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日本小行星探测器究竟发现了什么?地球生命真的来自太空吗?

日本小行星探测器发现了什么

 

日本“隼鸟2号”小行星探测器于2014年12月3日发射升空,它的目标是对近地小行星“龙宫”进行探测并采样返回。2018年6月27日,“隼鸟2号”成功在“龙宫”表面着陆。在经过一年半的调查和采样后,探测器与小行星分离并返回地球。2020年12月,研究人员在澳大利亚沙漠回收了样本舱。

 

共同社6日称,日本文部科学省宣布:“隼鸟2号”探测器从“龙宫”小行星上带回的样本中,含有20多种与生命活动密切相关的氨基酸。今后,研究团队会将相关详细数据以论文的形式公开发表。针对此事,长期从事天体生物研究的日本横滨国立大学名誉教授小林宪正表示:“这是划时代的发现。这些氨基酸可能与地球生命诞生存在关联。此次发现表明氨基酸在宇宙中并不特殊,是相当普遍的存在。”

 

美国“太空”网站8日对此事进行了更详细的分析。报道称,人类对太空中存在氨基酸等有机物的猜测由来已久,此前也曾在掉落在地面的陨石中发现过微量氨基酸。但外界一直有质疑认为陨石可能是被地面有机物污染,而且由于陨石在穿过大气层时大部分会被烧掉,也无法准确衡量其中的氨基酸含量。而这次“隼鸟2号”带回的样本是直接取自小行星表面的地下物质,基本没有受到阳光、宇宙射线和风化影响。而且它是被直接带回来的,整个研究工作也没有暴露在外界空气中,可以彻底排除氨基酸是来自地球的可能性。所以,它是首次直接证明了地球外存在有机化合物。

 

“太空”网站称,从“龙宫”带回的样本使科学家能检测太阳系诞生时有机物的存在情况。“这颗小行星是我们研究过的太阳系最原始的组成部分之一。”目前科学界主流的观点认为,最初由气体和尘埃云形成的“太阳星云”,约46亿年前在引力作用下凝结、旋转并收缩形成如今的太阳系,其中质量最大的中心就成为太阳。而“龙宫”被认为是与太阳系同步诞生,由于它的表面没有其他地质活动,保留了大量太阳系诞生初期的信息。此前已经证明“龙宫”存在水,如今又发现氨基酸的存在,这对进一步研究类似的小行星是否普遍存在有机物具有令人兴奋的意义。北海道大学地球科学教授尤本久吉表示,这些富含水和有机物的小行星,可能是数十亿年前的新生地球出现生命的原因之一。印度NDTV网站也表示,这一发现增加了在其他行星上发现氨基酸的机会,并将挑战“其他星球没有生命”的理论。

 

日本的这个发现也迅速引起网民的热烈讨论,不少人在相关报道下方留言“外星人是否真的存在?”不过“太空”网站提到,现在就宣布“我们在太空中并不孤单”可能为时过早。首先,“隼鸟2号”仅带来了5.4克小行星样本,而“龙宫”只是无数小行星之一。而且相关论文还没有同行评议的结果,需要更多研究。但至少有一点可以肯定的是,“地球之外还有其他生命的可能性增加了一点”。

 

值得一提的是,除了日本之外,美国航空航天局(NASA)也在展开类似探测。NASA的“奥西里斯-REx”探测器已成功从“贝努”小行星上采取了样本,探测器将于明年返回地球。它们将对“宇宙生命之源”提供更多线索。

 

“生命起源于地球”假说受挑战

 

“龙宫”小行星样本发现氨基酸的消息在全球引起热议的重要原因之一,是它可能挑战了“生命起源于地球”假说。美国《技术时报》网站8日称,由于小行星遍布整个太阳系,如果它们普遍携带有氨基酸等与生命相关的有机物,那么这足以对地球生命的起源学说产生重大影响。

 

关于生命到底是从哪里起源的,除了形形色色的“神创论”之外,科学界认可度较高的主要分为两大类假说:“化学进化说”和“宇宙胚种说”。其中“化学进化说”主张生命起源是原始地球条件下,从无机到有机、由简单到复杂的一系列化学进化过程。

 

最初的“化学进化说”认为地球生命起源于被称为“有机汤”的原始海洋。20世纪20年代,苏联生物化学家奥巴林提出假想:许多碳基化学物质溶解于原始海洋中,它们相互反应,形成越来越复杂的物质,逐步出现氨基酸等生物分子的基本组成单元,并最终形成有机物分子,也就是核酸和蛋白质等“生命的基础”。

 

1953年,美国化学家米勒首次通过实验验证了这种假说。他模拟原始地球的大气成分,用氢、甲烷、氨和水蒸气等通过加热和火花放电,合成了多种氨基酸。继米勒之后,许多通过模拟原始地球条件的实验,又合成出其他组成生命体的重要生物分子。1965年中国首次用人工方法合成牛胰岛素,并证明它是具有完整生物活性的蛋白质。

 

355f3c5faa9da714bb5536d9b91b1695u5_62a36e5b7cc84美国化学家米勒在实验室。

 

证明无机物在自然条件下能合成氨基酸等有机物的一系列试验,使“化学进化说”在20世纪后半叶大为流行。但科学家始终无法在模拟自然界的环境里,将氨基酸、核苷酸等生物小分子合成蛋白质、核酸等生物大分子。此外,蛋白质起源问题被认为是“先有鸡还是先有蛋”的悖论:合成蛋白质所需的氨基酸本身离不开各种生物酶的作用;而酶本身就是蛋白质。直到近年,科学界仍只是部分解答了这个难题。

 

“科学美国人”网站提到,“化学进化说”面临的另一个难题是,人工合成蛋白质等生物大分子时,需要浓度极高的有机物溶液,而原始海洋中的有机成分稀薄。更糟糕的是,这些构成生命的基础分子在水中容易分解。近年来,科学界又提出进一步的假说,认为生命不是源于原始海洋,而是陨石撞击坑或海底火山口等特殊环境。英国剑桥大学的约翰·萨瑟兰教授就认为,生命的基础化学物质需要强紫外线辐射才能形成,所处的水环境有时必须高度浓缩,甚至完全干燥。因此他主张生命起源于早期地球上密布的陨石撞击坑。报道称,美国“毅力”号火星车的着陆地点选择在火星的杰泽罗陨石坑,很重要的原因之一就是NASA希望在那里寻找到符合萨瑟兰主张的“陨石坑孕育原始生命”的证据。德国杜塞尔多夫大学的地球化学家玛蒂娜·普赖纳则主张,生命起源于海底的热液口,海水与岩石之间发生相互作用,提供化学能驱动简单的代谢循环,然后生成并利用RNA等化学物质。

 

但到目前为止,这些假说都还缺乏足够的科学证据。

 

地球生命当真来自太空吗?

 

关于生命起源的“宇宙胚种说”,是指生命来源于宇宙。这种假说的最有利证据之一是,地球生命起源于约37亿年前的共同祖先“露卡”(缩写为LUCA),而这个时间仅比太阳系的形成晚了几亿年。与生命形成有关的大量复杂分子,是如何在短短几亿年的时间里从无到有地形成原始细胞?

 

非常合理的一种猜测是,生命所需的有机分子甚至生命本身,就跟随无数的彗星和小行星在太空四处散播,地球生命源于40亿年前撞击地球的“天外来客”。早在19世纪就有人假想“有特殊外壳的微生物孢子在太空中飘荡”,但随后科学界发现太空存在的宇宙辐射足以杀死孢子,早期“宇宙胚种说”就此消亡。

 

但20世纪90年代以来,各国科学家相继发现太空中存在有机物的证据,让生命源自太空的想法重获新生。《技术时报》称,科学家对澳大利亚默奇森陨石样本的分析研究发现,其中含有大量相对复杂的有机分子,包括能合成蛋白质的氨基酸甚至更复杂的多肽。科学家在其他陨石中也陆续发现了类似的有机物分子。

 

此外,天文学家借助先进探测设备,证明宇宙中广泛存在多种有机物。例如英国《自然·天文》杂志2021年刊发的论文显示,西班牙天文学家在银河系中心地带附近的寒冷分子云中,发现了构成生物细胞膜的重要分子——乙醇胺的光谱。研究人员认为,大量气体和尘埃之间的碰撞足以产生乙醇胺等复杂有机分子。陨石撞击地球时可能将大量乙醇胺从太空转移到地球,从而为地球早期生命的诞生提供了基础。“它也表明生命在其他地方诞生的可能性,或许比我们之前认为的要大。”

 

因此在日本从“龙宫”小行星获得样本之前,科学家就已经确认地球之外的确存在有机物,只是没有拿到直接证据而已。2018年,美国麻省理工学院的一篇论文甚至推测,早在宇宙大爆炸之后的1.68亿年,氨基酸、核苷酸和构成生命的其他关键分子就已经出现了,“它们比地球生命提早诞生了80亿-90亿年”。

 

美国探索频道称,早期地球在41亿到38亿年前的“后期重轰炸期”,曾遭遇了大量小行星与彗星的持续撞击,它们不但带入了大量和生命相关的有机物,而且这种剧烈撞击本身也能快速催生有机分子的转化。

 

此外,欧洲航天局近年的研究证明,水熊虫能在太空极端环境下存活10天以上,这种微生物顽强的生命力让人联想到,地球原始生命是否真的可能直接来自太空?但“宇宙胚种说”仍无法说清楚宇宙中的有机物如何演化为生命。

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