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NASA 重構深海環境 助解地球生命起源之謎

2019/2/27 — 15:28

資料圖片,圖片來源:nasa

資料圖片,圖片來源:nasa

生命之源一直是科學家希望解開的謎題,部份研究認為源頭可能是陽光未能觸及的深海。美國太空總署研究人員就成功在實驗室重構當時可能引發生物出現的深海環境,或能幫助了解生命起源的秘密。研究已刊於《美國科學院院刊 (PNAS) 》。 

現時已有不同假說嘗試解釋生物之源。其中一個假說認為,深海可能是生命起源地,因為早期地球仍然受太陽極強烈紫外線照射。相反,深海可將紫外線隔開,增加生物孕育機會。此外,藏於深海的海底熱泉更提供了適當環境予早期生命,在無需光合作用的情況下生長和繁殖。這類生長於海底熱泉的細菌,可依賴取用熱泉化學能量,透過化能合成 (chemosynthesis) 產生食物。

早期細菌或者它們所產生的養份,都成為後來演化的生物食物來源,且慢慢形成健全的食物鏈。 NASA 科學家認為估計木星或土星的衛星都可能有類近熱泉,容許生物演化

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因此,NASA 天體物理學家 Laurie Barge 的團隊就開始嘗試在實驗室根據化石紀錄,重構遠古深海環境。實驗室深海環境由水、礦物,以及丙酮酸鹽和阿摩尼亞 (Ammonia) 兩種可從海底熱泉產生的物質組成。而丙酮酸鹽及阿摩尼亞,則是組成生命基本元素——氨基酸 (Amino Acid) 的關鍵成份。此外,為模仿原始海洋環境,研究人員也從水中抽出氧氣、將水調整為偏向鹼性,以及加入早期地球常見的氫氧化鐵 (iron hydorxide) 。此外,他們也將水調整海底熱泉附近的水溫至約 70°C 。

當研究人員向水注入少量氧氣時,水內組成了其中一種名為丙氨酸 (alanine) 的氨基酸 (Amino Acid) 。與此同時,他們也在水中發現氨基酸作用的副產品——果酸 (alpha hydroxy acid) ,這類果酸可組合成複雜的有機分子結構,形成生命。 Barge 指出,此模型顯示早期地球的地質狀況,可透過簡單作用,容許氨基酸及果酸的形成。

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今次是研究人員首次在海底熱泉環境下觀察到有機化學作用,相信這發現將有助了解孕育生命的環境因素,而且也可以幫助估計地球以外的星體,孕育出生命的機會。

來源:
ScienceAlert, NASA Astrobiologists Have Recreated The Deep-Sea Origins of Life in The Lab, 26 February 2019

報告:
Barge, L.M., Flores, E., Baum, M.M., VanderVelde, D.G. & Russell, M.J. (2019). Redox and pH gradients drive amino acid synthesis in iron oxyhydroxide mineral systems. PNAS, published ahead of print February 25, 2019. DOI: 10.1073/pnas.1812098116

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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