星际有机分子是怎么产生的?它与生命起源有关吗?

地球人击败了98%的宇宙玩家

其实我们可以来简单拆解一下“人”,人是由细胞构成的,再往下一层级去看,人是由蛋白质,水,脂类,糖等物质构成的。如果在继续往下分解,拆解到原子层面,那构成人体的元素都有:氧,碳,氢,氮等。

说白了,人其实就是一坨原子构成的。那宇宙中元素的分布又是什么样的呢?

实际上,宇宙中最多的就是氢和氦,它们占比达到了98%,剩余的元素才只有2%。

当然,这里我们说的是我们目前已知的物质,实际上宇宙中还有暗物质和暗能量。它们的占比还要多。

也就是说,构成地球上生物的有很多顺位比氢氦要高一些的元素,所以至少在元素层面,已经击败了98%以上的玩家,成为了宇宙中的极少数。其中,构成人类的主要元素有氧、碳、氮,它们其实来之不易,也是构成有机分子的必要元素,那它们是咋来的呢?

恒星:元素炼丹炉

这里就要提到恒星了。宇宙大爆炸初期,宇宙中主要的元素就是氢和氦。高顺位的元素实际上是需要恒星来造。具体来说,我们都知道恒星的内核正在发生核聚变反应。一般来说,恒星一开始都是先烧氢的,这个反应就叫做质子-质子反应链。最终,氢可以通过核聚变反应生成氦-4。看到了没?这时候其实就是往原子序数更高的方向发展。

除了质子-质子反应链,实际上还有碳氮氧循环,这里的碳氮氧充当的是催化剂作用,结果也是氢发生核聚变产生了氦-4。

如果氢烧完了,一般来说恒星会继续烧氦,然后一步步继续下去,有的停到了碳和氧,有的停到了更往后的,大部分都会停留在铁之前。随着恒星的燃烧,也就产生了大量的大号元素。

之所以会停留在铁,是因为铁特别稳定,也叫做比结合能很高。说的直白一点就是,你让铁发生核聚变反应所消耗的能量要比铁发生核聚变之后产生的能量要高,也就是入不敷出了,成了赔本买卖。但架不住有些恒星是土豪啊,这个时候自身质量还很巨大,所以,引力会提供让铁发生反应的能量,继续压缩恒星的内核。然后,恒星就会炸掉。这也就是超新星爆炸,这个过程恒星会把物质抛洒到宇宙当中。

我们地球上有许许多多的大号元素,当然也包括我们人自己。这些元素理论上就应该是来自于一场超新星爆发,而科学家目前也是这样猜测的。

超新星爆炸之后,残余的恒星内核如果质量还超过了1.44倍太阳质量,小于3.2倍太阳质量,这时候,恒星就会变成一颗中子星,如果大于3.2倍太阳质量,就会成为一个黑洞,如果小于1.44倍太阳质量,就有可能变成一颗白矮星。

所以,宇宙中的那些有机分子势必要经历过一场超新星爆炸之后,才有可能产生必备的元素。

生命起源

那宇宙中的有机物和生命起源有关么?

实际上,还真有科学家这么猜过,他们从陨石中找到了氨基酸。要知道氨基酸可以是构成蛋白质的基本单位,因此,就有科学家提出生命宇宙起源假说。

不过,这个假说并不是主流的假说,因为找到氨基酸真的不算是一件很难的事情,科学家还在火山口找到过氨基酸,于是提出了火山孕育生命假说。

甚至,有个叫做米勒的科学家和他的同事在曾经做过一个很著名的实验,这实验叫做米勒实验。他们从天体物理学家那里打听来地球形成初期的大气成分占比,然后把这些成分注入到烧瓶里,然后用电弧模拟原始地球的环境。

后来,它竟然发现了有氨基酸产生。你看看,如果仅仅发现氨基酸就下结论并不合理。毕竟,我们要搞清楚一件事情,有氨基酸并不一定会有生命,或者说大概率不会有生命。这就好比,如果有一顿钢铁,也不能自动生成汽车,而造人可要比造车复杂多了,所以就更不可能。

所以,无论是火山孕育生命假说还是生命宇宙起源假说,都不是主流的理论,并没有被广泛接受。也就是说,宇宙中的有机物大概率是和生命起源无关的。

那关于生命起源的主流理论是什么呢?

目前来说,有两个主流的假说,一个叫做RNA世界假说,一个叫做海底热泉口假说。这两个假说说白了就是在解决从氨基酸到生命的路径问题。RNA世界假说指的是,最早的生命依赖的遗传物质应该不是DNA,而更为简单的RNA,这样只需要RNA就可以完成复制和实现各种生命活动了。而实际上,科学家也通过实验得到了可以自我复制的RNA。

而海底热泉口假说,则解决的是能量的问题。早期的生命并没有线粒体,而它们的能量来源于哪里呢?后来,科学家在海底热泉口发现了氢离子的定向移动,这和我们细胞中线粒体的提供能量的方式是一致。

所以,早期的生命可能栖息在海底热泉口附近,依靠海底热泉口附近的氢离子定向移动来给自己提供能量。而且科学家也发现,在海底热泉口,这可是温度达到300,400度的情况,但这里竟然生机勃勃。

所以RNA世界假说解决了遗传物质的问题,而海底热泉口假说解决了能量的问题,这也是为什么它们可以成为主流理论的原因。但是,关于生命起源未来肯定还会有更多的新证据和新理论,RNA世界假说和海底热泉口假说很可能也只是暂时的而已。