“堿性熱液噴口啊,也算是預料之中吧。”
李恒看了一遍王子運上傳到樂園網絡的那些數據與論文。
有關於生命起源和生命的共祖露卡,很早之前就有了許多種看上去都很合理的猜測,堿性熱液噴口算是其中相當靠譜的一種。
但真正想要完全確定,僅憑地球上找到的那些證據依舊無法讓所有人都信服。
對十幾顆生命星球原始生命進行過充分研究之後,堿性熱液噴口成為了唯一剩下的那一個。
生命有三大域,細菌域,古細菌域,真核生物域。
在地球上,真核生物誕生於15億至20億年前,細菌和古細菌則已經有了近40億年的曆史。
雖然名稱叫做古細菌,但它們並不比細菌更古老,兩者有著同樣古老的曆史。
尋找生命起源和生命共祖露卡,其實就是研究細菌和古細菌這兩大域的生命有著什麽共通之處。
其核心就是生物體內能量的進出和轉換,也就是呼吸作用製造ATP的過程以及對於質子梯度的利用。
簡單而言,尋找生命起源之處,就要尋找存在天然質子梯度的區域。
那個地方就是堿性熱液噴口。
比起依賴於岩漿與海底火山,環境極其不穩定,壽命也短得多的黑煙囪,更溫和、更長壽的堿性熱液噴口是更完美的生命起源地。
形成堿性熱液噴口的條件也很簡單,隻需要橄欖石與水反應生成蛇紋岩,這種岩石普遍存在於岩質行星的地幔中。
這一反應會釋放氫氣,這些氫氣會溶於富含氫氧化鎂的堿性溶液中。
堿性熱液噴口具有微孔結構,當熱液持續通過這些微孔噴口係統時,核苷酸這種較大的有機分子會被困住。
有機分子濃度會持續積累形成有機分子濃湯,從而讓氨基酸聚合成蛋白質,核苷酸聚合成RNA,形成生命最初所需的原材料。
有了原材料,剩下的就是持續的能量輸入。
在沒有光合作用產氧生物的遠古時代,大氣中的二氧化碳濃度比現在高得多。
現代地球的海洋pH值大約為8,但在生命起源的遠古時代,高濃度的二氧化碳會使得海洋酸化,pH值隻有5~7。
而在堿性熱液噴口的微孔結構中,會持續湧出pH值為10的堿性**,兩者之間的質子濃度相差一千倍至十萬倍。
有了這種天然的質子梯度,最初的生命就有了持續的能量來源。
在幾百年前改造金星大氣環境的工程中,為了消耗金星大氣層中的大量二氧化碳,人類利用從木星采集到的氫氣與其進行反應。
在中性環境下,這一過程是無法自然發生的,需要高溫高壓和催化劑才能進行。
但在酸堿不平衡的堿性熱液噴口卻不同,氫氣與二氧化碳可以自然反應生成甲醛,微孔結構中的硫化鐵則在這一過程中充當催化劑的作用。
整個過程所需要的東西相當簡單,岩石,水,二氧化碳。
橄欖石是宇宙中最豐富的礦物之一,也是星際塵埃和吸積盤的主要成分之一。
另一種原材料則是二氧化碳,大多數行星大氣中,二氧化碳都是主要成分之一。
如今在宇宙中發現的生命星球也完全符合這一理論。
在大質量恒星稀疏的銀河係外圍區域,平均十顆恒星中就有一顆生命星球存在。
這不算是什麽開創性的新理論,隻是一種在過往依舊有著爭議的理論在如今終於得到了完全肯定地證實。
相比起生命起源,對於太陽係周邊的這十幾顆生命星球上原始生命的研究帶來了另一個不知是好還是壞的消息。
“露卡算是一個好消息,許多人多年的研究有了確定性的結果,若不是人類如今長久的壽命,他們隻能帶著自己的疑惑走向死亡。”
王子運先是總結了一下得到的成果,然後接著道:
“十幾顆生命星球的原始生命,雖然還不算完全確定的證實,但通過種種跡象我們已經得出了一個與目前所知的事實自洽的理論。”
“大過濾器的第一道濾網已經清晰可見,我們如今所在的這個寂靜宇宙向我們揭示了它那冷漠無情的一角。”
十幾顆生命星球,全都隻有原核生物而沒有真核生物。
在地球上,真核生物起源於十五至二十億年前。
單以地球的曆史來推論,一顆生存環境較為穩定的星球,平均二十五億年時間就會誕生真核生物。
這一時間推論直接將類似比鄰星b的行星排除了,紅矮星的生存環境不足以支持誕生真核生物所需的長久時間。
另外,類似天倉五和南門二這兩個恒星係統中持續受到大量隕石撞擊的生命星球也可以去除。
這些隕石就像是複雜生命的抑製器,讓這些生命星球永遠都隻能維持在簡單的原核生物時代。
但除了這些來自星球之外的因素,人類在宇宙中還發現了兩顆類似於太陽係和地球環境的生命星球。
這兩顆星球的曆史比起地球還要長久,環境也相當穩定,海洋中的原核生物已經有超過四十億年的曆史。
但它們之中卻仍舊沒有誕生真核生物。
就像是地球上的細菌和古細菌一樣,近四十億年的時間都維持著自身的簡單形態。
原核生物與真核生物有何種區別?
原核生物的兩大域,無論是細菌還是古細菌,基因的多樣性和生化反應的多變性都令人歎為觀止。
單獨一個細菌的代謝多樣性,就能超過整個真核生物域的所有生物,它們生存的那些極端環境更是真核生物完全無法適應的。
但是,有著如此代謝多樣性的細菌和古細菌卻從來沒有發展出與真核生物相當的複雜結構。
有某種基本的規則限製了原核生物變得更為複雜,讓它們無法發展出真核生物那樣複雜的結構。
這種規則的核心就是能量。
更準確地說,是平均每個基因能得到的能量。
單純從同等質量的代謝率比較,真核生物隻有細菌的三分之一,原核生物的能量效率並不比真核生物低。
但若是考慮到真核生物細胞核中那龐大的基因組,那麽真核生物每個基因的平均能量是細菌的10萬倍。
讓真核生物打破細菌能量桎梏的是線粒體,一次在曆史長河中偶然發生的內共生作用。
在這次偶然的事件中,一個古細菌和一個細菌內共生體組成了基因嵌合體,這就是最初的真核生物。
這種內共生作用本身是演化曆史中極其罕見的事件,除了線粒體之外,另一個廣為人知的事件是藍細菌變成了葉綠體。
對於沒有線粒體和葉綠體的原核生物而言,單純地擴大體積沒有任何好處,唯有通過內共生作用才能支持核基因組擴大好幾個數量級。
這些是過往已經被人所熟知的理論,對那兩顆曆史長久,但隻有原核生物存在的生命星球研究得到的新結論則是:
內共生作用發生的概率比起地球曆史上發生過的還要低,穩定真核生物的誕生也比起過往所認為的要更困難。
在地球上,有一種名為“源真核生物”的存在,看名字它們似乎是真核生物的起源。
它們最初被視為演化過程中缺失的環節,也就是早期的真核生物。
但隨著了解深入,人類發現這些源真核生物並非是演化中間型。
恰恰相反,它們全都起源於更複雜的真核生物,祖先擁有所有的真核生物細胞特征。
源真核生物的存在說明,在原核生物與真核生物的生態位之間,存在著足以容納這種介於兩者之間的生物生存的環境。
也就是說,如果二十億年前曾經有許多穩定的真核生物種群,它們不會在競爭中快速滅絕,理應會留下痕跡。
但是人類卻沒有在地球上發現過任何早期的真核生物存在過的痕跡,真核生物共同的祖先一出現就幾乎具有了真核生物的所有特征。
原核生物與真核生物之間存在著一個巨大的空白區域。
這意味著早期通過內共生作用誕生的真核生物基因很不穩定。
就像寒武紀生命大爆發一樣,真核生物的共同祖先在短短幾百萬年內就演化成熟,其餘那些基因不穩定的中間型細胞則在這段時間內全部消亡。
地球上的所有真核生物都有著單一的起源,在那幾百萬年裏活下來的一小群基因穩定的真核生物成為了如今所有複雜生物的祖先。
正因如此,所有的真核生物都擁有眾多完全相同的特征,複雜生物之間的基因才會有著如此多的相似性。
在水平基因轉移盛行的細菌中,同一種細菌的不同菌株之間可能有多達一半基因都不一樣,比所有脊椎動物之間的基因差異程度還要大。
內共生作用在演化史上出現的微小概率,真核生物的單一起源,早期真核生物基因的不穩定性。
所有這些都說明了從原核生物到真核生物之間存在著一道巨大的鴻溝。
那兩顆曆史比起地球還要悠久的生命星球上依舊沒有出現真核生物則有力地證實了這個猜測,讓它從單純的假說變成了一個確定性的理論。
真核生物的誕生隻是發生在地球上的一個偶然事件,而非是在宇宙中其他生命星球上隨處可見的普遍事件。
大過濾器的第一道濾網,將大多數生命星球上的原核生命攔了下來,阻止他們演變成更複雜的真核生物。