宇宙中会不会存在一个全是由RNA组成的生命世界?

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科学家们怀疑地球上每一个角落和缝隙里都有复杂的生命,它们是由无生命物质的随意移动而形成的,而这些无生命物质最终构成了生命的基石。

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(Image: © Shutterstock)

科学家们怀疑地球上每一个角落和缝隙里都有复杂的生命,它们是由无生命物质的随意移动而形成的,而这些无生命物质最终构成了生命的基石。

即便如此,支持这一想法的证据仍然缺乏。

但是研究人员最近在计算生命从无机物中自发产生的可能性方面有了创造性——这个过程被称为“非生物发生”。

在这项研究中,东京大学(University of Tokyo)天体物理学教授东谷知典(Tomonori Totani)在整个宇宙的史诗尺度上模拟了分子的微观世界,以确定是否存在生命起源的可能性。他实际上是在观察当时宇宙中是否有足够多的恒星和适宜居住的行星,使得复杂性得以产生。他的研究结果发表在2月3日的《自然》(Nature)杂志上,结果显示,生命出现的几率并不大,至少对可观测的宇宙来说是这样。

Totani告诉Live science:“我希望至少能找到一条现实的生物起源之路,用科学的语言来解释生物起源。”“有时人们声称,非自然发生的可能性低得令人难以置信,而且科学无法理解生命的起源。作为一名科学家,我曾梦想找到一个科学的解释来解释我们为什么会在这里。”

Totani的研究着眼于一个关于生物起源的主要假设,即我们所知的生命起源于研究人员所称的RNA世界。这一假说表明,在蛋白质和双链遗传分子DNA(脱氧核糖核酸)出现之前,世界上主要是由类似但效率较低的分子RNA(核糖核酸)主导的。脱氧核糖核酸今天为地球上的生命提供了指令。

在RNA的世界里,RNA是第一个能够复制和储存信息,以及启动和加速化学反应的分子——这是地球上生命的两个基本特征。对于今天定义生命的基于dna蛋白质的化学来说,这个世界将是一个更原始的分子世界。

虽然RNA很原始,但它是由许多称为单体的化学物质组成的,单体连接在一起形成聚合物。特别是,RNA是由一种叫做核苷酸的氮基分子链组成的。研究人员认为,为了使RNA发挥其复制自身的基本功能,它需要由一条长度超过40至60个核苷酸的核苷酸链组成。

那么,这些至少由40到60个核苷酸组成的RNA分子是如何自己形成的呢?实验证明,只要给予足够的时间和适当的条件,核苷酸就能随机地组织成RNA。但这些实验表明,RNA的丰度会随着其链长而迅速降低,而且没有一个实验能够持续产生超过10个单体的链。

“已经被实验证实,RNA聚合可以通过一个基本的随机过程发生,”Totani说。“一些实验声称产生了超过50个(单体长度)RNA,但这些是不可复制的。一个问题是,聚合物很容易被误认为是长链RNA聚合物。”

Totani的模型使用最保守的RNA聚合方法,每个单体随机地一个接一个地连接,直到形成一个单体链。科学家们曾提出,聚合物(每一种都由多个单体组成)可以相互结合以加速这一过程,但Totani说,这种过程“具有很强的推测性和假设性”。

我们所知道的生命

科学家们认为,在地球形成大约5亿年之后,地球上才出现了生命。据估计,在可观测的宇宙中有10亿亿亿颗(10^22)恒星,因此,宇宙中出现生命的可能性应该是很大的。但研究人员发现,考虑到我们周围宇宙中恒星的数量以及适宜居住的行星——随机生成长度大于40的RNA的可能性非常小。在可观测的宇宙中,有可居住的行星的恒星太少了,不可能在地球上出现生命的时间范围内发生无生命现象。

Totani在一份声明中说:“然而,宇宙中有比可观测到的更多的东西。”“在当代宇宙学中,人们一致认为,宇宙经历了一个快速膨胀的时期,产生了一个巨大的膨胀区域,超出了我们可以直接观测到的范围。把这些体积更大的(有适宜居住的行星的恒星)纳入到非生物发生的模型中,会大大增加生命出现的机会。”

在138亿年前的大爆炸中,我们的宇宙闪现出了自己的存在,之后它经历了一段持续至今的快速膨胀时期。如果我们把宇宙想象成烤箱里烤着的一条面包,那么我们可观测到的宇宙就像一个气泡被困在面团里,气泡壁是自宇宙大爆炸以来光能传播的最远距离。当面包上升的时候(通货膨胀),我们的泡沫就会膨胀,而面包里的其他空气会离我们越来越远。我们能看到的气泡就是我们所能看到的全部,即使面包的其他部分在外面。

据估计,整个宇宙可能包含1颗以上的古戈尔(10^100)恒星。当Totani考虑到这一新的丰富的恒星时,他发现生命的出现不再是不可能的,而是极有可能的。

这对RNA世界假说来说可能是个好消息,尽管它也可能意味着在宇宙中寻找生命是无望的追求。

Totani说,如果生命最初是从RNA开始的,那么“地球上的生命是由产生长链RNA聚合体这一非常罕见的机会创造出来的”。最有可能的是,在可观测的宇宙中,地球是唯一有生命存在的星球。我预测未来对外星生命的观察或探索将不会有任何积极的结果。

Totani相信,如果在我们宇宙的其他地方偶然发现了生命,它很可能与地球上的生命起源相同。生命可能搭上了彗星和小行星穿越星际空间或星际空间的便车,在当地的宇宙中播下了来自单一起源事件的生命种子。

Totani的工作远不能回答科学上最存在的问题之一,但它可以指导对生命起源的进一步研究。我们是否在宇宙中是孤独的仍然没有答案,但是如果Totani的数字告诉我们什么,你不应该打赌。

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8 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 天文萌新

    不客气

  2. 守夜人说(特邀作者)

    感谢大家的评论点赞!

  3. 守夜人说(特邀作者)

    RNA还有我们不知道的组合方式吗?

  4. lly

    如果RNA还能以我们想不到的方式进行组合,那就有意思了,比较现在的RNA组成的是病毒

  5. 天文萌新

    但是没有生命,病毒没办法存活,还是得有复杂的生命体才行

  6. 天文萌新

    那应该就是病毒了

  7. 守夜人说(特邀作者)

    有啊,就是朊病毒

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