生命起源于火星,人类是火星人?这种大胆的假说在科学界引起讨论

2022年06月28日12:20:17 科学 1574

生命是如何产生的呢?现如今关于生命从何而来的观点五花八门,美国加利福尼亚理工学院教授约瑟夫·卡什宾克却认为:“太古的生命不是在地球上诞生的,而是从火星来的。”

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40亿年前的地球

加州理工学院的约瑟夫·卡什宾克在格陵兰岛上发现了一种38亿年前的岩石,被称为“黑色页岩”。

卡什宾克说到:“当你看黑色页岩时,你会看到一层美丽的薄层。这些岩石能够避开水面上的汹涌波涛,这意味着它们是在海洋中更深的地方形成的。事实上,我们看到的几乎所有40亿年前的岩石都表明,地球是一个只有海洋的世界。”

40亿年前,地球与今天的情况相差甚远,是一个几乎没有陆地,只有海洋的星球。许多科学家认为,地球上巨大的“大陆”形成于大约27亿年前,或者更晚,这得益于当时火山活动的增加。

卡什宾克接着说到:“为了形成生命,你需要用有机物制造大分子,而要做到这一点并不容易,因为40亿年前,地球上没有陆地,全部被海洋覆盖。如果有太多的水,反应就无法进行。另一方面,火星有陆地以及海洋,所以如果你比较40亿年前的两颗行星就会发现,火星会更适合生命的存在。”

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死亡谷的生命诞生过程

卡什宾克认为,了解40亿年前火星环境的最佳地点在加利福尼亚州的死亡谷。

死亡谷每年的降水量仅为50毫米,这是一个干燥的大地绵延的地区。卡什宾克来到了该地区的中心——巴德沃特。

死亡谷地区中心的巴德沃特,这里的区域被白色的晶体包围,一种奇怪的景象蔓延开来。卡什宾克拿起一撮大约2厘米厚的某种晶体,舔了舔,随后说到:“咸的。”这是天然盐。

“这些是曾经存在的大湖泊蒸发后留下的盐渍。死亡谷是北美大陆上海拔最低的地方,大量的水流入其中。在一段时间过后,这里的水蒸发了,里面的元素浓缩了,它们成为了这些晶体。在这里你可以看到以前湖泊的痕迹。”

卡什宾克随后指了指几百米外的一个悬崖,悬崖上有一条微弱的黑线。那是以前的水面。海浪袭来,削去了岩石。

这里曾经是一个湖。但是随着干燥,水中的成分浓缩了。卡什宾克认为,正是这种干燥的陆地,才是生命诞生的理想选择。死亡谷的形成就是生命诞生的过程。

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为什么水对有机生命来说是必要的?

所有生命都有由两条链组成的“DNA”(脱氧核糖核酸)。DNA原本被认为是由一条链“RNA”(核糖核酸)产生的。

RNA是一条被称为“核苷酸”的有机材料长链。 核苷酸也是由称为“碱基”、“脱氧核糖”和“磷酸”的连接部分组成。

从碱基、脱氧核糖和磷酸到DNA的过程涉及几个关口。

第一道关口是核苷酸的合成。为了连接这些部件,需要去除水分子。水太多的话是很难发生反应的。

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解决这个问题的环境就在死亡谷。

卡什宾克说,到处滚动的小岩石表明了这一点。岩石乍一看没有什么变化,但仔细一看,就知道是一块大岩石裂缝形成的。

“一下雨,盐就会融化成水,然后进入岩石的缝隙。不久干燥后,水蒸发后,盐就会在岩石中形成结晶。形成这个结晶的时候,岩石就会因为膨胀的力量而裂开。”

裂缝的岩石的存在,说明了在死亡谷中水的流入和干燥反复发生了好几次。

“要产生生命,必须从单纯的有机物中形成复杂的DNA,最适合这个环境的一个是干燥的地方。因为生命是通过去除水分子连接有机物而产生的,所以需要干燥的环境。”

在合成核苷酸时,在陆地上,而且反复水的流入和干燥的环境才是理想的。而且从最新的探测中,我们知道了在太古的火星上存在着同样的环境。

作为证据的岩石,在火星探测车奥布丘尼蒂(Opportunity)着陆的梅里迪亚尼平原(Meridiani)上被发现。在那块岩石上,有好几个细长的裂缝,可以认为是与在死亡谷看到的破碎的岩石相同的构造而产生的。

除此之外,探测车还发现了一种叫做黄钾铁矾(Jarosite)的矿物。在地球上,这是在水干涸的地方可以看到的矿物。根据这些证据,卡什宾克认为,在太古的火星上,与死亡谷一样,水的流入和干燥是反复的。

在40亿年前,火星上有一个全是水的地球所没有的环境。这种环境下,能够诞生出生命的条件。

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掌握生命诞生关键的物质

有海洋和陆地的火星可以说为生命缔结DNA的第一步——核苷酸的合成具备了理想的环境。那么下一步,RNA的合成又如何实现呢?

当核苷酸存在于水中时,它们不会像现在这样结合。这是因为它们会随着时间的推移而分解。30年来,从实验中不断探索生命诞生过程的美国伦塞勒理工学院教授詹姆斯·费利斯(2016年去世)找到了解决这个问题的关键。

费利斯生前接受访问时说道:“我们正在研究粘土矿物,发现了一种被称为蒙脱石的粘土,这很重要,因为它有促进化学反应的力量,在进行RNA合成时使用蒙脱石,反应会一气呵成。”

实际上,费利斯等人用蒙脱石做了相关的实验。在试管中加入少量蒙脱石和活化的核苷酸溶液并搅拌。经过3天后,用测定器测定,核苷酸最长连接了15个。仅仅3天的时间就有15个核苷酸连接产生。

实际上,蒙脱石从微观上看是带电的层。通过电的力量,核苷酸被吸引到层之间。每个分子在特定方向上整齐地排列在粘土上。其结果是,结合效率很高。

费利斯兴奋的说道:“这一发现非常重要,有了蒙脱石,你就可以排起一长串分子,我们过去连过50个,也就是说只要有蒙脱石,生命诞生的可能性就很高。”

可能掌握生命诞生关键的蒙脱石。这种神奇的粘土在火星上也有发现。2009年,探测器MRO在梅里迪亚尼平原的一部分发现了被认为是蒙脱石的粘土。

也就是说,火星上存在生命必备的DNA与RNA产生的两个条件,即反复水的流入和干燥的环境,还有蒙脱石。

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“我们的母星是火星!”

卡什宾克指出,40亿年前的火星比只有大海的地球对生命的诞生更有利。

“生命是在哪里诞生的?我想不是40亿年前的满是水的地球。那个时候的火星上有海,也有干燥的陆地。陨石坑的凹陷变成了湖泊,在那里水的流入和蒸发反复。太古火星的环境,有可能与生命的诞生相连。我们的母亲行星是火星,我认为我们是火星人。“

如果说生命诞生于火星,那么又是怎么来到地球的呢?

针对这个疑惑,卡什宾克说,从火星到地球的移动,有一艘非常合适的“宇宙飞船”。那就是陨石

根据卡什宾克的构想,40亿年前,生命的先祖诞生于火星之上,随后又“乘坐”着一艘名为陨石的小宇宙飞船来到了地球。

那么,陨石又是如何从火星飞到地球的呢?

卡什宾克思考的剧本是这样的。40亿年前,火星上产生的微生物也生活在岩石中。有一天,小行星撞击坠落在火星上,无数的碎片飞出宇宙空间,经过漫长的太空旅行,其中一些微生物到达地球,生存下来的微生物成了我们的祖先。

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微生物能忍受长时间的宇宙旅行吗?

卡什宾克的剧本看上去非常合理, 但是,这个剧本要成立有三个条件。

第一个是陨石到达地球的“旅行时间”问题。

第二个是在太空中飞行的“辐射”问题。

第三个问题是陨石进入地球大气层时的“热量”问题。

首先,让我们考虑“旅行时间”。如果时间太长,甚至微生物也会在途中死亡。英属哥伦比亚大学的教授布雷特-格拉德曼计算了旅行时间。

“你可能会惊讶,一块石头首先会从火星来到地球。因为在广阔的宇宙中,地球只是一个小小的存在。”

格拉德曼先生用计算机计算了多长时间在太空中旅行,才能到达地球。当小行星撞击火星时,碎片会向各个方向飞出,但根据飞出的方向和地球的位置关系,到地球的移动时间会发生变化。

计算结果显示,如果一块碎片以每秒3.3公里的速度射入太空,大约1%的碎片会在一百万年内到达地球,0.1%的碎片会在10万年内到达地球,0.00001%的碎片会在10年内到达地球。

“一次大的撞击有时可以喷射出数以亿计的碎片,所以即使在10年的条件下,也会有十几个碎片到达地球。你可能对旅行时间之短感到惊讶,但这是射出的碎片数量之多的自然结果。”

陨石到达地球所需的旅行时间似乎并不那么难以实现。

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会有不受辐射影响的生物吗?

那么,第二种情况,即空间辐射呢?

对于生活在岩石中的微生物来说,宇宙辐射也是一个主要的威胁,因为它的能量含量高,而且能够渗透到岩石内部。微生物能在辐射下生存吗?

日本原子能机构(JAEA)高崎高级辐射研究所的鸣海一成利用细菌测试了这个问题。

放射性球菌被称为对辐射有强烈抵抗力的细菌。鸣海一成将1000万个脱氧核糖核酸和大肠杆菌分别放在培养皿中,并将它们暴露在高能辐射下,即所谓的重粒子辐射。

结果便是,大肠杆菌被杀死了,但脱氧核糖核酸菌却存活下来并繁殖了。从这个实验来看,人们认为脱氧核糖核酸可以在宇宙辐射中生存10年。

为什么脱氧核糖核酸能够在高能辐射下生存呢? 这是因为该细菌有一种蛋白质,可以加速DNA修复。这意味着,即使DNA的双螺旋被辐射完全切断,它仍然可以被修复并存活。

这样看来,在宇宙中随处可见的辐射问题似乎也能够解决。

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从火星飞来的陨石上残留的证据

但是最后留下了一个很大的问题,这便是岩石进入地球大气层时暴露的“热量”问题。

从大气层落下时陨石的表面温度达到数千摄氏度。微生物能突破这个极限状况吗?

卡什宾克先生决定用实际来自火星的陨石来验证这个问题。为此使用的是在南极发现的被称为ALH84001的陨石。

这颗陨石40亿年前在火星的岩浆堆中结晶,飞到了地球。卡什宾克利用可以测量岩石微小磁场的“磁显微镜”,从陨石的磁场中,调查了陨石是否在高温下被加热。

从磁场中可以知道过去的热量的数据,岩石冷却凝固时,数据记录着陨石的磁场方向。另外,由于地壳的变动等形状歪斜,在陨石中也留下了记录。

卡什宾克调查了一些较大的火星陨石,发现靠近陨石表面的部分磁场方向不齐,参差不齐。磁场被复位,是经历了高热的部分。

另一方面,陨石的内侧,磁场的方向保持均匀。这表明磁场没有复位。

“陨石经过地球大气层时,被强烈加热,消除了外侧约3毫米的磁场。也就是说,热量只到达了那里。3毫米以上的内侧,没有加热到很高的温度。”

进一步调查了发生磁场复位的温度,结果为40℃。也就是说,原来的磁场残留的陨石的内侧被保持在40℃以下。

“如果在40℃以内,细菌就不用说了,动物的卵也能存活下来。我们的祖先就是这样的宇宙飞船,来到地球的吧。”

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微生物能够在太空中旅行

看来,微生物可以在进入大气层的高温下生存。火星上的生命通过陨石来到地球,成为我们的祖先。卡什宾克的理论正变得越来越合理。

今天,火星是一个极其寒冷的沙漠。 但是40亿年前,人们发现火星是一个比地球更适合生命的星球,有海洋和陆地。

火星真的是所有生命的家园吗?科学家们探索生命根源的挑战将继续下去。

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