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日本科学家:生命自然起源的可能性很小

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04-26 11:47

生命从何而来?科学认为生命源自非生命。生命的基础构件源自长期的随机组合。


此即所谓的生命自然起源说。如果我们认可生命的自然起源,那么把生命放在宇宙的背景上,它自然起源的概率又有多大?


戸谷友則(Tomonori Totani)是日本东京大学的天体物理学家。他和他的团队最近在宏观宇宙的时间尺度上,模拟了微观分子世界的演化。结果发现,生命的自然起源概率非常低——至少在我们的可观测宇宙内是这样。相关论文发表在今年2月3日的《自然》杂志上。

 

在持生命自然起源观的学者中,有很多人认为生命的演化经历过一个由RNA主导的阶段。在蛋白质和双链基因分子DNA(脱氧核糖核酸)出现之前,一种相似但更简单的分子——RNA(核糖核酸)统治着一切。


和DNA一样,RNA也有复制信息、储存信息,以及触发和加速化学反应的能力。这两种能力都是地球生命的基本特征。但RNA比DNA更原始。


尽管很原始,RNA还是拥有复杂的结构。它们也是由许多单体连接起来的高分子。构成RNA长链的单体是氮基核酸。如果它们想要获得最基本的复制能力,那么至少需要拥有40至60个核酸单体。


只要有合适的条件和足够长的时间,自然界有能力自然产生核酸单体数在40至60个以上的RNA分子。但是戸谷友則等人在实验中发现,随着分子链长度的增加,RNA的浓度会急剧下跌,且核酸单体数超过10的分子链形成过程无法持续进行。


戸谷友則的模型是建立在最保守的RNA聚合方式基础上的。以这种方式形成的RNA长链,其单体分子是一个接一个随机连接起来的。虽然在理论上,已经聚合在一起的长链片断可以直接相连,但是戸谷友則认为,这样的过程“极具猜测性和理论性”。


地球生命起源于地球形成后5亿年时。假设可观测宇宙中存在1022颗恒星,那么生命出现的概率究竟有多高?戸谷友則的研究结果表明,至少从拥有40个以上核酸单体RNA随机出现的概率来看,可观测宇宙中拥有宜居行星的恒星数量,不足以支持生命在允许地球生命出现的时间范围内,在其他行星上自然产生。


但是戸谷友則同时也表示,可观测宇宙并不是宇宙的全部。现代宇宙学认为,宇宙经历过一个“暴涨期”,在远超人类视线范围的地方,制造出了许多急速膨胀的浩瀚空间。假如把这些空间的体量考虑在内,那么生命自然起源的概率就变得有意义了。

 

我们的可观测宇宙就像是烤箱中面包里的一个气泡,而宇宙是整个面包。气泡壁是自宇宙起源以来,可以到达地球最远的光所在的位置。随着面包的膨胀,气泡也在变大。在我们这个气泡之外,还存在着许多别的气泡。它们也在变大,并随面包的变大而相互远离。虽然可观测宇宙是我们所能直接看到的一切,但这并不表明面包的其余部分不存在。


据估计,整个宇宙的恒星数量至少在10100以上。假如我们把所有看不见的恒星算上,生命自然起源的概率才有意义。


这可能是个好消息。但是与此同时也表明,在可观测宇宙中寻找外星生命可能是徒劳的。


戸谷友則认为,假如生命的起源经历过RNA阶段,那么地球生命曾经获得过一个极为罕见的机遇——因为这个机遇,RNA长链才得以形成。地球很可能是可观测宇宙中唯一一个有生命的行星。未来想要在宇宙中的邻近区域发现外星生命的可能性基本上为零。


但是不能排除未来我们有一天会在其他天体上发现生命。如果是这样,那么这些生命最有可能是与地球生命同源的。它表明生命能够通过彗星和小行星,跨越行星甚至恒星进行传播,把同一自然起源的生命火种散布到宇宙中的邻近区域。


戸谷友則的研究结果尚不足以回答一切,但它指明了一个寻找生命起源的方向。我们在宇宙中是否孤独仍是个疑问,但是计算结果告诉我们,不要太乐观。

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