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如果你问一位天体生物学家关于他们的家谱,他们可能只会递给你一块45亿年前的岩石。这些作为陨石坠落到地球的早期太阳系碎片,可能包含着生命的最初组成部分。如果这是真的,那就意味着地球上所有生命的起源根本不是“在地球上”。
在碰撞形成幼年行星的尘埃微粒中,含有放射性元素。当它们的原子核衰变为更稳定的原子时,会释放出热量,温暖正在生长的岩石体。对于那些在火星以外寒冷区域形成的物体,这些大小在1到100公里之间的巨石充满了冰。当它们的内部开始融化时,出现了隐藏的液态水泉,我们太阳系的第一批有机分子开始在那里组装。
毫无疑问,这个过程确实发生过。显示出曾经暴露于水中的陨石也包含着大量的有机物。然而,这些生物分子可以在太空中形成这一事实,并不意味着它们最终开始了地球上的生命。
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生命的遗传密码蓝图存在于由核碱基组成的DNA和RNA的扭曲链中。在早期地球上,核碱基配对首先形成更简单的RNA,然后RNA开始近乎完美的复制过程。这是一个进化路径,最终将导致人类的出现。
“在我看来,那就是生命的开始,”麦克马斯特大学起源研究所的本·皮尔斯说道,他是一篇新论文的第一作者,该论文探讨了生命的种子是否可能来自太空的问题。“能够创造副本。”
为了研究我们自己的核碱基是否可能在陨石内部被带到地球,皮尔斯首先检查了陨石坠落中发现的有机物含量。
核碱基有五种形式:鸟嘌呤 (G)、腺嘌呤 (A)、胞嘧啶 (C)、胸腺嘧啶 (T) 和尿嘧啶 (U)。皮尔斯证实,其中三种核碱基在陨石记录中很常见,但没有发现胞嘧啶或胸腺嘧啶的迹象。有趣的是,这些缺失的成员是已发现核碱基的互补对,其中鸟嘌呤与胞嘧啶配对 (G-C),腺嘌呤与胸腺嘧啶配对 (A-T) 在 DNA 中。
合著者拉尔夫·普德里茨评论说:“这就像每个人都来参加舞会,但他们都忘记了他们的舞伴。”
这引出了一个问题,这些缺失是否仅仅是因为实验运气不好,或者陨石无法携带这些遗传密码的对应物是否另有原因。
为了研究这个问题,研究人员转向了形成这些核碱基的化学反应。核碱基的产生成功与否很大程度上取决于早期太阳系星子内部可用的构建材料。为了找到周围的环境,研究人员将目光投向了彗星。
彗星是行星形成过程中遗留下来的冰冷岩石。与许多较近的小行星不同,彗星自形成以来几乎没有发生变化。这使得它们成为第一批核碱基诞生地条件的一个极好的快照。
科学家们以彗星的成分作为模型起点,计算了构成我们遗传密码的五种核碱基的预期产量。
他们的发现是,虽然其中四种核碱基的形成量是可测量的,但难以捉摸的胞嘧啶却不见踪影。事实上,胞嘧啶确实产生了。然而,它在几年内迅速衰变,产生更常见的尿嘧啶核碱基和氨。这意味着在陨石样本中发现胞嘧啶的可能性几乎为零。
“并不是说我们只是没有在陨石中发现任何胞嘧啶,”皮尔斯惊呼道。“似乎根本就找不到它!”
虽然这结束了关于缺失胞嘧啶的案例,但另一种缺失的核碱基胸腺嘧啶似乎是以可检测到的丰度产生的。那么为什么从未见过它呢?
事实证明,胸腺嘧啶在过氧化氢存在的情况下会分解;过氧化氢是漂白剂和消毒剂中的同一种化学物质。在彗星中发现了过氧化氢,这使其成为破坏任何已形成的胸腺嘧啶的潜在罪魁祸首。
这些模型解释了陨石样本中仅存在三种核碱基的原因,但它们留下了一个明显的难题:如果我们的遗传密码需要五种核碱基,那么缺失的两个配偶从何而来?
这是一个仍然缺乏令人满意答案的问题。这些生命种子有可能起源于地球,尽管这带来了一些棘手的问题。我们早期的大气环境不适合产生有机分子,而我们的海洋也可能只产生三种核碱基。一个有希望的选择是,太阳的紫外线触发了太阳系内尘埃颗粒上的有机物的形成,然后这些有机物被地球的引力捕获。
“这是一个大问题!”皮尔斯总结道。“目前,我们还不知道答案。”