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發現火星生命謎團或將揭曉地球生命起源之謎

發現火星生命謎團或將揭曉地球生命起源之謎

發現火星生命謎團或將揭曉地球生命起源之謎

(神秘的地球uux.cn報道)據新浪科技:國外媒體報道,發現火星生命謎團,或將揭曉地球生命的起源之謎!今年夏天,美國宇航局“毅力號”將啟程前往火星杰澤洛隕坑邊緣,此次任務的目標是了解更多關于我們的鄰居行星,并收集樣本帶回地球。科學家希望通過研究該隕坑北部邊緣的遠古碳酸鹽巖,盡可能采集到生命跡象。我們在那里發現的任何事物,甚至是遠古時期遺留下來的化石,都可能為揭曉地球早期生命如何孕育提供重要線索。

在地球深層生物圈,科學家發現一些細菌,它們通過食用或者呼吸簡單的地球燃料為自己充電。這或許是科學家開始在火星上尋找生命的重要線索,目前火星生命是美國宇航局“毅力號”探測車的主要勘測目標之一。

火星體積較大,而且每次耗資巨大僅能覆蓋部分地區,因此有必要制定一些方案縮小搜索范圍。即使我們假設地球生命和火星生命是獨立誕生的,我們也可以從火星上發現地球生命演化的重要線索。到目前為止,最受推崇的方法是關注所有已知生命形式的共同行為:從環境中獲得能量的能力,通過對不同代謝系統的研究分析,我們發現細胞完成這一奇妙的目標可歸結為一種共同策略,簡單地講:電。
電流通常被認為是一種人類技術:精心設計的電路網絡編織著整個人類文明,用于滿足人類的需求。但暴雨天氣中雷電劃過天空時,會使黃鐵礦晶體緩慢銹蝕,油田燃燒,早期人類并沒有發明電,無論我們多么渴望電能。事實上,電比人類出現得更早,比地球生命更早存在,作為一種無生命的物理過程,它也是生物體獲取生命能量的動力核心。

能量可以完成許多工作,細胞是我們已知的生命基本單位,它們構建蛋白質,復制自身,并抵抗無處不在的引力。而在我們所熟悉的地球生物圈中,生物體依賴太陽能量來提供自己的動能,或者直接通過光合作用,消耗太陽的有機產物,這兩種過程基本上都是帶有電性的。地下深層生物圈的新陳代謝也是如此,數千米之下存在一個黑暗的平行世界,在地下幾千米深處,科學家發現一些細菌,它們通過食用和呼吸簡單的地球燃料為自己充電,這或許為搜索火星等行星的原始生命提供重要線索。

從宇宙角度考慮,很難排除任何星球存在生命的可能性。

人們幾乎普遍認為火星表面不適合生命存活,但在火星表面之下,存在著液態水,受殘存的地熱活動和緩慢冷卻的地核輻射而變暖,科學家懷疑他們可能會在火星發現與地球深層生物圈相似的條件。如果地球上的生命細胞可以在這樣的條件下利用電能,那么火星上的生命細胞或許也可以。

在地球表面,許多生物體通過在葡萄糖和氧之間轉移電荷從而產生電能,在地球之下,他們可以利用氫氣和二氧化碳,但是這兩種情況下產生電能的操作是相同的,兩種兼容化合物之間達到電荷平衡。畢竟電是從靜態電荷或者動態電荷中獲得的能量,但是電荷是什么?生命如何利用電能工作的呢?

“正電荷”和“負電荷”反映了參與電過程的原子的可觀察物理性質,就像表示分子溫度的“熱”和“冷”一樣,當兩者分離時,就無法正常運行,當兩者接觸時,兩者之間會形成橋梁。電路的正負極也是如此,兩個端子之間的電荷差被稱為電壓,它們之間的電流可以被有效地利用,在地球上,更古老的深層生物圈細菌利用低壓電路,而更復雜的地表生物則依賴于高壓電路,因此,在探測火星表面的生命時,我們應該期望能在遠離火星表面的地方找到更簡單、進化程度更低的低壓微生物,這是我們探索的主要目標。

即使是從滲透到火星地殼的地質氣體中獲取電能的基本微生物,也可能存在一種保守的代謝電路,因為所有已知的人類生物都使用相同的機制為自己制造能量。科學家研究發現所有細胞都通過一種被稱為電子傳遞鏈(ETC)的生物絲進行橋連供給它們吃和呼吸的電荷差異,電子傳遞鏈的普遍性表明,它是地球生命進化過程中的一個早期創新,也是解決當前問題的最佳方案。假設火星上的生命起源與地球生命起源相似,我們可以期待在火星上發現更多版本的電子傳遞鏈,其中的任何差異將講述著兩個進化途徑的故事。

如果地球和火星生態系統基于核酸或者氨基酸是基本相似的,這可能表明,火星生命是陸地起源,在火星遭受小行星頻繁碰撞過程中,很可能小行星將生命種子帶到了火星,該時期發生在大約38億年前。但還有另一種假設,其核心機制是所有活細胞以保守的電能代謝方式生存,因為這是唯一可能發生的方式。

盡管這看起來像是進化決定論,但細胞被限制在某種進化路徑上的觀點似乎是可行的,無論它們出現在什么環境。當然,地球上生物新陳代謝的核心電荷轉移反應,更廣泛地稱為:“還原/氧化(氧化還原反應)”,即使在沒有生物的情況下也能產生電流。以科學家亞歷山大·沃爾特在18世紀發明原電池為例,他發明的核心氧化還原反應對無處不在的現代電池仍然至關重要,自從他的發現之后,生物學家發現類似的氧化還原反應都是以新陳代謝為基礎。除了在金屬中提取電荷之外,自然界提供了各種不同的可食用、可呼吸的物質。
在地下幾千米深處,細菌通過食用簡單的地下燃料為自己充電。

從氫氣至硫酸鹽的所有化合物都可以作為代謝回路的末端,盡管它們存在一定的靈活性,但在結構和功能等方面,多種生命形式的電子傳遞鏈相似度表明,在生物系統進化歷程中僅存在少量的自由度。美國辛辛那提大學電子微生物實驗室負責人安妮特·羅維曾研究生物體代謝回路驅動能量的不尋常方式。她在一些研究中聚焦通過電極攜帶呼吸電流的細菌,在一次電話采訪中,安妮特指出,雖然這兩種生物代謝系統可能“擁有看似相同的蛋白質結構,但從進化角度而言,它們多數是獨一無二的。”這意味著生物細胞在進化歷史上對于電能采集分配問題的策略是相同的,它們是通過什么物質來解決的呢?三磷酸腺苷。

三磷酸腺苷簡稱ATP,是一種令人難以置信的生物學物質,遍布世界各地。眾所周知,所有已知細胞都是使用電化學漸變實現生物功能,但大多數細胞內部并不直接接觸電流,相反,它們將電能輸送到一個移動中間體——ATP,其原理與無線技術十分相似。在這種“無線傳輸機制”下,細胞內部過程,例如:主動轉運、聚合作用,遠離代謝機制的區域。細胞使用擴散性ATP提供必要的刺激,而不是依靠神經線路,正如我們所知道的情況,ATP是生命的基礎貨幣,就像人類貨幣可以在社會中普遍交換一樣,ATP也可以很容易地在細胞內交換。

ATP是一種高能彈簧分子,它比任何物質都想要分裂,這種爆炸能力被蛋白質用于執行機械過程,ATP像電子傳遞鏈一樣,已進化了很多次。這種進化趨同性的強大本質暗示我們會在地外生命中發現ATO或者類似的中間體物質。

活細胞以這種方式進化,因為這是唯一可能發生的方式。

接下來的問題是,我們在地球上觀察到的模式——電子傳遞鏈及其ATP產生過程中的作用,是所有生命的基礎,還是我們所知生命的基礎。在地球上找到實時進化的替代系統是很困難的,因為原始細胞即使是生長最慢的競爭者,也會在38億年的進化過程中勝出。也許在我們的深層生物圈中,生命先驅物種數量豐富,但是捕食行為阻止了它們的發展。在火星低能量深度進行探索,這里潛在的生物活動較慢,可能會發現古老的生命結構,填補我們對這兩顆行星上最早生命形式的認知空缺。

探索火星表面之下的生命起源并不是什么新想法,20世紀博學家托馬斯·古爾德曾預測稱,地下深層生物圈真實存在。該預測比實際發現地下生物圈早10年,他還認為,在星球表面深處,由化學物質提供能量的生命形式……可能在宇宙中非常普遍。最新實驗模型表明,僅在銀河系就存在大約60億顆類地行星,暗示維持地球早期生命的低壓化學物質可能遍布整個宇宙。古爾德的理論觀點可適用于火星等多顆天體的地下環境探索。

古爾德提出的另一個建議是:我們對生命的定義可能受到我們經歷的限制。他認為,在已知地下深層生物圈通常是一個很大的區域,對于我們所知道的細菌生命而言,這里太熱了,但它仍然能夠支持其他可以調節這些能量反應的化學處理系統。換句話講,可能會有其他范式擴展我們對生命本身的理解。

其他科學家也有同樣的想法,雖然正如我們所知的那樣,生命是由電能驅動,但是任何能量梯度都可能成為火星燃料。羅維謹慎推測稱,生命碰巧是通過氧化還原反應產生的,所以人們在尋找其他行星上的生命時會尋找它們,但是生命可能還有其他獲得能量的方法——熱能或者磁性過程,這些方法在一開始似乎對生命而言是不可行的,但誰知道呢?在宇宙角度來考慮,很難排除任何可能性。

盡管如此,似乎大多數研究人員將賭注押在火星上,認為這顆紅色星球很可能存在生命跡象。澳大利亞昆士蘭科技大學研究員大衛·弗蘭尼瑞在接受電話采訪時表示,我們現在知道深層生物圈的范圍很廣,因此,如果過去火星上曾存在生命的話,我們有理由假設火星上也曾存在類似的生物圈。在地球上,生物很可能是從地下深處向地表進化,未來我們的火星探測車將鉆入火星地殼,揭曉潛在的第二棵生命之樹根源。




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