最古老的“原始湯”

高思

發(fā)現“原始湯”

理論上講，研究生命起源最好的證據，是地球上40億年前的巖石和化石中所包含的信息。然而，歷經億萬年的變化，地球早已滄海桑田。隨著歲月的變遷，那些巖石和化石也不可避免地緩慢地發(fā)生著變化。它們雖然保留了原始的模樣，但是我們想要尋找的生命起源信息幾乎也所剩無幾了。

但是，人類從未放棄尋找生命起源的腳步。有科學家想到，在古老的巖石中，或許封存了與世隔絕數十億年之久的水。這些水可能從未接觸過生命。這就是我們一直在尋找的地球上最古老的“原始湯”，而這一次，是人類有史以來最接近目標的一次。

2007年，加拿大多倫多大學的地球化學家芭芭拉·舍伍德和她的團隊在蒂明斯市一座銅礦中意外發(fā)現了一處“寶藏”。在采礦過程中，一股水流從巖石裂縫中噴薄而出。經過檢測，涌出的古水年齡竟然超過了10億歲?，F在，該團隊又在另一座礦山中發(fā)現了此類情況。這說明，古老的巖石中可能“充斥著”大量類似的時間膠囊，其歷史或許可追溯到地球的生命起源時期。

現在，舍伍德團隊正在水中尋找古老的生命形式。如果有所發(fā)現，這必將是科學史上最重大的發(fā)現之一。不過，到目前為止，水中似乎還沒有任何生命形式的存在。不過，這也相當令人興奮，因為這意味著他們發(fā)現的水可能和地球生命起源之前的水一模一樣。

其實早在10多年前，舍伍德就在加拿大安大略省的一處礦山深處采集過一點這種隱藏頗深的水。在地表之下近2千米的礦藏通道中，她發(fā)現一些氣體從巖石裂隙中繚繞而出。順著這些如夢似幻的氣體，她順藤摸瓜發(fā)現了一個破裂的孔洞，得到了一滴從破裂孔洞中滴落的小水滴。后續(xù)分析顯示，這滴小水滴的年齡介于11億～27億歲之間。水中夾雜著一股含硫氣體的味道，并且，水中還含有甲烷和氫氣成分。

雖然小水滴中不含一絲生機，但這充分說明，在地球上的某個角落仍然遺留著一些被生命遺忘或者說生命從未踏足過的“凈土”。巖石裂隙中的水已經與世隔絕相當長時間了，它們保留下來的化學構成或許正好反映了地球生命起源之前的情況。當時，或許整個地球上的水都是類似的成分。

除了以上兩次發(fā)現，舍伍德團隊還在不斷尋找其他古老巖石中存在的“原始湯”。2014年，在美國加州薩克拉門托市舉行的一場科學會議上，該團隊成員切爾西宣布：他們在加拿大安大略省薩德伯里盆地發(fā)現了兩座礦山，其中有相當重大的發(fā)現。

他們在這兩座礦山和之前的礦山發(fā)現的一樣，都是深入億萬年之久的巖石中進行挖掘才得以發(fā)現了“原始湯”。切爾西在距離地表1.3千米和1.7千米處得到了一些古水樣本，它看起來和在蒂明斯市礦山發(fā)現的古水非常相似。不僅古水中的化學物質相似，而且同位素檢測也顯示這幾滴水滴同樣古老，且年齡相近。該團隊的進一步分析認為，水樣中的惰性氣體成分將會提供更精準的年齡數據。

美國普林斯頓大學的塔利斯·斯托特認為，這種“原始湯”來自無生命邊緣地帶——一個生命或可生存其中，但卻沒有生命存在的地方。這個被封閉了數十億年之久的無生命邊緣地帶，為人類研究生命起源提供了一個非比尋常的機會，同時，也有助于人類探尋其他行星上可能存在的生命形式。

加拿大大學的昂斯托特教授則認為，蒂明斯市和薩德伯里盆地巖石中發(fā)現的古水年齡最多不過27億年，而那時，地球生命早已出現了近10億年之久。因此，昂斯托特教授并不認同舍伍德科研團隊所采集到的古水樣本是真正的“原始湯”，但他高度贊同古水的化學構成符合能夠誕生生命的要求。

昂斯托特教授說：“從地球化學上來說，這就是我們這顆行星上生命誕生的那種地方，然而我們卻看到它孤立于現今的DNA世界之外?！边@實在是令人費解。

生命起源說

生命的起源是生物學和化學領域最大的謎團之一。關于生命起源于何時，有兩個頗具可能性的假說。最有名的假說當屬達爾文的推斷：生命起源于單一的、能自我復制的有機化合物。能通過簡單的化學反應而產生，也能進行自我復制、變異和進化——生命可能始于沐浴在陽光下的“溫暖的小池塘”。

最近，有科學家提出了另一個關于生命起源的假說，且廣大學者普遍比較接受，即認為海底的熱液噴口也許是誕生生命的搖籃。這一假說考慮到早期地球的高溫、還原性環(huán)境，認為生命從嗜熱微生物進化而來，即早期生命存在于礦物質豐富的高溫水域環(huán)境中。

那么，熱液噴口是什么概念呢？科學家認為，在海底發(fā)生擴張運動的地方，地殼會有裂口，沿著裂口會逐漸形成熱液噴口。由水和一些化學物質組成的滾燙混合物經由地殼噴薄而出，為海洋生命提供了熱量和營養(yǎng)。有些深海海底的熱液噴口像極了“黑煙囪”，噴出的水柱因含有化學物質而呈灰色或黑色。噴口周圍逐漸形成了一些奇特的海洋生物。

舍伍德認為，這就是加拿大蒂明斯市礦山古水的來源，包裹它們的巖石就是數十億年前在海洋底部熱液噴口所形成的產物。舍伍德認為這些被巖石封閉的“原始湯”就是一個把“溫暖的小池塘”裝進一個“溫暖的小裂縫”的地球故事。除了沒有陽光，它們簡直就如達爾文所描述的“溫暖的小池塘”一樣。或許地下深處的化學反應曾經已經發(fā)展到了生命形成的起源階段，如生成氨基酸或出現RNA分子。

擁有一瓶地球“原始湯”在手，研究人員可以進行相當仔細地研究。如果他們真能有所發(fā)現，這將表明，生命可以在無光的環(huán)境下產生。這對科學家在其他星球上尋找生命來說是個好消息，因為許多遙遠的星球從未接收到像地球接收到的這么多的光線。但有人懷疑，其中一些星球也有類似地球的深海熱液噴口系統(tǒng)，但只有這樣的系統(tǒng)才可以產生生命嗎？又或是一片死寂？我們不知道。不過，舍伍德的“原始湯”為人類提供了一個前所未有的機會來尋找答案。

之前對“原始湯”并不樂觀的加拿大教授昂斯托特說：既然我們都推測這種化學構成可能會產生生命，鑒于它確實存在，而且存在了數十億年，難道我們不期望看到一些前生命起源的反應嗎？一旦我們找到這樣一個地方，我們可以把所有裝備都用上，看看是否能找到類似原始RNA的物質。

無論我們在“原始湯”中是否找得到這樣的生命跡象，但有一件事是相當肯定的：液體中仍然充滿了豐富的化學物質，這些物質基礎是促使生命突然出現的關鍵。

最新研究結果表明，“原始湯”中的化學物質正在慢慢地變少。某種生物似乎正在一點一點地“吃”掉被困在巖石里數十億年的化學物質。當礦工破開巖石的時候，也許某種現代生物趁機跑了進去，占據了這個古代生態(tài)位，現在正在那里大吃大喝。而它吃下去的東西，“保質期”可是夠久的了。

早期地球是什么樣？

地球誕生時的面貌和現在不同，包圍在地球外表的水汽雖已凝結成液態(tài)的水或海洋，但溫度還是很高。那時具有活力的火山遍布地表，不時噴出火山灰和巖漿。大氣十分稀薄，氫、一氧化碳等各種氣體于空中形成一朵朵的卷云。由于沒有充足的大氣層掩蔽，整個地球都暴露在強烈的紫外線之下。此時云端的電離子不斷引起風暴，交加的雷電侵襲著陸地表面。幾十億年過去了，各種物質越聚越多，分子間互相影響，從而形成了復雜的混合物。在這其間，來自外太空的隕石也可能帶來了一些元素，參與了地球上的物質變化。

最初的生命是什么物質？

目前，絕大部分生命學家都認可生命是從RNA（核糖核酸）分子形態(tài)開始的——即認為地球上最早期的生命形式是RNA，之后才有蛋白質和DNA（脫氧核糖核酸）。RNA比DNA的結構更加簡單，而且是一種更加有效的化學催化劑。因此這就意味著RNA構成的生命比DNA構成的生命更容易出現。且這些早期的RNA分子同時擁有同DNA一樣的遺傳信息儲存功能，以及如酶一樣的催化能力，正是這些功能支持了早期的細胞或前細胞生命的運作。這就是著名的RNA世界學說，不過，并不是人人都認可這一學說。