大西洋中脊上的第一处碱性热液喷口,对生命起源探索的影响


大西洋中脊上的第一处碱性热液喷口,对生命起源探索的影响


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大西洋中脊上的第一处碱性热液喷口,对生命起源探索的影响


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大西洋中脊上的第一处碱性热液喷口,对生命起源探索的影响


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在这个世界里 , 热液中的各种物质纷纷吸附在硫化亚铁的矿物表面上 , 热液的高温和深海的高压又让这些物质如同跳舞场上的先生小姐 , 你挽着我 , 我牵着他 , 发生了种种奇妙的化学反应 。
在他的推演中 , 这些化学反应的产物包括:新陈代谢中的关键物质 , 可以启动周而复始的物质循环 , 给进一步的生化反应创造条件;长链的磷脂等一类物质在矿物表面聚成薄薄的一层 , 而且越聚越多 , 然后像膨胀的墙皮一样起泡、脱落 , 形成了最初的细胞膜 。
各种类型的氨基酸 , 它们既可以缩合成蛋白质的片段 , 也可以进一步转化成各种含氮的碱基 , 也就是如今谱写遗传密码的那类物质 , 当这些碱基在矿物表面连续成串 , 基因的雏形也就出现了 。 总之 , 事儿就这样成了 , 在黑烟囱的硫化亚铁矿物表面上 , 一切生化反应都能找到雏形 。

那些铁硫矿作为这一切反应的催化者 , 也就顺理成章地被生化反应的继承者——细胞 , 保留了下来 , 也就是今天的铁硫蛋白 。 黑烟囱假说刚一诞生就比任何一个版本的“原始有机汤”更加详尽、生动地解释了第一个细胞的来源 , 在之后的四五年里 , 维希特斯霍伊泽又不断地丰富了这个假说 , 使它越来越成熟丰满 。

那些欣赏这些论文的人将它们誉为天才的作品 , 仿佛从100年后穿越时空回来 , 点醒困顿中的研究 。 就连卡尔·波普尔 , 也就是那个提出“可证伪性是判断一个理论是不是科学的标准”的科学哲学家 , 也对这个与生物化学结合得更加紧密的生命起源理论青睐有加 。
但亘古的谜题才不会如此轻松就迎刃而解 , 黑烟囱假说遭遇的难题丝毫不比原始有机汤假说简单 。 首先 , 铁硫矿虽然是非常好的催化剂 , 但二氧化碳却不是足够优秀的反应物 , 它的性质过于稳定了 , 在热液喷口的模拟实验中都不能有效地转化成有机物 。
而更活跃的一氧化碳虽然有不错的反应效果 , 却又在黑烟囱的热液中浓度很低 , 只有二氧化碳浓度的千分之一甚至百万分之一 。

当然 , 我们并不敢保证说40亿年前的深海热液就一定没有更多的一氧化碳 , 所以这倒不是什么重大的问题 。 其次 , 也是最重要的一点 , 黑烟囱假说继续推敲下去 , 会遇到与原始有机汤假说同样的麻烦 。
生命的起源需要持续而稳定的环境 , 但经过观察 , 那些构成黑烟囱的矿物沉积得非常疏松 , 积累得又很快 , 生长几十年能超过50米 , 然后就会不堪重负 , 土崩瓦解 , 这样的情形与陨石坑之类的“小锅原始有机汤”并无区别 。
同时 , 黑烟囱的深海热液是高温的酸性热液 , 这又与火山热泉版本的“原始有机汤”一样 , 与已知细胞的弱碱性特质很不符合 , 或者说 , 不能给细胞的生化反应提供恰当的条件——实际上 , 就在维希特斯霍伊泽刚刚提出这个假说的时候 , 1988年 , 捍卫原始有机汤假说的米勒就在《自然》杂志上发表了论文 , 针对反应条件的缺陷抨击了黑烟囱假说 。 尤其难以回答的是 , 那些被铁硫矿的表面催化形成的有机物 , 之后去哪儿了?

如果脱离了矿物表面 , 那立刻就会被喷涌的热液卷入无限的海洋 , 稀释没了 , 达不到生化反应需要的浓度;如果没有脱离矿物表面 , 那就会把矿物表面完全覆盖住 , 彻底断绝了后续的生化反应——比起原始有机汤假说 , 黑烟囱假说更加合理地解释了生命的“材料”是怎样出现的 , 却仍然难以说明是什么“力量”让这些材料变成了第一个细胞 。
【大西洋中脊上的第一处碱性热液喷口,对生命起源探索的影响】维希特斯霍伊泽的这个假说兴起得很快 , 却后继乏力 , 进入21世纪之后就面对越来越多的诘难 。 他在进入21世纪之后仍在坚持不懈地修补这个理论 , 但表面催化的黑烟囱假说早已不如刚问世的时候那样吸引人了 。

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