在玻璃瓶中模擬原始海洋

黃增強

我們知道，地球誕生于46億年前，由太陽星云形成。初生的地球是由氫、氦及一些固體塵埃聚合而成的內核和外部包圍的一層氣體構成，此時的地球沒有生命。隨著地球逐漸收縮，溫度也隨之升高，氫和氦迅速進入宇宙空間，地球開始由外往內慢慢冷卻，產生了一層薄薄的硬殼——地殼。剛形成的地殼較薄，而地球內部的溫度又很高，所以火山爆發頻繁，從火山噴出的氣體通過火山活動噴射出地表，其中帶有大量的水蒸氣，這些水蒸氣形成了一圈包圍在地球外圍的原始大氣層，構成了地球的還原性大氣。

地球雖然距離太陽的位置不太近，但水蒸氣能被太陽蒸干。由于地球本身有著足夠的引力拉住大氣層，所以地球才會形成得天獨厚的大氣環境。地球的地表不斷散熱，大氣層中的飽和水蒸氣冷卻凝結成雨水，于是，傾盆大雨從天而降，降落至地表下陷及低落處，形成了江河、湖泊和海洋。科學家們稱那時的海洋為原始海洋。

原始海洋雖然鹽分較低，但有機物質異常豐富。當時由于大氣中無游離氧，因而高空中沒有臭氧層阻擋，不能吸收太陽輻射的紫外線，所以紫外線直射到地球表面，成為合成有機物的能源。此外，天空放電、火山爆發所放出的能量、宇宙間的宇宙射線，以及隕星穿過大氣層時所引起的沖擊波等，也都有助于有機物的合成。天空放電能量較多，而又在靠近海洋表面的地方釋放，在那里它作用于還原性大氣，所合成的有機物質容易被雨水沖刷到原始海洋中，使原始海洋富含氨基酸、核苷酸、單糖、脂肪酸及卟啉等有機物質。因此，原始海洋就成了原始生命的起源。

生命究竟是怎樣起源的？這個問題在科學界存在多種臆測和假說。為了探索和揭開生命起源之謎，美國宇航局噴氣推進實驗室的天體生物學家勞里·巴什和弗洛雷斯帶領的科研團隊進行了一場“原始海洋模擬生命起源”的實驗。

做實驗之前，勞里·巴什和弗洛雷斯研究團隊通過對土星的第六大衛星——“土衛二”的研究，發現“土衛二”深處擁有孕育生命的熱液海洋——熱液噴口。熱液噴口是指海底的一些地方，在那里來自地殼下的熱水與接近冰點的海水混合在一起，這些通風口形成了天然的煙囪，成為各種海洋生物的宿主。在熱液海洋中，因為陽光無法穿透數千米的海水，所以海床的狀況基本是黑暗、嚴寒。但是在熱液噴口的周圍（從地殼內部噴出熱水和物質），卻有大量能夠在極端環境下生存的深海生物。熱液噴口提供了一個不需要陽光照射就能生存的地方，微生物能夠從海底冒出的“滾滾黑煙”中，享受各種化學物質組成的“自助餐”。新西蘭海洋微生物學家露西·斯圖爾特也認為：“熱液噴口確實符合生命形成的最佳假設。”

為此，勞里·巴什和弗洛雷斯研究團隊建立了一個標準的實驗室，并在實驗室的玻璃瓶燒杯里構建了一套類似深海熱液的生態環境模型，模型里面包含了水、礦物質，以及通常在海底熱液噴口附近發現的氨和丙酮酸分子——它們被視為生命構成的必要前提條件。

隨后，勞里·巴什和弗洛雷斯研究團隊將模型中的溶液加熱至70℃，這個溫度與熱水噴口附近的溫度相同，而且他們調整了pH值，以模擬堿性環境，并驗證假設。同時，他們還從混合物中除去了氧氣，因為早期的地球與今天完全不同，早期地球的海洋中只有很少的氧氣。

接著，勞里·巴什和弗洛雷斯研究團隊還使用了礦物氫氧化鐵，或者稱綠銹，這種物質在早期的地球上非常豐富。綠銹與注入溶液中的少量氧氣發生反應，生成氨基酸、丙氨酸和-羥基乳酸。研究團隊發現該模型中產生了一種值得留意的物質——氨基酸。氨基酸是構成動物營養所需蛋白質的基本物質，在蛋白質合成中至關重要，它不僅能轉變成酸、激素、抗體、肌酸等含氨物質，還能轉變為碳水化合物和脂肪，并能氧化成二氧化碳、水和尿素，最終產生能量，從而孕育出生命體。

美國宇航局天體生物學家研究團隊經過長達九年的模擬實驗，雖然并沒有在實驗室中創造出生命本身，只是展示了深海熱液噴口有孕育出最終生命形態的可能，但這項最新研究實驗結果為地球上生命的起源，以及我們可能在宇宙的其他地方發現生命提供了線索。