第三節 太空中的生命元素

生命的基因遍布宇宙，生命本身就是物質量子化的聚合運動，量子賦予了生命的動力與原始力。宇宙、太空都參與了地球生命的進程。我們有必要在宇宙的邏輯，審視生命是必然還是偶然。因此我們可以探視一下，生命關鍵的有機物在宇宙中的位置，這樣我們會更好地理解，宇宙中生命是否具有普遍意義。

在地殼里，氫如果按重量計算，占總重量的1%；如果按原子百分數計算，則占17%。氫在自然界中分布很廣，水便是氫的“倉庫”——水中含11%的氫；泥土中約有1.5%的氫；石油、天然氣、植物體也含氫。在整個宇宙中，按原子百分數來說，氫卻是最多的元素。據研究，在太陽的大氣中，按原子百分數計算，氫占81.75%。在宇宙空間中，氫是宇宙發生的太初元素，氫原子的數目比其他所有元素原子的總和約大100倍。

氧是地殼中最豐富、分布最廣的元素，在地殼的含量為48.6%。在大氣中占23%。大多數元素在含氧的環境中加熱時可生成氧化物。有許多元素可形成一種以上的氧化物。

地球上的水資源比較豐富，地球大部分被海洋覆蓋，無論是在地下，還是在大氣、河流、湖泊里面都擁有良好水資源，這為生命的誕生及延續提供了基本的保障。

最新科學研究證明，在太陽系很多的行星都擁有水或者曾經擁有水，而最近科學家通過月球撞擊試驗發現，月球擁有大量的水?？茖W家已經獲得了迄今最有力的證據，證明土星的一顆小衛星——土衛二表面之下擁有一個巨大的咸水海洋。

美國航天局2012年9月27日宣布，從“好奇”號火星車發回的圖像顯示，一些火星巖石中含有火星古老河床碎石，表明火星表面確曾有水流淌過?！昂闷妗碧栒业搅艘粭l火星古老河床的證據，它與地球上一些河床相似，“好奇”號傳回火星礫巖層中石子大小和形狀的信息，從這些碎石的大小，我們可以了解到，水流速度約為每秒3英尺（約合0.9米），水深大概在人的腳踝到臀部之間。

2013年3月，美國宇航局的“好奇”號火星車在一個古代河床的沉積巖中鉆取的巖石粉末樣本中，科學家發現了硫、氮、氫、氧、磷和碳，其中一些是形成生命所需的重要化學要素。分析得出的數據顯示，“好奇”號勘探過的黃刀灣可能是一個古代河系的盡頭，也可能是一個間歇濕潤湖床，能夠為微生物提供化學能量以及其他必要條件。該巖石是由含有黏土礦物、硫酸鹽礦物和其他化學成分構成的細粒泥板巖，遠古潮濕環境不同于其他火星地形，并未遭受嚴重的氧化和酸化侵蝕，含鹽度并不高。好奇號火星車機載化學實驗室的創新性分析顯示，遠古火星可能支持微生物體存活。

2013年發表在3月7日的《科學》雜志上的研究表明，遠古火星的洪水可能來自深層的地下水庫，火星生命可能存在于800多米深的地下，這里的環境可能滿足火星液態水的存在。即便火星上的古老河流或湖泊被蒸發了，深層地下依然有機會留存著大量水分，無論這些水是以液態形式還是固態形式存在。而科學家在地球下1.6公里就發現了不可思議的微生物，它們嗜好放射性礦物能量。

2011年7月，歐洲南方天文臺說，一個國際天文學家小組在太空中首次發現過氧化氫分子，分析指出在太空中，氫原子與氧原子在宇宙塵埃的顆粒表面可以發生反應，形成過氧化氫。氫分子再與過氧化氫分子反應，就會產生水。

2011年6月，天文學家最新觀測發現距離地球750光年之遙有一顆奇特的年輕的類太陽恒星，它爆炸式地噴射大量水滴至太空之中，釋放的水液速度比高速子彈運行更快。

這項發現表明原恒星可能在宇宙中“播撒”液態水，伴隨著環繞恒星周圍的下落灰塵的逐漸增多，這些恒星胚胎從南極和北極噴射物質流。這顆恒星釋放的大量水滴相當于亞馬遜河水流速度的數億倍。這些恒星水滴的時速可達到20萬公里，這相當于機械手槍射擊子彈速度的80倍?！边@項研究發表在《天文學&天體物理學》期刊上。

2011年7月，由美國加州理工學院牽頭的兩個天文學家小組在距離地球120億光年的宇宙深處，發現了一個有史以來探測到的最大最遠的關于水的蹤跡，科學家將其稱為“巨型海洋”，這個“貯水池”由水蒸氣組成，以云狀物存在。

經過估算，它的含水量約有10萬個太陽質量，相當于地球上水量的140萬億倍。與一般星系相比，它的密度高出1～2個數量級，溫度高出5倍。來自這個類星體的光譜信號可能是宇宙不足16億年時發出的。這證明了一個事實：水在宇宙中真的是無處不在。

水是“萬能溶劑”，水可溶解幾乎所有的元素，因此海洋中含有生命所需的全部物質。現已查明，原始海洋聚集了豐富的生命化學物質，同時，由于能阻止紫外線對生命的殺傷，海水又是生命的“保護傘”，生命與海洋有“不解之緣”。最早的化石記錄可追溯到在35～37億年前格陵蘭、澳洲和南非地層中發現的微體生物化石，類似于現代藍菌。由于古老的生物沒有硬體而極難保存，因此有人推斷42億年前就可能有生命從大洋出現。

在太古代，生命剛剛起源的時候，地球上還沒有綠色植物。那個時候，地球處于高溫、缺氧的環境，與今天深海海底環境十分相似。因此，科學家們非常想通過研究深海環境，來想象當年太古代的情景，探尋生命起源之謎。

碳對于生命來說極其重要，碳廣泛存在于地球大氣和地殼，宇宙太空中。很早就被人認識和利用，碳的系列化合物——有機物更是生命的根本，碳能在化學上自我結合而形成大量化合物。

2011年9月，美國卡內基研究院的研究人員對來自地表以下700公里深處地幔層的鉆石進行了分析，發現其包含的雜質成分與海洋底殼一致，為碳循環深及地表以下數百公里提供了第一個直接證據。科學家曾推測，碳循環可能深入到地球的內部，但一直沒有證據支持這一觀點，論文發表在9月15日的《科學快遞》網絡版上。

從星際有機分子到地球有機世界的演變

由于星際物質非常稀薄，天文學家們起初認為星際氣體都是單個原子或離子，分子是根本不可能存在的。但是，科學家們1963年在仙后座探測到了羥基（OH）,1968年在銀河系中心區探測到了氨（NH3）和水，1969年發現了甲醛（HCHO）。星際有機分子的發現有助于幫助人類了解星云及恒星的演變過程，同時也增大了外星生命存在的可能性，因此它也被譽為“20世紀60年代天文學四大發現”之一。

截止2001年，科學家們已找到120多種星際分子，其中約2/3是由碳、氫、氧等元素組成的有機分子，約1/3是由硫、硅等元素組成的無機分子。在金牛座的星際云中發現了氰基己三炔（HC7N）有9個原子，分子量99，含有長碳鏈結構，接近于有機化合物。1978年發現的氰基辛四炔（HC9N）含有11個原子，分子量123，是結構最復雜的有機分子。1974年在人馬座B2星云中找到了大量乙醇分子（乙醇也即酒精），其含量有8000億億億升，是地球體積的7000多倍！

2010年，科學家又在距離地球700光年的在英仙座的星際介質中，發現一種有機分子蒽（俗稱綠油腦），化學式為C14H10，這是目前為止，在太空中所發現最復雜的有機分子之一。像蒽這種復雜的碳氫化合物，受到紫外輻射影響，再結合水和氨等化合物后，就可以合成氨基酸等有生物之前與生命發展相關的基礎分子。兩年前他們也在同一塊區域發現另一種復雜有機分子（萘俗稱臭樟腦），看來這個區域孕育著生命的搖籃。

2012年9月，天文學家們發現在一顆距離地球約400光年遠的恒星周圍的氣體云中存在單個最小糖分子乙醇醛。丹麥哥本哈根大學天文學家詹斯·約根森（Jes.rgensen）表示，此次他們小組探測到的是地球上同樣存在乙醇醛，這種物質在形成核糖核酸（RNA）的化學反應過程中起著非常關鍵性的作用，而RNA則是在所有生命體細胞中起到關鍵性作用的重要生物分子結構體。這是科學家們首次在太空中距離一顆類太陽恒星如此近的距離上觀察到糖分子的存在。

2013年3月，科學家安東尼·瑞米簡領導的研究小組，通過射電望遠鏡在人馬座B2區域發現氰基甲烷亞胺和乙烷亞胺分子。這些物質被認為是“前體分子”，這就意味著在它們所參與的化學反應中起到了“啟動”的作用，是分子鏈反應的早期步驟。安東尼·瑞米簡認為，嘌呤和氨基酸的化學前體如同生命種子，此外，隕石也是隱藏生命分子的地方，如果隕石中發現了氨基酸和DNA堿基，比如腺嘌呤，這就意味著其形成機制發生在宇宙空間中，我們最終將能夠回答人類是否是宇宙唯一生命的疑問。

在一些暗氣體星云中，由于對光及紫外線的屏蔽作用，更可能有很多無機分子、甚至更復雜的有機分子。因為那里有足夠多的塵埃雜質，甚至溫暖溫度有可能已經形成生命，對于生命來說，早在太陽系與地球誕生之前，最早的復雜的有機分子甚至生命，就已在茫茫太空漂泊了。

宇宙生命的前傳

現代科學試驗及考察已經證明，在極端寒冷、高溫、酸、堿、鹽、的條件下，生命是能夠存在的。生命可以出現在地下一千多米下面、深海、太空高輻射環境中，在沒有陽光、沒有氧氣、營養物質極端缺乏的條件下，照樣能夠有生物體甚至動物存在。

既然量子具有選擇性，看來，生命的演化要放在幾十億之年之外的宇宙角度思考，生命演化時間或遠超地球本身！何況從給科學生命體的定義來看，像煙草葉病毒及噬菌體病毒科學界不認為是單獨的生命，但本身卻體現了其與傳統大有機分子不一樣的智能性。

傳統理論認為最早誕生于地球上的生命出現于35～39億年前，但是有些科學家認為，生命比地球歷史更早。2013年4月，美國遺傳學家阿列克謝·沙羅夫（Alexei Sharov）與理查德·戈登（Richard Gordon）在研究數據中顯示，生命進程的演化歷史很有可能遠遠早于地球的出現，生命最早可能出現在100億年前，比地球45億年的預測年齡古老得多。在太陽系形成的時候，可能已經存在著類似細菌的生物體，或者一些存在于銀河系古老區域的簡單核苷酸，可能通過彗星、小行星或其他太空碎片來到地球。

甚至有科學家判斷，人類與外星人擁有共同的基因。如果宇宙中生命積木間的關聯可能比原先設想得更為緊密，人類與外星人可能有著一樣的基因結構。這一模式是在隕星、深海熱水孔以及對地球早期情況進行模擬中形成的氨基酸中發現的，看起來它符合熱力學的基本原理，適合已知的整個宇宙。來自安大略省漢密爾頓的麥克馬斯特大學的拉爾夫普德里茲支持這樣的觀點并表示，“這可能顯示宇宙中的首個遺傳密碼的結構是一樣的?！贝_切地說，就是都有20種氨基酸，這正是組合形成蛋白質的復雜分子，而蛋白質又能再組成核酸，從中完成最簡單的自我復制過程。

早在1953年著名的米勒—尤里試驗，已有10種氨基酸可以通過人工合成，該試驗模擬了地球早期的環境，氨基酸同樣也在太空隕石、彗星中獲得發現，越來越多的科學家認可地球生命來源與太空中的生命種子。一些科學家認為某些大型的隕星既溫暖又含水，與地球早期的某些溫度環境大致相似。

假如地球生命來自太空，那么生命基因是如何傳播到地球上的呢？一個來源于隕星，一個來源于彗星，或者兩者兼之。

隕星是太陽系中最古老的物質之一，它們與太陽系幾乎同時誕生，它們的化學組成包含有數十億年前太陽系初生時的信息。有科學家認為，隕星在38～45億年前，將組成生命的重要材料帶到地球，隕石碎片中的核堿基用作基因編碼，讓優秀的特征傳給后代。這就是進化過程的開始，然后進化到現在出現的所有的生物。

英國卡迪夫大學錢德拉-維克拉瑪辛赫是一位富有爭議的科學家，他認為地球生命起源于外太空。他聲稱2012年12月流星雨墜落至斯里蘭卡境內的一塊直徑為5厘米的隕石，已發現外星生命存在的“確鑿證據”，這塊隕石遍布著類似地球海洋中的海藻化石。這塊隕石非常獨特，具有多孔狀結構，密度低于地球上任何地方的巖石。雖然一些研究人員對這項研究提出了置疑，認為這塊隕石可能遭到地球污染，甚至還認為這根本就不是一塊來自太空的隕石。但是大多科學家承認隕石里包含著復雜的生命前體分子及能量元素。

2011年3月，英國生物學家特里·基博士和他的研究組發現富含鐵的隕石和酸性水體接觸會形成磷酸鹽。在超過80℃的溫度環境下，磷酸鹽會轉變為焦磷酸鹽，他相信，這種物質正是三磷酸腺甘（ATP）的前身。這種大分子在細胞呼吸機制中起到關鍵性作用。ATP讓所有活體細胞得以將以糖的形式儲存的能量轉化為驅動自身細胞生命活動的動力。他指出，焦磷酸鹽的高活性顯示可以促進早期地球火山口附近溫暖的酸性池塘內復雜化學反應。酸性水中焦磷酸鹽會被釋放進入地球環境，可能開啟地球化學循環和細胞形成序幕的時刻。

美國宇航局艾姆斯研究中心的化學家喬治庫珀（George Cooper）對此認為：三羧酸循環被許多生物學家認為是最古老的一種生物過程之一。是需要型生物體內普遍存在的一種重要代謝途徑，并且在真核生物的線粒體和原核生物的細胞質中存在。

俄科學家葉甫蓋尼·德米特里耶夫宣布，他在隕石中找到了已經石化的生物片段，這些已經石化了的生物片段是證明有外星生命存在的有力證據。在實驗室中獲取的數據表明，這些隕石殘留物種鈷和鈦的含量均為3%，銅為6%，鎳為7.5%，鋅為20%，其中錳的含量是普通玻璃中的40多倍。

在此前長達15年的研究過程中，科學家們得出結論稱，這些特殊的物質很可能是由某種類似于地球上遠古海洋生物的地外生命的骨架演化而成的。

科學家在另外兩塊來自火星的隕石中發現微型“生物化石形態”，暗示著遠古時期火星存在著生命體。

科學家在對火星隕星的新一輪高科技分析測試中發現了新的證據，為證實火星遠古時期存在生命增添了幾份神秘感。以上的觀測分析儀器將提供隕石樣本更好的化學成份信息，使科學家獲得隕石中“生物形態”的生物和地質特征的形成過程。

太陽系外圍的柯伊伯帶與奧爾特云地帶有一個巨大的彗星庫，有數以萬億到十萬億的彗星存在，這些彗星是太陽系形成時的殘留物，彗星物質主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等組成，而彗核則由凝結成冰的水、二氧化碳（干冰）、氨和塵埃微?；祀s組成，是個“臟雪球”！在地球形成時刻，很可能這些臟雪球就成為地球一部分，并在隨后的幾十億年的地球演化中，大量彗星掠過地球，留下的氨基酸形成了這種有機塵埃，彗星也能以這種方式將有機物質像下小雨一樣灑落在地球上——這就是地球上的生命之源。

彗星可能隨處可見，這些彗星常與初形成的行星相撞，對年輕行星的成長與演化，有很深遠的影響。地球上大量的水，可能是與年輕地球相撞的許多彗星之遺留物，而這些水，后來則孕育了地球上各式各樣的生命。

太陽系形成后的四十多億年中，靠近太陽系中心區域的彗星，或與太陽、行星和月球相撞，或受太陽輻射的蒸發，已消失迨盡，我們現在所見的彗星應來自太陽系邊緣。如假設殘存在太陽系外圍的彗星物質，歷經數十億年未變，則研究這些彗星，有助于了解太陽系的原始化學組成與狀態。

1999年，美國宇航局發射的“星塵號”彗星探測器，在2004年到達并穿越“威爾德-2號”彗星周圍五公里厚度的塵埃和冰粒云，收集了從該彗星表面散逸出來的彗星物質微粒。2006年，返回地球發現了大量復雜的碳化物分子。這些化合物能夠參與其他有機化合物生成時所進行的化學反應。2008年，研究人員終于證實就在該樣品中發現了生命形式關鍵的組成成分——氨基甘胺酸，以及含氮的有機化合物——胺類物質。過去曾在隕石上發現過氨基酸，而在冰冷的彗星上發現氨基酸，氨基酸對生命來說至關重要，它是構成蛋白質分子的基本單位。這還是第一次。目前所研究的樣品僅來自彗星彗發，而彗核則是彗星上有水濕環境并富含有機分子，這一切都為原始細菌的生長和繁殖提供了理想條件。彗星可能會含有更復雜的氨基酸混合物和更高水平的氨基酸，蛋白質，甚至生命。

即使在極低溫度下也能夠孕育出復雜有機物，美國宇航局加州噴氣推進實驗室（JPL）的科學家發表在《天體物理學通報》上的文章表明，實驗室中模擬宇宙中的極低溫環境并觀察多環芳香烴物質分子的反應，在這一實驗中，他們所設定的溫度值低至5K，即-268℃。他們使用紫外輻射轟擊這些粒子，模擬宇宙中來自恒星的紫外光輻射。檢驗的結果顯示這些多環芳香烴物質已經發生了變化：它們的結構中吸收進了氫原子，并失去了它們原先環狀的原子鍵，從而形成了一種更加復雜的有機質。這一變化正是一種有機質最終轉變為氨基酸或核酸的過程中所需要經歷的，前者是蛋白質的基本片段，后者則含有DNA物質。

這種結構牢固的有機質在宇宙中的氣體和高溫塵埃中是普遍存在的，科學家們對于在如此低溫的環境下，冰粒表面發生的有機化學過程感到驚訝。生命演化所需的最早期步驟可能開始于宇宙中最寒冷的區域，科學家們認為構成生命的基本組成物質，包括水和有機質，最初都是從這些孤立的冰粒開始的。這些水冰和有機質一開始可能附著于彗星和小行星表面，隨后墜落地球，從而將“前生物”物質帶到地球，這些物質最終將演化成為生命。從冰凍有機質到黏菌之間的轉變所需復雜的過程。

2013年3月，美國加州大學伯克利分校、夏威夷大學馬諾阿分校的研究人員在一個超真空室模擬空間環境，形成一個冰冷的雪球，雪球中包括二氧化碳、氨和各種碳氫化合物，如甲烷、乙烷和丙烷等。研究人員采用高能量的電子模擬太空中的宇宙射線對雪球進行轟擊，引發化學反應。而后，加州大學伯克利分校的理查德·馬蒂斯和阿曼達·斯托克頓借助一臺分析儀對有機殘留物進行了分析，發現了復雜分子的存在，檢測到具有9個不同的氨基酸和至少兩個二肽，這些物質可在地球上促進生物進化，含有兩個氨基酸分子的二肽是所有生物共享的重要基礎組成分子。這一發現開啟了生命基礎分子搭乘彗星或者隕石來到地球的傳播路徑，由此可形成生命所需要的蛋白（多肽）、酶和糖等更復雜的分子。該成果發表在《天體物理學雜志》在線版上。

科學家一直認為，復雜的生命化學過程起源于地球早期的海洋，新的實驗模擬了深邃太空條件，表明在冰冷的星際塵埃上有可能創建新的復雜生命成分，并有可能運送到地球，從而啟動生命。研究論文的合著者之一，加州大學伯克利分?；瘜W家馬西斯說：“地球上生命的最基本生物化學組成部分可能起源于地球之外。哈雷彗星可以是復雜分子如二肽的溫床。彗星撞擊地球可能遞送這些分子，并形成更復雜的蛋白質、糖等生命成分?！?/p>

由于彗星形成這類彗星含有保存完好的數十億年前太陽系形成初期的物質顆粒，因此也可追蹤到太陽及行星形成的線索，這證明生命的基本組成成分在宇宙空間廣泛傳播。