對(duì)德默而言，在水下熱液噴口附近組裝生命元素存在著巨大障礙：浩瀚海洋會(huì)稀釋分子，所以它們不會(huì)濃縮到足以引發(fā)化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)。此外，水下環(huán)境沒(méi)有“干-濕循環(huán)”。這需要反復(fù)蒸發(fā)處理，才能將足夠多的分子聚集在一起，使其相互碰撞發(fā)生反應(yīng)，從而形成更長(zhǎng)的鏈。此外，德默表示，與溫泉中的淡水不同，咸海水會(huì)抑制薄膜的形成，并抑制分子連接在一起的反應(yīng)。
然而，學(xué)術(shù)界對(duì)德默的熱溫泉理論也提出了批判，美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心天體生物學(xué)家大衛(wèi)·德斯馬拉斯（David Des Marais）說(shuō)：“DNA和RNA鏈?zhǔn)怯闪姿猁}和糖分子交替組成的，但是糖在溫泉環(huán)境中非常不穩(wěn)定?！?br>現(xiàn)在排除水下“干-濕循環(huán)”可能還為時(shí)過(guò)早，美國(guó)鹽湖城猶他大學(xué)海洋微生物學(xué)家比爾·布雷澤爾頓（Bill Brazelton）說(shuō)：“可能會(huì)有一些水保存在噴口處，之后由于火山口消耗水進(jìn)行蛇紋巖化反應(yīng)，從而制造出其他分子，你可以在海底巖石中進(jìn)行這些脫水循環(huán)。”
當(dāng)前科學(xué)家可能無(wú)法確定地球生命如何孕育誕生：地球最早期大多數(shù)地質(zhì)記錄都已消失，除地球上的溫泉和深海噴口之外，還有許多生命起源的推測(cè)理論。例如：最新研究表明，小行星碰撞可能會(huì)將過(guò)熱的海水輸送至地殼中，產(chǎn)生類似溫泉的水熱系統(tǒng)。
德斯馬拉斯說(shuō)：“我認(rèn)為我們必須承認(rèn)一點(diǎn)，為了促進(jìn)生命孕育繁衍，早期生命可能歷經(jīng)了許多坎坷之路?！?br>地外生命
研究人員正在使用自己所學(xué)到的知識(shí)，分析生命在地球上何時(shí)何地起源發(fā)展，這些知識(shí)或?qū)⒅敢祟愒诘厍蛑鈱ふ疑锾卣鳌Ｄ壳疤?yáng)系存在幾顆頗有希望的星球，很可能在這些星球上發(fā)生神秘的生命形式。
加州大學(xué)圣克魯茲分校科學(xué)家巴塔哈說(shuō)：“美國(guó)宇航局真正感興趣的是在木衛(wèi)二和土衛(wèi)二等冰封衛(wèi)星表面之下的海洋中是否存在生命。”科學(xué)家有證據(jù)表明，這兩顆衛(wèi)星表面冰殼之下有含鹽液態(tài)海洋。
圖中是美國(guó)宇航局“卡西尼號(hào)”飛船拍攝的土衛(wèi)二冰凍表面噴涌的水蒸氣，其中含有：碳、氮和氧的化合物。羽流中的氫是冰下海洋熱液活動(dòng)的證據(jù)，類似于地球上的深海噴口。
這些衛(wèi)星有趣之處在于除了存在液態(tài)水之外，它們的表面噴射水柱，從而表明存在著熱液活動(dòng)。美國(guó)宇航局“卡西尼號(hào)”太空探測(cè)器甚至在土衛(wèi)二噴射羽流中發(fā)現(xiàn)含有碳、氮和氧的化合物，以及構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸等一些成分。木衛(wèi)二和土衛(wèi)二之所以吸引天文學(xué)家，是因?yàn)樗鼈兊暮５谆顒?dòng)可能類似于我們地球海洋的熱液噴口，這樣的環(huán)境將潛在地為生命提供化學(xué)條件。
表面冰凍衛(wèi)星也可能促進(jìn)凝結(jié)反應(yīng)，巴格說(shuō)：“即使你處于一顆冰冷的衛(wèi)星，你也會(huì)經(jīng)歷冰的凍結(jié)和融化過(guò)程，所以，我認(rèn)為有必要說(shuō)，如果干濕循環(huán)很重要，那么我們應(yīng)該在太陽(yáng)系中尋找任何可能促進(jìn)脫水振蕩的環(huán)境條件?！?br>但是要尋找遠(yuǎn)古生命跡象，德默和戴默認(rèn)為火星是更有可能存在生命的星球。礦床樣本分析表明，地球遠(yuǎn)古時(shí)期曾存在溫泉和熱液活動(dòng)，維持了濕潤(rùn)和干燥循環(huán)，這對(duì)于凝結(jié)反應(yīng)孕育生命是至關(guān)重要的。
目前，多個(gè)國(guó)家提出了火星探索計(jì)劃，美國(guó)宇航局“毅力號(hào)”火星車將在2021年2月登陸火星耶澤洛隕坑，尋找遠(yuǎn)古生命的跡象，例如：采集巖石樣本中的礦物質(zhì)。盡管火星和“邦帕斯地獄”相隔5460萬(wàn)公里，但它們兩者環(huán)境的差別并不大。 頂: 96924踩: 97