什么能量来源引发了生命的进化?

什么能量来源引发了生命的进化?

生物学家们对地球上第一个生命出现的确切地点并不完全一致。它可能是在海洋底部、浅水岩池中或由小行星撞击产生的构件演变而来;也可能是上述所有情况。我们确实知道,地球上的所有生命都需要水来生存,所以生命很可能首先在那里进化。但仅有水还不足以激发生命;它还需要能量。

今天,大多数生物从代谢糖类中获得能量,但这些分子在37亿年前,即生命最初进化的时候并不存在。

那么,有哪些能源可以帮助地球的第一批居民出现呢?

在哈德时代(大约46亿到40亿年前),地球基本上是一个海洋世界,偶尔有火山岛从水中探出头来。德克萨斯大学格兰德河谷分校研究生命起源的生物学家Eloi Camprubi-Casas(在新标签中打开)说,关于生命起源的一种理论是,来自太阳的紫外线(UV)辐射帮助在火山岛的浅层岩池中创造了复杂的分子。

Camprubi-Casas告诉《生活科学》,"紫外线[辐射]很好,因为它的能量很大,会产生电离分子,使它们更有活性",更有可能组合成产生生命的构件所需的更大、更复杂的分子。然而,Camprubi-Casas说:"紫外线辐射也会产生一个问题,即基本上分解你所拥有的任何东西。因此,即使复杂的分子形成,它们也会因为太阳的辐射而退化。

这就是为什么Camprubi-Casas和他的同事怀疑生命的起源发生在远离那些温暖池塘的地方—在海底,热的、碱性的水与冷的、酸性的水混合,创造出一种化学能量的汤,可能为生命的进化提供火花。

在海洋表面以下的深处,由于岩浆从地球的地幔中升起,在板块边界形成了地热活动区域。寒冷的海水渗入这些热区的裂缝中,溶解了岩石中的矿物质。Camprubi-Casas解释说:"当热水从裂缝中升起并流入寒冷的海洋时,矿物沉淀出来,形成有机物质的'烟囱'。这种液体是高度碱性的,含有大量的氢气,在哈德时代,地球的大气层迸发出二氧化碳,其中大部分溶解在海洋中,使海洋呈微酸性。

Camprubi-Casas说,当热液喷口的水与溶解在水中的二氧化碳结合时,产生的分子变得 "化学性质更加活跃,你可以开始添加氮来制造氨基酸,或者添加氮和氧来形成DNA的组成部分。

从太空运送生命的构件

关于地球上生命起源的一种理论认为,生命的构成要素是由小行星撞击提供的,而小行星撞击在哈德时代比今天更常见。美国宇航局湾区环境研究所的研究科学家Partha Bera(在新标签中打开)说,在小行星上,一层冰会保护简单的糖和小的氨基酸—前生物化学所需的原始成分—免受大量太阳的恶劣辐射。

"这些尸体在阳光下暴露了数百万年,它们产生了自由基—活性成分—,即使在低温下也能相互反应,"Bera告诉《现场科学》。自由基是具有额外电子的原子、分子或离子,使它们可以随时与任何东西发生反应 。

根据这一生命起源假设,当这些小行星撞击地球时,高活性分子会与海洋中的其他简单分子混合,从而产生启动生命所需的复杂化学反应。贝拉说,在这种情况下,能量来源也将是地热。

由于地球历史上这一时期的岩石样本很少(而且很小),因此不可能确切知道是哪种能源— 太阳、地热化学或地热— 引发了生命的进化。但实验室的研究和大量激烈的辩论将帮助我们理清我们可能的起源。

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