地球,因何成为生命的天选之地?

作者:小菜 更新时间:2024-08-07 点击数:
简介:文章转载自中国国家天文 蓝 色的地球生机勃勃,表面丰富的海洋和足够密度的大气使其在众多行星中脱颖而出,生命也得以在这里起源演化。

生物与地球环境的协同演化进一步使得地球成为更加适宜生命居住的星球。

地球环境如何引发生命的起源是一个重要且复杂的研究课题。

地月系孕育了生命,妆点了自然。

来源 / wiki 地球是目前已知唯一存在生命的天体

【菜科解读】

地球,因何成为生命的天选之地?

地球,因何成为生命的天选之地?

文章转载自中国国家天文

色的地球生机勃勃,表面丰富的海洋和足够密度的大气使其在众多行星中脱颖而出,生命也得以在这里起源演化。

生物与地球环境的协同演化进一步使得地球成为更加适宜生命居住的星球。

地球环境如何引发生命的起源是一个重要且复杂的研究课题。

地球,因何成为生命的天选之地?

地月系孕育了生命,妆点了自然。

来源wiki

地球是目前已知唯一存在生命的天体,地球因何成为天选之地?地球是否是宇宙中生命唯一的温床?又是怎样的契机使得物理化学过程质变为生命过程?

这一系列问题吸引了古往今来无数科学家的目光。

要想解开地球生命起源的重重谜团,需要着重关注地球生命何时产生、首个生命是以何种形式出现、生命出现在什么环境、地球与地外有机物之间是否存在交换等问题。

因此,通过研究地球早期生命,我们才能理解生命从无到有所经历的重要环节,进而认识宇宙中生命可能的存在形式。

地球,因何成为生命的天选之地?

星际中也存在相对复杂的有机分子。

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/ 地球生命产生的时间

一般来说,生命要满足能够进行自我复制、新陈代谢和区室化等条件。

对于地球生命而言,细胞结构的产生是由非生命过渡到生命的主要节点。

由于地球生命全部都以磷脂双分子层构成细胞膜,以脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA)为遗传及转录载体,以20多种氨基酸为蛋白质的基础组成元件。

因此可以推测所有地球生命应该拥有一个共同的单细胞祖先。

至于在同时期是否出现过其他类型的生命,因为后来无法适应多变的环境而灭绝,就不得而知了。

所以,想要确定地球生命起源的时间,寻找生命遗留下来的证据是最关键的步骤。

早期生命遗留下来的最常见证据是化石,根据鉴定和研究手段,可以将化石分为形态化石和分子化石。

在生命起源初期,像叠层石这样能作为可靠证据的微生物形成的宏观化石十分难得,绝大部分形态化石或生物构造(例如生物矿化物质)难以仅从形态学上确定是生物成因,因此一般需要其它分子证据等共同支撑。

地球,因何成为生命的天选之地?

海底沉积物中的古老单细胞藻类。

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地球,因何成为生命的天选之地?

古老的单细胞生物有孔虫的化石。

来源UKfossil

核酸、蛋白质、脂类分子和小分子代谢物都是常见的生物分子证据。

其中,RNA的半衰期仅为数分钟至数小时,DNA的保存时间跨度大概是数千年到数十万年,相比于地质时间尺度较短,并且往往在特殊的地球化学条件下才能较好地保存下来;如若在氧化环境下,DNA的半衰期仅为数周时间。

蛋白质能保存最久的时间也不过6800到8000万年。

不过,脂类分子和小分子代谢物(如藿烷类化合物)可能保存更长的时间,甚至超过15亿年。

在目前的化石研究中,光谱学占据着重要地位。

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当类似微生物化石的微结构被发现后,拉曼光谱和红外光谱等技术可以用于鉴别该微结构内的含碳矿物、有机质、碳氢键等暗示生命活动的信号,这些信号也能通过对沉积后替换和降解作用的研究来进一步证实。

此外,同位素手段也可以识别微生物活动留下的生命痕迹。

地球,因何成为生命的天选之地?

年轻的地球在后期猛烈轰炸时期的想象图。

来源Science Photo Library

当地球在45亿年前产生稳定的地壳和水圈时,宜居条件就基本产生了。

但那时的地球频繁遭受陨石撞击,无法维持稳定的宜居环境,直到39亿年前后,晚期大轰击事件(LHB)才结束。

尽管学术界对于LHB的存在与否仍有争议,但是根据碳同位素比值以及叠层石的年代推测,可以确定目前已知的最早生命出现在37亿年前。

换言之,如果存在LHB,生命起源应该产生于37到39亿年之间;如果不存在,则生命产生的时间可能更早,即在37到45亿年间。

/ 自源型起源假说

对于地球生命的起源,科学家有着诸多猜测,包括是在还原性的大气、深海热液口金属硫化物沉积、地热区域、或是撞击地球的小天体中。

还原性的大气允许甲烷、氢气、氨气等含氢化合物的累积,通过自然界的放电反应,它们能够合成有机大分子,这些分子在低温大气环境中更加稳定,也更适合碳氢化合物的保存。

另一个著名的猜想是RNA世界假说。

RNA世界假说是基于RNA既可以作为遗传物质,又能作为核酶,靠自我复制就能不断扩增、代谢并存留的特点。

但是,由于RNA的寿命很短,且酶功能有限,才逐渐演化为更加稳定的DNA遗传物质-蛋白质酶体系。

目前已知RNA仅在病毒和类病毒中作为遗传物质存在。

不过,RNA在高温环境下稳定性较低,所以与还原大气假说一样,该假说同样支持一个相对低温的环境。

地球,因何成为生命的天选之地?

想象中的RNA世界。

来源scripps

除生物低温起源假说之外,高温起源也是生命起源的研究热点。

地球的深海热液系统包含生命基本元素、必要的热能量和电化学体系,而被认为是孕育地球生命的潜在温床。

大陆的地热场也可能是生命的起源之地。

地热系统中的水体在蒸发过程中有可能富集生命基础分子或其前体,从而加速前生命物质之间的组装。

另外,太阳光也能够成为生命的能量来源,从大气中通过光化学反应产生的盐分和有机物则能够成为生命的营养来源。

地球,因何成为生命的天选之地?

核糖体进化模型。

来源wiki

/ 外源型起源假说

天体生物学先驱卡尔·萨根提出,虽然地外的生命形式很可能与地球的截然不同,但是人类无法脱离所熟知的碳基生命来探测地外,因为一个矿石可能放在其它星球上就能成为生命,但在地球上,我们依然无法将其划归为生命。

因此,我们无法脱离人类认知基础,而去盲目相信天马行空的猜测。

直到现在,卡尔·萨根的逻辑依然不过时。

地外天体也可能是生命有机分子的重要来源。

太阳系的碳质球粒陨石中发现过一些纳米级有机分子球粒,通过对其中氢同位素的检测,认为它们(包括较复杂的氨基酸)应该形成于太阳系诞生前的星云时期。

所以,即使早期地球剧烈的火山和地壳活动破坏掉了原有的有机物,太阳系中的小天体也能携带这些物质抵达地球,从而满足生命发生的物质条件。

地球,因何成为生命的天选之地?

南极陨石ALH84001以及其中的细长磁铁矿晶颗粒。

在可能含有冰的小天体中,放射性同位素的衰变可以导致温度升高并产生液态水。

同时,研究发现宇宙射线和紫外辐射可以诱导合成复杂有机物,包括氨基酸、核酸碱基、糖类和难降解有机质等。

近日,日本团队在小行星龙宫上采集样品中发现存在多种氨基酸,也证实了小天体确有形成和携带复杂有机物来完成行星间传输的能力。

/ 我们从哪里来?

地球生命现象的发生是无数宇宙事件中的奇迹之一。

生命究竟何时产生?地球是否是唯一拥有生命的星球?这些都是人类探索宇宙的永恒话题。

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地球,因何成为生命的天选之地?

如果换一种可能,地球生命可能是另外一种景象。

来源wiki

目前认为,地球生命的形成是在相对较短的时间内发生的,由前生命过程将生命一步一步构建起来。

在经历了可携带遗传信息的生化分子的筛选、具有酶学功能和信息传导的生化分子的挑选、各种代谢链的建立、代谢网络的完善、代谢过程的区室化等一系列步骤后,最终形成了我们现在所熟悉的以细胞为基础的生命形态。

在此过程中,生命所依赖的有机物可能来源于还原性大气、地球热液系统、地外天体输入等,而生物必需分子的同手性特征通过自催化反应产生后,可以被生命祖先有效利用于繁衍和代谢活动。

尽管地球最早的生命无法被直接认知,但是科学家可以通过化石、同位素、有机分子、分子钟等方法探究和刻画生命最早出现的时间和特点,从而一步步揭开地球生命起源和演化的神秘面纱。

——本文节选自《中国国家天文》9月刊

作者简介 /

申建勋,中国科学院地质与地球物理研究所博士后,研究方向为类火星环境中生命信号的探测以及前生命化学体系中分子特征的分析。

林巍,中国科学院地质与地球物理研究所博士、研究员、博士生导师,主要从事地球生物学与天体生物学研究。

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地球,因何成为生命的天选之地?

地球上最后的以狩猎为生的民族:哈扎部落每天工作一个小时全族都

目前哈扎人口总数在1000人左右,他们也很不理解现代人的生活,认为每天花1个小时就能让部落人吃的饱饱的,为什么还要种植农作物,每天傻傻的跑去田里忙活,再等上几个星期或几个月还能收获点什么。

图为一名哈扎少年在生食兽肉。

非洲的哈扎部落是地球上最后的以狩猎、采集为生的民族之一  他们生活在坦桑尼亚的荒野上,这个部落不但很少和外界接触,而且至今仍然以男人打猎女人采集的方式生活。

哈扎人用手工制作的弓箭狩猎狒狒、蛇、甚至是吃人的狮子,他们不种植粮食,饲养牲畜或建立永久的栖身之所。

他们没有宗教信仰、没有钱,最接近货币的是偶尔与邻近的部落交换一条短裤或鞋子,10万年以来,他们过着亘古不变的生活。

浆果和块茎是哈扎部落人的主食,这些块茎会被烤熟后食用。

如果是现代人来这里的话肯定会被饿死,而哈扎人却称这里到处是美食,几十年来没饿死过人,小孩子都会找食物。

  哈扎部落的人抓到猎物后会和同伴分享,在这里人人平等,没有头领,猎物会平分,动物的内脏则会在现场烤熟后吃掉。

图为一名哈扎在击杀豪猪。

图为猎手们平分了猎物后,把剩下的动物头当场烤了吃。

一些动物的油会被缠在弓上,利用动物的油来保养弓。

哈扎人采集蜂蜜的方式非常特别,他们会把木棍削尖后扎入猴面包树的树干上,再爬上去采集蜂蜜。

目前哈扎人口总数在1000人左右,他们也很不理解现代人的生活,认为每天花1个小时就能让部落人吃的饱饱的,为什么还要种植农作物,每天傻傻的跑去田里忙活,再等上几个星期或几个月还能收获点什么。

图为一名哈扎少年在生食兽肉。

  非洲坦桑尼亚的哈扎部落,一直以来都以狩猎为生。

10万年来,这种生活方式亘古未变。

  据了解,该部落居住在坦桑尼亚北部的Eyasi湖畔,较为不同的是,他们并不种植、采集或饲养牲畜,也不建立固定的栖身之所,而是以打猎为生,是目前世界上最后的狩猎采集部落。

同时,这儿没有电、货币、工作或税收,最接近货币交易方式的是偶尔与邻近部落交易的一条短裤或凉鞋。

这里是一个鲜为人知、现代人无法想象的世界。

  太阳照亮了东方的天空,狩猎的男人们站起身,带着弓箭一路小跑冲下干涸的河床,来到巨大的无花果树下,部落里的狗兴奋地跟随左右。

我们也不得不加紧脚步,哈扎人是不会等我们的,他们很快消失在埃亚西湖周围干燥的灌木丛中。

  北部的哈扎部落仍然保留着古老而传统的狩猎生活方式。

他们没有固定的住所,也没有任何实质性的财产。

每天清晨男人去丛林中狩猎。

运气好的时候可能会抓到小羚羊、猴子或是——哈扎人最喜欢的“美食”——狒狒。

但野外猎物日渐稀少,他们常常袋子里带回来的只是一些小鸟和松鼠。

如果打到的猎物很少,往往在打猎的途中就被狩猎的男人们烤烤吃掉了,没有充足的食物带回给部落里的妇女和儿童。

妇女们就要出去收集水果、浆果和块茎充饥。

如果她们在采集的过程中找到特别甜美的水果,经常也会吃得一干二净,只是把较差的水果带回给部落里的男人。

  他们看起来更像是衣衫褴褛的青少年,身上裹着狒狒皮和捻角羚皮。

他们矫健地迅速穿过灌木丛,只有顺着时起彼伏的口哨声才能追踪到他们的身影。

他们目光敏锐,能够轻松地发现躲在灌木丛中的鸟类和蜂巢。

今天的收获有两只小龟鸽和一个灰噪鸭,都没有欧洲乌鸦大。

只见他们掰下一些树枝和树叶就地架起“桌子”,开始用木棍钻木取火,很快火就生起来了,他们把整只鸟就这样带着羽毛和内脏放在烈烈的篝火上烤。

我们吃肉,内脏用来喂狗。

味道好极了,但是不如蜂巢的蜜甜——那才是真正的天然美味啊。

鸟头是狩猎者的奖赏,只有成功捕获猎物的人才能享用。

只见他们个个吃得津津有味,甚至头骨和喙也都一扫而光,没有任何浪费。

科学家到南极寻找时空之门,一个通往地球内部的洞穴

“般若波萝密”,这是周星驰在喜剧片《月光宝盒》中的咒语,一念这句咒语,月光宝盒就会让时光倒流。

  自古以来,人们就认为时间一去不再来,哲学家们认为时间的一维性,缓缓地向前流淌。

但是自从爱因斯坦在相对论中提出,生活在光速的世界里,时间可以停止;在超过光速的世界里,时间可以逆转。

  科学家们就始终在寻找时间之门,寻找另一个多维空间的入口。

现代的科学技术已经证明时间是可以变慢的。

寻找时间之门  科学家到南极寻找时空之门  一位名为恩斯特·祖代尔的作者写了一本名为《飞碟——纳粹的秘密武器?》的书,书中宣称,希特勒和他的最后一支部队上了潜艇, 逃到阿根廷,然后在南极一个通往地球内部的洞穴里建立了飞碟基地。

希特勒希望打开南极的时间之门  而加拿大安大略的“空心地球研究会”则认为,希特勒和他的精锐部队通过一条地下隧道,在一个简易机场登上没有任何标记的飞机,一直飞到南极洲,在南极的开阔地带,他们进入地下世界,不再与人类历史发生任何联系。

  这个说法,可能是小说家臆造的,但是二战时期,面对战况不利的情况,希特勒确实有过改变光阴,让时间逆转,回到二战初期,从而祢补他的一些错误的做法。

  那时他曾派人到中国西藏寻找地球轴心,也曾派科学家到南极,希望打开南极的时间之门。

  二战后,美国和前苏联均在希特勒机密档案中发现,希特勒曾派过一批优秀德国科学家到南极洲,秘密研制尖端武器,准备称霸世界。

美苏两国特工人员均已核查;1939年,希特勒曾经把他的亲信阿尔弗雷得·里切尔派往南极,并带去大批科学家、工程师和实验器材,分别乘多艘潜水艇同行。

  美苏两国都想获得希特勒所研制的尖端武器的成果资料,并派出大量特工人员追查阿尔弗雷得·里切尔带走的这批科学家、工程师的下落,却一直未找到。

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