地球生物起源之謎:為何在沒有氧氣的早期地球,仍然有生命能出現

网瘾少女 2022/11/20 檢舉 我要評論

不得不說,生命真的是宇宙中的一個奇跡。直到今天,在直徑達到940億光年的宇宙中,科學家們仍然沒有發現地球以外的任何星球有任何生命的痕跡。

根據目前人類所掌握的知識,一顆星球想要孕育生命,必須要有合適的溫度、具有能夠屏蔽宇宙輻射的大氣層、能夠支持新陳代謝的水和氧氣、以及長時間保持這些條件的穩定環境。即便如此,這些因素加在一起也不等于生命的出現,只有在機緣巧合的情況下,一些復雜的分子結合起來,才有可能形成生命。

另一方面,一旦生命形成,它們似乎又能夠表現出驚人的適應性和調整能力。隨著氣候的變化,它們也會發展出不同的形式以延續自己的種族,這令人非常驚訝。

雖然地球已經提供了相對十分宜居和穩定的環境,但它還是會出現一定程度上的氣候劇變,這是不可避免的。但是在差不多40億年的歷史上,生物從來沒有因為這些劇變而徹底滅亡,它們始終能夠在一次次的打擊中復興,這也是它們適應能力的一個鐵證。

從寒武紀生命大爆發到現在的差不多5.4億年的時間里,地球經歷過至少5次恐怖的環境劇變,帶來了5次生物大滅絕事件。這些事件足夠恐怖,但是和早期的地球相比仍然是小巫見大巫。在最早期的地球,甚至連我們呼吸所必需的氧氣都沒有。令人驚訝的是,我們的最遠古祖先正是在這個時期中一路走來,才繁衍出了今天這樣繁華的地球生態圈。

對于這個現象,科學家們一直非常好奇:如今我們在尋找地外生命的時候,都會把氧氣作為重要的參考標準,那麼早期地球的生物們又是如何在沒有氧氣的環境下生存下來的呢?

這個問題困擾了科學家很長的時間,直到最近,他們似乎終于找到了答案。在太平洋的東海岸,有一處世界聞名的沙漠,那就是智利的阿塔卡馬沙漠。這里不僅有驚人的美景,還有著許多科研的機會。科學家不僅在這里建立了大量的天文望遠鏡,探尋宇宙最深處的秘密,也在這里找到了解答地球生命之謎的鑰匙。

在這片沙漠中,有一個名叫Laguna La Brava的地方,這里有一個永遠都沒有氧氣的低鹽湖泊,我們所說的「鑰匙」,就隱藏在這個湖泊里。盡管完全沒有氧氣,但這里依然有生命存在。這是一種微生物,呈紫色,它不僅不需要氧氣就能生存,甚至還能進行光合作用。多年以來,有一群科學家一直在這里對它進行研究,試圖解開困擾人類多年的秘密。

來自康涅狄格大學的地球科學家Pieter Visscher說:「我從事微生物墊的研究已經有差不多35年的時間了,這個系統是我目前所知地球上唯一能完全在沒有氧氣的環境下正常運行的微生物墊。」

微生物墊這個結構,在地球上已經存在至少35億年的時間了。它們是細菌和很多古生菌的一種膜結構,用于將細胞內的物質和外界環境隔離開來,對于這些微生物來說至關重要。但是在它存在的前10億年時間里,地球上都沒有足夠的氧氣供它們運行。那麼,當初那些遠古微生物到底是怎樣來這樣極端的環境下生存下來的呢?

長期以來,科學家都認為:在沒有氧氣的時代,早期生物可能會把鐵或者是氫、硫當作替代品來完成必需的生理過程。但是,近些年來,在加利福尼亞的瑟爾斯湖和莫諾湖這兩種含鹽度超高的湖泊中,科學家們發現了一些非常極端的生物,它們竟然可以靠砷來進行新陳代謝。

這個發現非常驚人,因為砷對于現在很多生物來說都是劇毒的。其中我們最熟悉的含砷化合物就是三氧化二砷,也就是大家常說的砒霜。因此,在剛剛取得這個發現的時候,科學家們表示出了極大的震驚。

但隨后,又有其他的發現也成為了這次研究成果的證據。

在西澳大利亞的Tumbiana Formation,科學家們發現了一些疊層石。所謂的疊層石,指的是來自于25-28億年前的化石,來自于當時海洋中的一些礦物甚至是微生物的沉淀。通過對這些疊層石的研究,科研人員發現了當時可能存在的一種非常神奇的過程:遠古微生物捕獲光和砷的過程!而這樣的過程,是不適用于鐵或者硫的。

更加令人興奮的是,就在去年,科學家在太平洋發現了一種新的生命形式。即使是在今天的地球環境下,它們依然保持著通過砷來完成體內能量轉化的機制。

而這一次在Laguna La Brava發現的紫色微生物,同樣是通過砷來進行能量轉化。它們可以將亞砷酸鹽進行氧化,合成砷酸鹽。而且,對這種生物基因組的研究表明,它們似乎不僅可以在體內進行砷的轉化,也可以轉換硫的形式。兼具這兩種轉化形式的生物,對于早期地球的環境來說,將會具備相當強的生命力。

目前來說,雖然相關研究已經足夠樂觀,但科學家們還需要進一步的證實,我們需要更深入的研究,來證明砷的形式轉換是來自于生物體內的機制。

如果這些猜想最終都被證實,那麼我們可以得出結論,這次發現的生物的確是在「呼吸」砷,它也將成為人類所發現的第一個完全在無氧條件下能夠持續生存下去的生物,而這樣的環境正是寒武紀之前地球的模樣。

這是每個人都希望看到的答案,因為這將會擴大我們已知的生命形式,并且意味著雖然很多地球以外的天體并沒有那麼多氧氣,卻仍然有孕育生命的可能。我們或許會首先在火星上驗證這個猜想,因為火星上確實幾乎沒有氧氣。雖然火星表面的鐵數不勝數,那里如果有生命的話更有可能是通過鐵來進行能量轉化,但砷也是另外的一個選擇和可能。

就像諺語中所說的那樣:「彼之蜜糖,吾之毒藥」,那些看似惡劣的星球,沒準正是其他生命形式生存的天堂吧。

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