[生物研究]陨石和彗星给地球带来了糖和生命？

（选自天文爱好者2002年第二期。作者吴光节）

2001年12月下旬的《自然》杂志刊登了美国宇航局阿莫斯研究中心的乔治·库珀（George Cooper）等人的文章，文中说道，在碳质陨石中发现了糖及其有关的几种物质。这可是件非同小可的事情。该期《自然》杂志同时发表了塞夫顿（Mark A·Sephton）的评述性文章《陨石是生命美好的开始吗？》，认为糖是地球上有机物最普遍的成份，在来自小行星带上这一无生命区域的陨石中发现了糖，对生命起源理论将产生很大的影响。塞夫顿认为，生命的有机合成可能遍及整个宇宙。至于地球，只是因为其它的生命要素已经具备，所以生命才能在地球上开花结果，繁衍万代。

众所周知，碳基化合物在地球生命中起着主要的作用。关于地球生命起源的一个著名模型认为，地球的原始大气中充满了甲烷、氢、氨和水蒸气。在大气层中的雷电现象的作用下，则产生了像氨基酸和糖这样的复杂有机分子。1953年，由美国芝加哥大学的斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈洛尔德·尤里（Harold Urey）所做的米勒-尤里实验（见插图），证明了在一个充满了这些气体的试管中，在放电电荷的作用下，的确可以产生出氨基酸。

不过，有很多科学家早就认为，生命的起源可能来自地球之外，而陨石和彗星在地球生命起源问题中起了重要的作用。根据最新的、对放射性碳同位素研究的结果，地球上的生命最早诞生于38亿年前。在大约38亿年到45亿年前这段时间，陨石和彗星对地球的大规模撞击，为地球带来了可能会产生生命的物质，如氢、氧、氮、硫化物和水等。

这次发现的有机物存在于墨雷（Murray）陨石和莫奇逊（Murchison）陨石中。墨雷河（Murray river）位于澳大利亚东南部，是澳大利亚最长的和流域面积最广的河流。墨雷陨石是1950年发现的。莫奇逊陨石则是1969年发现于澳大利亚的，它被认为是来自于一颗彗星的彗核。

早些时候，曾经在这些陨石中发现了其它的有机物，如氨基酸和带羟基的酸。美国国立射电天文台2000年六月中旬曾发布消息，在太空中首先发现了糖。研究人员使用位于亚利桑那州基特峰天文台的12米射电望远镜，在靠近银河系中心的巨大分子云“人马座B2”中发现了羟乙醛糖分子。羟乙醛是一种简单的，由碳、氢、氧元素8个原子组成的糖分子，也是糖类家族中唯一的在星际分子云中被探测到的成员。它可以同其它分子组合成更复杂的糖分子，比如核糖与葡萄糖。核糖则是构成核糖核酸（RNA）与脱氧核糖核酸（DNA）等核酸物质的基本构件。而DNA则携带着生命有机体的遗传基因密码。葡萄糖是植物的体液和水果中常有的糖。羟乙醛和木精甲酸盐以及醋酸都含有完全同样的原子，只是分子结构不同。后两种分子在星际云中早已被发现。

当分子由一种转动能级状态跃迁到另一种转动能级状态时，其能量的改变可以使它辐射出很弱的电磁波，但是它们有固定的精确的频率。科学家在毫米波段探测到了羟乙醛糖分子发出的六种不同频率的辐射。这样一组精确的频率就构成了某种分子唯一的“指纹”而使得糖的成分被确定无疑。

这架12米口径的射电望远镜隶属于美国国立射电天文台，是1967年建成的，堪称探测星际分子的先驱。至今，由它首次探测到的星际分子已经有几十种。其中包括了非常重要的一氧化碳——现在已经广泛地被天文学家用来作为恒星形成区域的重要标记物。它所进行的工作，将由位于智利北部沙漠里由国际合作建设的、由64面射电天线组成的阿塔卡玛毫米波天线阵列来接替。

人马座B2是一块硕大的气体尘埃云，离我们有两万六千光年之远，靠近银河系中心。这类星际云的大小常为几光年。人马座B2的氢分子云的尺度就有3光年。亿万年来，其内部发生着极其复杂的化学反应，被天文学家认为是新生恒星的诞生地。至今，在这类星云中已经发现了大约120种星际分子。它们多数只由少量的原子组成。由八个或者八个以上的原子组成的分子非常少。

现在，已经有越来越多的迹象表明，生命的化学结构先驱也是在这一类星际云中产生的。并且，它们远远产生于围绕着恒星的行星形成之前。这些星际云可能模拟着早期地球的条件，有助于科学家了解、认识生物分子在我们地球的早期是如何形成的。不过，有的科学家认为，有可能是通过彗星从遥远的宇宙空间飞来，为地球播下了复杂的生物分子的种子。美国宇航局戈达德航天中心的霍利斯（Jan M·Hollis）说：“这些巨大的星际云是新生恒星的诞生地。在这里同时发现了单糖分子，说明了早在像我们地球这样的行星诞生之前，生命的化学先驱就已经在孕育着的可能性增加了。”“在太空中发现了单糖分子，使得在宇宙中寻找地外生命的前景更加乐观了。”

美国宇航局阿莫斯研究中心2000年11月13日的科学栏目曾发表消息称：“有机分子随着流星落到地球！”，还说：“越来越多的证据表明，太空中存在着有机分子。甚至于有机分子是在彗星内部形成的。”现在有很多天文生物学家都认为构建地球生命的基本物质来源于宇宙空间。当然，也有一些天文生物学家认为，即便如此，当彗星冲进地球大气层以后，炽热的燃烧也会将任何生命化为乌有。

为了研究这个问题，阿莫斯研究中心天文生物学研究所的詹尼斯肯（jenneskens）和他的同事们，1999年搭乘两架专用飞机，在地球大气层万米高空观测了狮子座流星雨。通过观测研究，他们认为，陨落的岩石物质中的有机物，在进入地球大气层以后，大部分可以说是幸存下来了。生命的化学成分可能的确来源于宇宙空间。阿莫斯研究中心在2001年11月2日还曾报道过，在一个星际分子云中发现了乙烯醇，这也是一种复杂的有机化合物。

但是，在这些星际云里，是如何产生这些氨基酸和糖分子的？这还是一个谜。科学家们将进行一系列更加复杂的观测和理论上的研究。他们希望发现更多种类的分子，有一个更加完整的图像，以便更加合理地推论发生在星际云里的、生命产生之前的化学过程。

此前，天文学家在太空中探测到的这些有机分子，或者漂浮在气体云中，或者“被约束”在宇宙尘粒子中。已经发现的有最简单的如氨、甲烷、氢氰化物和乙醇，也有类似于“威士忌”这样的更加复杂的分子！不仅如此，更令人感兴趣的是，在陨石中至今发现了70多种氨基酸。其中只有八种与地球上所存在的氨基酸重合——正是这些氨基酸构成了地球上所有生物所具有的蛋白质。

为了验证地外生命被带到地球上来的可能性，美国加利福尼亚大学伯克利分校的珍妮佛·布兰克和她的同事们，在实验室里模拟了彗星的碰撞，看看在模拟彗星撞击地球所产生的高温和高压的条件下，水和有机物是否能幸存下来。为了进行这项实验，布兰克和她的同事们已经工作三年了。最后，他们设计了一个钢舱，它能够经受住从80毫米口径的枪膛里射出的、以每秒1.6公里的速度飞来的、大小相当于一个易拉罐的子弹的撞击，而不至于破裂。撞击的靶面是一块5毫米厚、直径20毫米的不锈钢板，它能够经受住20万个大气压而不至于爆裂。金属靶面上有一滴水和氨基酸的混合物——蛋白质的基本构件。

在他们的实验容器里，实际上注满了五种氨基酸的饱和水溶液。其中的三种选自构成了地球人类蛋白质的最普遍的氨基酸——苯丙氨酸、脯氨酸和赖氨酸。另外两种选自天文学家在莫奇逊陨石中发现的、地球上所没有的氨基酸——氨基丁酸和降缬氨酸。实验容器在被轰击之后，经过了液体色层分离仪和质谱仪分析，以确定仍然存在着的分子种类和含量。结果是，不仅有一部分氨基酸保存了下来，而且还产生了很多由两个、三个、甚至四个氨基酸分子组成的链，这些聚合物被称为缩氨酸。

由缩氨酸组成的更长的链条被称为多肽。多肽再组成更长的链条，就是蛋白质了。令布兰克和她的同事们倍感兴奋的是，他们还发现了缩二氨酸、三肽甚至还有一些四肽等多种多样的组合。而产生不同组合的比例，取决于子弹撞击时刻的温度、压力以及撞击时间的长短。他们在芝加哥大学和洛萨·拉莫斯（losa lamos）国家实验室都进行过这项新的科学领域的研究实验。布兰克补充道：如果将靶面冷冻，模拟冰冷的星际环境，那幸存下来的氨基酸可能还会增加。

撞击后大部分氨基酸及其聚合物都幸存下来，使布兰克等人更加相信，有机物质是起源于地球之外的，这与米勒-尤里理论完全不同。布兰克说，大约一颗与地球低角度碰撞的彗星所带来的氨基酸，就与按照米勒-尤里理论，在一个氧化了的地球大气里，在一年之内由于闪电产生的氨基酸相当。并且，其优点是，你可以在彗星落地的一潭泥水中得到一切，而不是所有的氨基酸都淡化在整个海洋里面去了。

在天文生物学研究所的这一项实验室实验中，模拟了寒冷的星际空间条件，已经创造出了这种原始的、类细胞的有机组织结构。那么，彗星是否将像这样的原初细胞带到地球上来了呢？

这一次，在莫奇逊和墨雷河碳质陨石中至少发现了一种糖和几种不同的糖衍生物，它们都属于多羟基化合物。其中有二羟基丙酮和糖酸、糖醇等类糖物质。二羟基丙酮很容易在矿物质水溶液中产生更高级的糖分子，包括核糖（如同在RNA环境中一样）。所发现的多羟基化合物包括丙三醇，它是所有细胞膜和细胞能源的一个组成成分。他们还初步发现了在细胞的新陈代谢中起着重要作用的葡萄糖的迹象。

认为地球之外的物质在地球生命起源中可能起着一定作用的观点，在很大程度上来自于以前在这些陨石材料中生成的氨基酸；现在，这些陨石中多羟基化合物的发现使这一观点更有说服力了。在40亿年前，地球曾经被大量的彗星和小行星撞击。在这一段大规模撞击时期，是不适于生物生存的。但是，正是这段时期的撞击，可能给地球带来了生命的种子。当然了，要解开地球生命起源的一切谜团，还需要大量的、艰苦的研究。

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。