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地球所面临的威胁 地球上何时出现生命( 二 )


这就是水的悖论 。美国明尼苏达大学的合成物种学家凯特·阿达马拉表示，今天的物种细胞通过限制水在内部的自由流动来解决这一问题 。出于这个真相，常见的细胞质示意图常常是错误的 。“我们被教导细胞质就像一个袋子，可以装下所有东西，而这一切都在游动，”她补充道，“事实并非如此 。一切都是在细胞内搭建起来的，而且是在一团凝胶当中，而不是一个水袋 。”
许多研究者认为，如果生命能控制水分，那么其中的含义显而易见：生命可能是在陆地上形成的，因为水在陆地上只能间歇性地存在 。
源于陆地
支持这种观点的关键证据出现在2009年，当时萨瑟兰宣布，他的团队已经成功制造出组成RNA的4种核苷酸中的两种 。他们从磷酸盐和4种简单的碳基化学物质开始，包括一种名为“氨基氢”的氰化物盐 。这些化学物质全部溶解在水中，但浓度很高，而且关键步骤需要紫外线辐射 。萨瑟兰表示，这样的反应不能在海水中发生，而只能发生在暴露于阳光下的小水塘或小溪中，那里可以使化学物质浓度升高 。
萨瑟兰的团队已经证明，利用同样的起始物质，即使处理方法稍有不同，也能产生蛋白质和脂质的前体 。研究人员认为，如果含有氰化物盐的水体被恒星晒干，留下一层与氰化物有关的干燥化学物质，然后被地热活动加热，就可能发生这些反应 。在过去的一年里，他的团队利用恒星能和相同的高浓度化学物质制造出了DNA的构建单元，这在以前被认为是不可能的 。

地球所面临的威胁 地球上何时出现生命

文章插图
美国NSF-NASA化学演化中心的物种化学家莫兰·弗伦克尔-品特和同事扩展了这一成果 。去年，他们发现，氨基酸在干燥后，会自发地连接起来，形成类蛋白质链 。与其他氨基酸相比，组成今天蛋白质的20种氨基酸更可能发生这种反应 。这就意味着，间歇性的干燥有助于解释为何生命在数百种可能的情况下只使用这些氨基酸 。“我们看到了对如今氨基酸的选择，”弗伦克尔-品特说 。
干燥与潮湿
间歇性的干燥还有助于驱动这些基础分子组装成更复杂的、类似生命的结构 。
1982年，当时在加州大学戴维斯分校工作的研究者大卫·迪默和盖尔·巴切菲尔德发表了一篇论文，介绍了一个类似的经典实验 。他们的目标是研究另一类长链分子——脂质——怎么自组织形成包围细胞的膜 。他们首先制造了囊泡：一种由两层脂质包裹的含水囊状结构 。然后，研究人员将囊泡干燥，脂质就重新组织成多层结构，就像一堆煎饼，而之前漂浮在水中的DNA链被困在了脂质层之间 。当研究人员重新加入水分时，囊泡发生了改变——里面有了DNA 。这是迈向简单细胞的主要一步 。
“这种干湿循环随处可见，”目前在加州大学圣克鲁兹分校工作的大卫·迪默说，“就像雨水在湿岩石上蒸发一样简单 。”他指出，当物种化学物质（如脂质）受到这种干湿交替的影响时，就会发生不同寻常的情况 。
在2008年的一项研究中，迪默的团队将核苷酸和脂质与水混合，然后进行干湿循环 。当脂质形成层状结构时，核苷酸就会连接起来，形成类似RNA的链——如果没有辅助的话，这种反应在水中是不会发生的 。
其他研究指向了另一个因素，这似乎也是生命起源的关键所在：光 。这是美国波士顿麻省总医院合成物种学家杰克·索斯塔克的研究小组得出的结论之一 。该小组研究的是“原初生命体”，即含有少量化学物质，但能够生长、竞争和自我复制的简单细胞 。如果原初生命体暴露在类似于陆地的环境中，它们会表现出更像生命的行为 。在凯特·阿达马拉参与的一项研究中，研究人员发现原初生命体可以利用光的能量进行分裂，以一种简单的形式进行繁殖 。类似的，同样在MRC分子物种学实验室工作的克劳迪娅·邦菲奥等人在2017年发现，紫外线辐射会推动铁硫簇的合成，而铁硫簇对许多蛋白质都至关主要，包括组成电子传递链的蛋白质 。电子传递链又称呼吸链，是氧化磷酸化的一部分，通过驱动能量储存分子ATP的合成来为所有活细胞提供能量 。铁硫簇在接触到水时就会分裂，但邦菲奥的团队发现，当铁硫簇被3到12个氨基酸长度的简单多肽包围时，会变得更加稳定 。
水，但不要太多
诸如此类的研究为生命起源于光线充足，且含有少量水的陆地表面的观点提供了支持 。然而，对于有多少水参与其中，以及水在生命起源中扮演了什么角色，仍然存在争议 。


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