生命之基的炼成,究竟需要多少岁月?

2024-12-13 09:59:11   阅客

关于地球生命起源之谜,自上世纪五十年代米勒-尤里实验以来,科学界提出了多种不同的假设。伴随深空探测的进展和地面实验技术的提升,人类在这一领域取得了显著进步。

生命之基的炼成,究竟需要多少岁月?

例如,土卫二被视为太阳系中最有可能存在生命的星球之一。最近,中国科学家带领的国际团队在美国科学院的论文中模拟分析了土卫二海水的化学成分,发现其表面的冰壳下的海洋可能富含溶解态磷酸根。磷是生物体的DNA、生物膜及骨骼形成中不可或缺的元素。这一发现增加了人类对探索冰卫星地下海洋潜在生命的信心。

此外,科学家通过新技术,在一种富含水和有机物的碳质球粒陨石中,找到了组成地球生命遗传物质DNA和RNA的全部五种碱基类型。这意味着生命所需的基本成分已在陨石中被发现。

生命之基的炼成,究竟需要多少岁月?

那么,这座“生命大厦”是何时开始建造的呢?故事要从宇宙诞生之时说起。

普遍认为,约138亿年前,宇宙从一个奇点通过大爆炸扩展而成。如果将宇宙历史压缩成一年,银河系约在1月中诞生,而太阳系要到9月初才出现,随后地球形成并出现原始生命。恐龙从诞生到灭绝只持续几天,而人类则于最后一天的夜晚出现。从明朝到现在,还不到最后一秒钟。这一时间跨度展示了宇宙历史的宏大,从宇宙起源到地球上生命的出现花费了近100亿年。

生命之基的炼成,究竟需要多少岁月?

地球生命主要由碳、氢、氮、氧、磷和硫构成,简称为CHNOPS。这些元素占地球生命细胞生物量的97%。它们在宇宙中的丰度依次是碳(第四)、氢(第一)、氮(第六)、氧(第三)、磷(第十七)、硫(第九)。这些元素通过恒星内部的聚变反应形成。

在第一代恒星形成之前,宇宙中仅有氢、氦和少量锂。这些基础元素通过恒星的聚变反应演化为元素周期表上的大多数元素。关键生物酶的重金属成分在恒星演化的末期形成,而更多的金属元素则是在超新星爆发的过程中诞生,这一过程标志着恒星生命的终结。然而,恒星的死亡并不是终点,残存的物质会进入下一代恒星的形成循环。

生命之基的炼成,究竟需要多少岁月?

太阳系的元素是由几代恒星的物质积累而成,这涌现了地球这样的岩石行星和生命所需的生物元素。

在CHNOPS元素中,碳是生命形成的关键。地球生命的基本单元,如氨基酸和核苷酸,以碳为基本构成元素。碳的化学性质决定了其在生命代谢反应中的重要性。它能与自身和其他元素形成稳定的化学键,并推动生命的代谢反应。四十亿年前,地球上的生命演变的关键在于碳基有机物结构的进化。

硅和碳属于同一主族元素,化学性质相似,因此科幻作品中常设想硅基生命。然而,硅基生命面临许多挑战。硅化合物在水中的行为限制了其反应能力,且硅很容易与氧结合成不溶性的二氧化硅,阻碍了其在生命过程中的角色。

生命之基的炼成,究竟需要多少岁月?

正如卡尔·萨根所言,我们身体中的化学元素皆来自于恒星内部的核反应。我们生活在138亿岁宇宙的沧海一粟之中,尽管微小,人类却能以无尽灵感探索宇宙的奇妙,这展现了人类的伟大。

责任编辑:吴玉蓉 K1365
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