地球生命起源純屬偶然?美媒:日本科學家通過宇宙模型求解

美媒稱,研究人員最近頗具創造性地探索了生命自發起源於無機物質的可能性——這一過程被稱為無生源說。

美國趣味科學網站4月21日文章稱,科學家猜測,在地球上每一個角落裡的複雜生命都起源於非生命物質的偶然重組,這種重組產生了生命的基本構件。

話雖如此,卻並沒有具體證據支持這一想法。

在一項研究中,東京大學天體物理學家戶谷友則製作了分子微觀世界的模型。該模型宏大到整個宇宙,目的是判斷無生源說是不是生命起源的一種可能性。戶谷實質上是在判斷當時宇宙中擁有宜居行星的恆星是否足夠多,多到可以形成生命起源所需要的複雜性。他的研究結果2月3日發表在《自然》週刊上,研究認為生命以這種方式起源的可能性不大,至少在可觀測宇宙中是如此。

戶谷對趣味科學網站說:“我希望為無生源說找到至少一條現實的路徑。有時候人們宣稱無生源說的可能性低到難以置信,生命起源無法用科學來解釋。我作為一名科學家,夢想著能夠為我們為何存在找到科學的解釋。”

戶谷的研究工作考察了無生源說的一個主要假設,即我們所知的生命始於研究人員所說的核糖核酸(RNA)世界。這個假設認為,在演化出蛋白質和雙鏈條遺傳分子脫氧核糖核酸(DNA)之前,主導世界的是與DNA相似、但效率較低的分子RNA。DNA在今天為地球上的生命提供指令。

在RNA世界中,RNA是第一種能夠複製和儲存信息的分子,也是第一種能夠啟動和加速化學反應的分子——這是地球生命的兩個基本特徵。與定義今日之生命基於DNA-蛋白質的化學規則相比,RNA世界是一種更原始的分子世界。

RNA儘管原始,卻由很多叫做單體的分子構成,這些單體連起來組成聚合物。具體說來,RNA由一條氮基分子鏈構成,這些氮基分子名為核苷酸。研究人員認為,為了使RNA發揮自我複製的基本功能,它的鏈條上需要包含至少40至60個核苷酸。

那麼,這些包含至少40至60個核苷酸的RNA分子是怎麼憑空出現的呢?實驗已經證明,只要時間充裕、條件適當,核苷酸可以隨機組合成RNA。但這些實驗表明,隨著核苷酸鏈條變長,RNA數量會迅速減少,沒有一項實驗能夠持續產生長度大於10個單體的鏈條。

戶谷的模型使用了最保守的RNA聚合方法,即單體之間一對一地隨機連接,直到形成單體鏈條。科學家已經表示,聚合物(每一個都由多個單體組成)可以相互連接,使進程加快。但戶谷說,這樣一種過程“具有高度的猜測性和假設性”。

科學家認為,地球上的生命大約出現於這顆行星形成的5億年後。考慮到可觀測宇宙中估計有10至22顆恆星,似乎宇宙中出現生命的可能性很大。但研究人員發現,考慮到我們這片宇宙中擁有宜居行星的恆星數量,不大可能隨機形成長度超過40個單體的RNA。由於可觀測宇宙中擁有宜居行星的恆星數量太少,無生源說無法在地球生命形成的時間框架內發揮作用。

大約138億年前,我們的宇宙形成於“大爆炸”。在那之後,它經歷了一段快速膨脹期,這種膨脹一直持續到今天。如果我們把宇宙想象成烤箱中正在烤制的一個麵包,那麼我們能夠觀測到的宇宙就像是麵糰中的一個氣泡,氣泡的邊緣就是自“大爆炸”以來光走過的最遠距離。隨著麵包膨脹起來,我們的氣泡也在變大,而麵包內的其他氣泡距離我們越來越遠。我們的氣泡就是我們能夠看到的一切,儘管這個麵包的其他部分依然存在。

整個宇宙有非常多的恆星。當戶谷把這種恆星數量的大幅增加考慮在內時,他發現生命的出現不再是不大可能,而是非常可能。

這對RNA世界假說而言可能是個好消息,儘管它有可能意味著在宇宙中尋找生命是一項沒有前途的事業。

戶谷說,如果生命始於RNA,那麼“地球生命的誕生是因為極其偶然地形成了一條長RNA聚合物。最有可能的是,地球是可觀測宇宙中唯一有生命的行星。我預測未來對地外生命的觀察和探索不會產生任何積極結果”。


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