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米勒实验示意图。 |
天文爱好者们近期有点激动,因为日本“隼鸟2号”飞船在小行星样本中发现多种氨基酸。众所周知,氨基酸是构成蛋白质的物质,与生命的起源密切相关。在小行星上发现了氨基酸,是否意味着地外生命有望被发现呢?要寻求这个问题的答案,可以从论证生命起源的化学实验开始,也就是著名的米勒实验。
实验生成20多种有机物
米勒实验,又称米勒模拟实验,顾名思义是一场模拟实验。实验模拟了原始地球大气通过“雷鸣闪电”从而产生有机物(特别是氨基酸)的过程,用以论证生命的起源。
1953年,美国芝加哥大学研究生米勒在导师的指导下完成了这个实验。
首先,米勒认为木星和土星等巨行星的大气都是没有游离氧(O2)的还原性大气,其主要成分是氢(H2)、氦(He)、甲烷(CH4)和氨(NH3),原始地球的大气大概率也差不多。于是他将玻璃仪器中的空气抽去,然后泵入模拟的还原性大气。再将烧瓶内的水煮沸,使水蒸气和混合气体在密闭的玻璃管道内不断循环,并在另一个大烧瓶中经受金属棒火花放电(模拟雷鸣闪电)达一周时间。生成的物质在经过冷却后,积聚在了仪器底部的溶液内,模拟原始大气中生成的有机物被雨水冲淋到原始海洋中。最后,米勒从这些生成物质中找到了20多种有机物,其中就包括氨基酸。
有机物中包括4种氨基酸
众所周知,氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质,是在生物体内构成蛋白质分子的基本单位,与生物的生命活动有着密切的关系。而在米勒实验最终生成的20多种有机物中,就含有11种氨基酸。这11种氨基酸中的4种(即甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸),又是生物蛋白质特有的。
这个实验说明了在原始地球上的原始大气中,各种无机成分是有机会转变为有机小分子的,这是生命起源的第一步。即使后来米勒修正了地球还原性大气的成分,结果仍然一致。
米勒在后期认为,设想原始地球还原性大气的成分是甲烷(CH4)、氮气(N2)、微量的氨(NH3)和水蒸气(H2O)的混合气体更为合理,因为氨(NH3)不可能在大气中大量存在,但会溶于海水中。1972年米勒重做模拟实验,结果得到35种有机物,其中多达10种是组成蛋白质的氨基酸。
氨基酸不代表一定有生命
米勒实验模拟的是地球上的化学进化过程,在宇宙中,这样的化学进化过程一直在发生。早在50年前,科学家就发现宇宙中广泛存在着有机物,所以小行星上有氨基酸并不稀奇,且找到氨基酸也并不意味着有生命。
因为这只是生命诞生的第一步,离真正的生命还很遥远。氨基酸这类有机小分子还需要合成蛋白质、核酸等有机大分子,再从有机大分子形成多分子独立的体系,最后在原始海洋中逐渐形成原始生命。这个过程极为复杂,且宇宙中也不一定有地球或实验中那样稳定和适宜的环境。打个比方,有了氨基酸,仅仅相当于有了砖头、瓦块,离建成大楼还差得远。
本次“隼鸟2号”飞船行动,只能说明人类第一次依靠自己的力量在外太空获取到小行星样本,并且在小行星样本中发现了氨基酸,是“首次在地球外确认氨基酸的存在”,而不是首次在地球外发现了氨基酸,更不能直接推断出存在生命。
(本报综合)