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化學(xué)起源論
1859年,伴隨著達爾文《物種起源》一書的問世,生物科學(xué)發(fā)生了前所未有的大變革,同時也為人類揭示生命起源這一千古之謎帶來了一絲曙光,這就是化學(xué)起源論?;瘜W(xué)起源論是被廣大學(xué)者普遍接受的生命起源假說。這一假說認為,地球上的生命是在地球溫度逐步下降以后,在原始地球的條件下,在極其漫長的時間內(nèi),由無機物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物,再由有機物發(fā)展為生物大分子和多分子體系,一步步演變出原始的生命體。但這只是理論的推測,還缺乏令人信服的實驗證據(jù)。1953年,美國芝加哥大學(xué)研究生米勒在其導(dǎo)師尤利指導(dǎo)下,完成了模擬在原始地球還原性大氣中進行雷鳴閃電能產(chǎn)生有機物(特別是氨基酸)、以論證生命起源的化學(xué)進化過程實驗,即著名的米勒模擬實驗,這是生命起源研究的一次重大突破。后來,科學(xué)家們仿效米勒的模擬實驗,合成出大量與生命有關(guān)的有機分子。
但米勒的實驗也有很多的疑點,例如米勒實驗提供持續(xù)的電能――在原始時代的地球不一定有相類似的電能;其次,各種不同的氣體和物質(zhì)的配合,雖然能夠產(chǎn)生氨基酸、醣類等物質(zhì),但仍不能證明這就是生命的起源;氨基酸很可能是宇宙流星和彗星在撞擊地球的時候帶來的,因為當時這種現(xiàn)象十分普遍;再者,類似實驗所假設(shè)的大氣層不能證明就是原始的大氣層,因而所得的結(jié)果也是不確定的;更重要的是,米勒實驗中有機多分子體系演變?yōu)樵忌@一階段是在原始的海洋中形成的,是生命起源過程中最復(fù)雜和最有決定意義的階段,然而,人們目前還不能在實驗室里驗證這一過程。米勒本人也承認他的實驗與自然界的生命起源過程相距較遠,并且現(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)在火星上有氧氣存在卻沒有生命,因此,米勒曾提出的大氣層中沒有氧氣存在故沒有生命之說就不成立。
海洋起源論
在化學(xué)起源論的基礎(chǔ)上,20世紀70年代一些學(xué)者提出了熱泉生態(tài)系統(tǒng)論,也就是所謂的海洋起源論。它是現(xiàn)在最新的、最流行的,也可以說是迄今為止最科學(xué)的有關(guān)生命起源的假說。由于現(xiàn)階段所發(fā)現(xiàn)的古細菌,大多都生活在高溫、缺氧、含硫和偏酸的環(huán)境中,這種環(huán)境與熱泉噴口附近的環(huán)境極其相似――熱泉噴口附近不僅溫度非常高,而且又有大量的硫化物、甲烷、氫和二氧化碳等,與地球形成時的早期環(huán)境相似。有些學(xué)者認為熱泉噴口附近的環(huán)境不僅可以為生命的出現(xiàn)以及其后的生命延續(xù)提供所需的能量和物質(zhì),而且還可以避免地外物體撞擊地球時所造成的有害影響,因此,熱泉生態(tài)系統(tǒng)是孕育生命的理想場所。也有一些學(xué)者認為,生命可能是從地球表面產(chǎn)生的,隨后就蔓延到深海熱泉噴口周圍,而后來的撞擊毀滅了地球表面生命。只有隱藏在深海噴口附近的生物得以保存下來并繁衍后代――熱泉生態(tài)系統(tǒng)是現(xiàn)存所有生物的共同祖先。
1967年,美國學(xué)者布萊克在黃石公園的熱泉中發(fā)現(xiàn)了大量嗜熱生物。1977年,科學(xué)家克里斯在太平洋底的熱泉中,同樣也發(fā)現(xiàn)了大量的嗜熱微生物??茖W(xué)研究表明,熱泉中含有大量的一氧化碳、硫化氫和硫化金屬礦物,一方面有作為新陳代謝重要催化劑的黃鐵礦物和硫的出現(xiàn);另一方面,有遺傳物質(zhì)如核糖核酸的出現(xiàn)。由此看來,地球上的生命也許就誕生在距今38億年到40億年問這些充滿硫磺味的熱水池或者軟泥之中。宇宙生命論
然而,熱泉中的這些物質(zhì)又是如何而來的呢?早在19世紀初,人們已在隕石上找到了有機分子,它們是有機合成物誕生的重要因素。20世紀40年代以來,人類利用天體物理的手段,在月球表面或者火星的火山口等地方,探測到了近百種有機分子。1969年9月28日,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)墜落在澳大利亞麥啟遜鎮(zhèn)的一顆炭質(zhì)隕石中就含有18種氨基酸,其中6種是構(gòu)成生物的蛋白質(zhì)分子所必須的。
上述種種證據(jù)促使了宇宙生命論的產(chǎn)生,即所謂的生命起源于宇宙大爆炸。這一假說提倡“一切生命來自星際空間”的觀點,認為地球上最初的生命來自宇宙問的其他星體――“地上生命,天外飛來”。該假說認為,承載著“生命種子”的隕石或星際分子墜落在地球表面或通過其他途徑,形成地球最初的生命。
但是,現(xiàn)代科學(xué)研究表明,在已發(fā)現(xiàn)的星球上,其自然狀況并不具備保存生命的條件,并且天體在遷移的過程會產(chǎn)生具有強大殺傷力的紫外線、X射線等各種高能宇宙射線,當它們穿越大氣層到達地球的過程中會產(chǎn)生高溫,因此生命不太可能在這一過程中存活。此外,這類在外星球上形成的有機小分子在地球上也可以形成。宇宙起源論實際上是把生命起源的問題推到了無邊無際的宇宙中去了,將生命起源這一問題轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝钪嬷械纳质窃鯓悠鹪础薄?/p>
新發(fā)現(xiàn)不斷
隨著研究的深入,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)RNA在DNA制造蛋白質(zhì)這一過程中,作用并非目前認識的那么簡單。1970年科學(xué)家發(fā)現(xiàn),核糖體能夠?qū)被徇B接合成蛋白質(zhì)構(gòu)成生命,核糖體本身就是蛋白質(zhì)和RNA的復(fù)合體。2000年,科學(xué)家終于弄明白不是蛋白質(zhì),而是RNA承擔著使氨基酸結(jié)合的任務(wù)。到了2001年,科學(xué)家了解了人類遺傳基因的大致數(shù)量后,發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)有10萬余種,而遺傳基因僅有2萬多個。在某些種類的病毒里,遺傳信息不是由DNA而是由RNA儲存。與常見情況相反,RNA還是以自身為模板反向合成DNA。也就是說,RNA保存著遺傳信息并能傳遞給下一代,這樣就與DNA主要作用相同了。
RNA不僅肩負傳遞DNA信息的使命,有時還承擔著酶蛋白的任務(wù),負責剪切、粘貼分子。當生命主體為病毒時,它還代替DNA挑起承載遺傳信息的重任。生命的構(gòu)成離不開DNA、RNA和蛋白質(zhì)。那么,如果沒有DNA和蛋白質(zhì),僅憑RNA能構(gòu)成生命嗎?這個問題,在探討“生命起源”之謎時具有重要意義。
生命起源于RNA?
目前的研究表明,生命起源于距今40億年前左右。最初誕生的生命,是自我復(fù)制的“某類物質(zhì)”。想要實現(xiàn)自我復(fù)制,必須具備如下兩個必要條件:掌握自我復(fù)制所需的信息,進行復(fù)制時所需的反應(yīng)能夠發(fā)生。
現(xiàn)代生物為實現(xiàn)自我復(fù)制會以DNA堿基對的序列為設(shè)計圖,以RNA為介質(zhì),蛋白質(zhì)則負責推進必要的化學(xué)反應(yīng)。但在生命起源的初期階段,很難想象會存在如此復(fù)雜的分工。比較合理的解釋是,生命起源之時這三種物質(zhì)并沒有協(xié)同工作,而是其中的某一種成為了起源的發(fā)端。那么,最初的生命是從這三種生物大分子中的哪一種開始形成的呢?
目前被認為最有可能的候選者就是既能像DNA一樣承載遺傳信息,又能像蛋白質(zhì)一樣起到酶的作用的RNA。研究者認為,構(gòu)成RNA的原料分子,在生命起源之初就已存在于當時的地球上了。之后在某些偶然的情況下,有著與核糖體類似作用的RNA誕生了,開始連接原料分子并進行自我復(fù)制。再后來可以接合氨基酸合成蛋白質(zhì)的RNA出現(xiàn)了,制成了蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)在推進必要反應(yīng)方面要比RNA的效率高,因此RNA僅用于保持遺傳信息,而復(fù)制時推進必要反應(yīng)的任務(wù)落到了蛋白質(zhì)身上。最后,比RNA難分解、更適合用于保存遺傳信息的DNA延生了,它取代RNA承擔了承載遺傳信息的任務(wù)。以上,即為被稱為“RNA世界”的假說。
疾病新療法
本文就生命的第1000天以及兒童生長,發(fā)育條件做如下報告。
關(guān)鍵詞:生命 兒童 養(yǎng)育環(huán)境
【中圖分類號】R-1 【文獻標識碼】B 【文章編號】1671-8801(2014)04-0185-01
生命最初的1000天,即從孕期到2歲。這是影響人類未來的重要主題。也是尚未被足夠重視的主題?;谠撃挲g期的重要性,將該年齡稱為“機遇的窗口期”。
生命的第1000天,即從懷孕到2歲期間的母嬰營養(yǎng)和養(yǎng)育環(huán)境,可以明顯地影響兒童的健康和未來。兒童早期營養(yǎng)和養(yǎng)育環(huán)境會給兒童提供一個良好的生長發(fā)育的機遇和條件,使兒童的發(fā)育潛力得到充分的發(fā)展。研究表明,從孕期到2歲是一個生長發(fā)育的關(guān)鍵期,良好的營養(yǎng),可以保障和促進兒童體格和腦發(fā)育,降低出生缺陷的發(fā)生率,降低對疾病的易感性,增加對感染的免疫力。兒童早期營養(yǎng)缺乏和不良的養(yǎng)育環(huán)境的遠期影響,還會導(dǎo)致學(xué)習(xí)成績的下降。以及終身工作機會的經(jīng)濟效益的下降。
胎兒和嬰幼兒期間的營養(yǎng)不良,可以影響到成年期高血壓病、糖尿病以及精神性疾病的發(fā)病率,由此,產(chǎn)生了一些新的理論,例如,“成人疾病的胎兒起源”。
生命第1000天的營養(yǎng)不良的后果是不可逆的,但是這是可以預(yù)防的。
對生命第1000天營養(yǎng)的投入將有助于聯(lián)合國千年發(fā)展目標的實現(xiàn),包括消除貧困、饑餓,降低孕產(chǎn)婦死亡率和兒童死亡率,降低兒童發(fā)病改善營養(yǎng),才能全面實現(xiàn)千年發(fā)展目標。改善營養(yǎng)有利于家庭。乃至國家消除貧困。
兒童早期營養(yǎng)狀況存在著明顯的地區(qū)差異:東西部地區(qū)的差異,城市和農(nóng)村的差異,一般農(nóng)村和貧困農(nóng)村地區(qū)的差異等。兒童低體重和生長遲緩的高發(fā)生率仍然是貧困農(nóng)民地區(qū)的突出問題。兒童生長發(fā)育的水平也存在著明顯的地區(qū)差別,農(nóng)村兒童的平均身高和體重明顯落后于城市兒童。
微營養(yǎng)素的缺乏仍然普及存在,構(gòu)成了對兒童生長發(fā)育的潛在威脅。例如農(nóng)村嬰幼兒和孕產(chǎn)婦缺鐵性貧血的發(fā)生率尚未得到明顯的控制,已成為嚴重的公共問題。
在某些發(fā)達地區(qū),兒童肥胖的發(fā)生率快速增高,也已成為一個值得關(guān)注的問題。其原因一方面是飲食不平衡,另一發(fā)面是運動不夠。
母乳喂養(yǎng)尚存在許多問題,乳母營養(yǎng)攝入不足。
嬰幼兒捕食中的營養(yǎng)密度嚴重不足。在多數(shù)地區(qū)嬰幼兒副食都以米粥面糊、面片湯、面條湯等以谷類食物為主,蛋白質(zhì),脂肪、維生素和礦物質(zhì)的補充不足。已經(jīng)影響到兒童早期的營養(yǎng)的生長發(fā)育。
改善兒童早期營養(yǎng)為目標的“1000天行動”,將主要針對以下三個階段:孕期或圍孕期(后者包括懷孕前3個月)母乳喂養(yǎng)期和輔食添加期。
我們要高度重視輔食添加的重要性,這關(guān)系到嬰兒在食物過渡期的營養(yǎng)和飲食習(xí)慣的養(yǎng)成。輔食添加能滿足嬰幼兒不斷增加的對營養(yǎng)的需求,同時,輔食添加還可以幫助嬰幼兒實現(xiàn)從哺乳到家常膳食的過渡,養(yǎng)成良好的飲食習(xí)慣,輔食添加也是促進嬰幼兒心理行為發(fā)育的重要過程。調(diào)查發(fā)現(xiàn),農(nóng)村地區(qū)嬰幼兒輔食添加還存在很多問題,例如:對輔食添加的重要性普遍認識不足。
改善兒童早期營養(yǎng)和喂養(yǎng)的策略應(yīng)包括以下方面:
(1)孕期或孕期多種營養(yǎng)素補充。
(2)繼續(xù)推動母乳喂養(yǎng),改善母乳營養(yǎng)。
《孢子》就是這樣的一個產(chǎn)物,相對于和它有著血緣關(guān)系的《模擬人生》,《孢子》簡直就是那種模式的功能放大、超強、無敵修改版。這次你要掌管的可不是什么民宅,而是如假包換的星球和生物。而且游戲強大的自由度允許你創(chuàng)造你腦海里能夠想象出的各種生物。最起碼我現(xiàn)在見過“多啦A夢飛船”、“摩托車人”、 “中國龍”等極其BT的產(chǎn)物。還有很多違反倫理道德的生物被創(chuàng)建出來,招致EA的封殺,具體是啥我就下說了。
從單細胞生物開始,到宇宙的支配者。圍繞著整個生命和文化的進化,堪稱野心之作《孢子》終于于9月5日正式發(fā)行。經(jīng)過長時間期待,發(fā)行日當天,各地的游戲銷售點便聚集了大量為了能盡快買到游戲而躍躍欲試的人,玩家最關(guān)心的是“會是個怎么樣的游戲呢?”。本文將帶大家瀏覽下該游戲的龐大世界。
關(guān)子EA《美國藝電》
美國藝電總部設(shè)在美國加利福尼亞州紅木城,是全球著名的互動娛樂軟件公司。由1982年創(chuàng)立至今,公司在全球為視頻游戲、個人計算機、手機及互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)、、銷售各種互動軟件。EA旗下?lián)碛蠩A Sports、EA、EASPORTS Freesty[e及POGO四大品牌,并且擁有27項產(chǎn)品的全球銷售量分別超過百萬套。
EA風靡全球的經(jīng)典游戲包括EA Sports的《FIFASoccer》、《NBA Llye》,EA的《模擬人生》、《極品飛車》等。EA綜合運用多種媒體技術(shù),并結(jié)合了小說家、電影導(dǎo)演和音樂家的創(chuàng)造,使EA的產(chǎn)品一直能引領(lǐng)互動娛樂的時代潮流。該公司下屬有著名的EA Sports、POGO、The Sims、Maxis、英國牛蛙公司、擅長飛行模擬游戲的Orngin、擅長戰(zhàn)爭模擬游戲的簡氏公司和開創(chuàng)即時戰(zhàn)略游戲的Westwood(現(xiàn)已解散重組為EA洛杉磯分部EALA)。
單細胞生物進化文明形成量終成為宇宙的支配者
制作了《虛擬人生》和《虛擬城市》等系列的,世界著名的游戲創(chuàng)造者威爾。懷特用了長達8年的時間,全力打造的《孢子》備受關(guān)注。Will Wright通過模擬城市和人們形態(tài)制作的《孢子》會是什么樣的呢’讓我們一起來看一下吧。
《孢子》是講述生命起源,文明發(fā)展到巡游宇宙大冒險,一次大膽嘗試的游戲。最初的模擬的場景是從孕育生命的海洋的”細胞階段”開始,逐漸向陸地進化的“生物階段”,擁有智慧后的不斷通過爭斗來擴大領(lǐng)地的“部落階段”,隨之變遷成在星球上穿梭戰(zhàn)爭的“文明階段”。隨后生命掙脫了星球,以遨游在浩瀚宇宙中的“宇宙階段”為結(jié)尾。真是龐大的背景設(shè)定啊。
構(gòu)成本作的5個階段,是完全不同的設(shè)定。只聽概要的話,會有很多人有“這游戲要怎么玩呢”的疑惑。那么,讓我們首先從實際玩家的角度來體驗,具體是個怎么樣的游戲吧。
從小到幾乎看不到的單細胞生物開始挑戰(zhàn)漫長的進化路程
萬物起源于“細胞階段”。玩家成為在原始星球上的一個初始生命體。在原始海洋中被“潮汐”所推動。游戲剛開始時,可以選擇初期的生命體是“食肉”還是“食草”的。這個決定,將會成為之后生存戰(zhàn)略的一大要素。
很快,最初的生命體誕生了?!凹毎A段”是第一人視角動作類的。玩家用鼠標引導(dǎo)生物,在海潮中為了獲得植物或者動物的食而活動著。在這海潮中,同時還存在著很多其他種類的生物,弱肉強食,適者生存,30億年反復(fù)進化著。
這個階段的玩點在于,生命的形態(tài)、捕食和攻防。玩家每吃掉一個食物就可以得到一個“DNA元素”,必須要通過”求愛”才能增加生命的組成部件。同時,生命成長為什么樣的形態(tài)取決于食物的爭奪。而且還會出現(xiàn)為了適應(yīng)環(huán)境的變化而進化出不同形態(tài)的情況,實在是變化很多,很讓人期待。
接著,在獲得很多食物之后,漸漸長大,終于擁有了生命體最初的“腦”,便也到達了“細胞階段”的終點,邁出了向智慧生物的第一步,也意味著告別海洋的時刻來到了。為了在陸地上生存,長出了腳,“生物階段”繼續(xù)發(fā)展著。到該階段為止,即使悠閑地玩,也不過30分鐘,但是游戲中卻已過了30億年。
各種各樣的生命在海潮中涌動,仿佛是個小宇宙。為了吃食而活動,漸漸變大,漸漸復(fù)雜。生命移動到陸地上,開始群居生活。在這個“生物階段”的地圖上散布著各種生物的巢穴,不斷擴大生存間的競爭。玩家在這個階段需要做的是攻擊其它種類的生物,搶奪食物,使之滅絕,或者發(fā)揮社交能力,使之成為同伴。
移動到陸地上后備種各樣的生物在肥沃的大地上展開激烈的競爭
“細胞階段”選擇食肉性進化而來的話,最初分散在玩家“巢”周圍的是和其等級差不多的生物。食肉性生物的嘴、角用于攻擊、磨練戰(zhàn)斗技巧、爭奪食物。
選擇食草性的玩家,因為即使使用攻擊技巧將其他生物殺死了也不能得到食物,所以取而代之應(yīng)用“歌唱”、 跳舞”等社交技巧,使之成為同伴。不論使用什么方法,打倒一定數(shù)量巢穴中的生物,或者用魅力,在巢穴中制霸的話,便可以得到“DNA元素”和生物的組件等。回到自己的巢穴中,進行“求愛”的話,便進入生物編輯畫面。在這個界面里,可以裝備新的組件,攻擊和社交的新技能。順便一提,如果加載翅膀在空中飛行的話,移動會更便捷。
隨著生存競爭的不斷擴大,獲得更多的“DNA元素”,生命的智慧不斷提高,之后便可組成“團隊”。每個進化階段,團隊的數(shù)量會從1匹、2匹、3匹、4匹逐漸壯大,直到比任何生物都強大時,擁有大腦的生命體就完成了。歷經(jīng)數(shù)億年動物間爭斗的歷史拉上帷幕,挺進了“部落階段”,邁出了走向行星支配者的第一步。
“生物階段”是決定玩家培育的生物今后的發(fā)展的方向。首先力壓群雄,占據(jù)食物鏈的頂端,征戰(zhàn)于巢穴與巢穴之間。
成為擁有智慧的生命體后,這個階段將在以部落種族為單位,進行抗爭。在這里玩家以外的生物也從”生物階段”發(fā)展而來,逐漸集成部落。是對抗還是通過社交使之臣服,通過各種手段,成為行星上地位最高的生命體。
從這個階段開始,玩家操作的不再是一個對象,而是多個,感覺比較像即時戰(zhàn)略型游戲。操作標準也類似于即時戰(zhàn)略型游戲,所以有經(jīng)驗的玩家很容易上手。實際上這個階段主要是”收集食物”,“擴建部落”和“征服其他部落”。
生物開始建設(shè) 原始社會形態(tài)作為人類而開始活動
對于食肉性的,食物是通過獵捕生活在附近的野生動物獲得的。食草性的是摘取野生植物的果實。食物收集是指把找到的食物自動收集到部落指定的倉庫中,感覺很像帝國時代。收集到一定數(shù)量的糧食后,部落里會增加孩子,可以建造各種各樣的建筑物,隨之部落會不斷龐大。接著是通過武裝攻擊競爭對手的部落,或者帶著樂器通過唱歌跳舞來拉攏同伴。
如果發(fā)展得慢的話,就會被競爭對手攻擊,從這個階段開始,就是對戰(zhàn)模式了。為了不被他人先得手,需要快速籌集糧食和增加成員,建造制作石斧的小屋,制作樂器的小屋之類的。攻擊性的需要把競爭部落的所有成員殺死,所有小屋破壞掉,才能對其統(tǒng)治。統(tǒng)治的部落到達一定數(shù)量后,玩家所控制的生物將成為行星上最強的生命體,從而步入“文明階段”。
部落階段,如即時戰(zhàn)略游戲般,玩家收集食,擴張部落技能,制作不輸于競爭對手的強大部落。
玩家在星球上開始創(chuàng)造最初的文明。但是星球上不是所有的生物都說一種語言,存在著與其他文明間的競爭。從這里起,游戲的內(nèi)容漸漸變得更大規(guī)模。玩家作為文明城市的支配者,制造各種交通工具在星球上探險,不論是與其他文明的斗爭還是采取友好的外交,目的在于成為星球的統(tǒng)治者。
在這個世界里,文明的基本資源就是”香料”,如同金錢,而且可用于城市里造建筑物和大樓,或者作為給競爭文明的禮物以建立友好關(guān)系。用運輸器,在星球的“香間歇泉”邊建造采集基地的話,城市可以快速富足的發(fā)展。
玩家所控制的生物建立起文明的建筑物,文明階段開始。同其他文明結(jié)成同盟。用盡一切手段,成為星球的王者。
文明有3種特性,軍事、宗教和經(jīng)濟。該階段開始時,玩家擁有哪個特性,是由之前的經(jīng)歷所決定。特性的不同,和競爭文明所需建立的關(guān)系也會有所不同。選擇城市擴張、軍事的,需要把競爭者的城市毀滅,同時擁有的軍備數(shù)量決定能擁有多少城市。所以,早期的第一個競爭對手是占領(lǐng)城市,還是同化宗教,或是用經(jīng)濟手段收買,對于之后的發(fā)展影響很大。
氨基酸是生命的基本結(jié)構(gòu)單位,它們也是一種手性分子。手性是兩種分子在結(jié)構(gòu)上像左右手一樣呈鏡像對稱,卻無論怎樣旋轉(zhuǎn)也不會重合。它們的化學(xué)性質(zhì)完全相同,在微觀上分子結(jié)構(gòu)呈手性,在宏觀上它們的結(jié)晶體也呈手性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氨基酸有20多個種類,除了最簡單的甘氨酸以外,所有的氨基酸都是手性的。通過偏振光檢驗,人們發(fā)現(xiàn)除了少數(shù)動物或昆蟲的特定器官內(nèi)含有少量的右旋氨基酸之外,組成地球生命體的幾乎都是左旋氨基酸,而沒有右旋版。
“生物分子中存在著手性,左旋氨基酸右旋糖類,這是識別不同分子的一個重要性質(zhì),也是生命的先決條件。”美國國家航空航天局(NASA)戈達德中心天體生物學(xué)分析實驗室的詹森·德沃金說,盡管右旋氨基酸的生命形式也有可能運轉(zhuǎn)良好,但它們不能混合?!盎旌狭俗笮陀倚被岬娜斯さ鞍踪|(zhì),是無法運轉(zhuǎn)的?!庇倚肿邮侨梭w生命的克星!因為人是由左旋氨基酸組成的生命體,它不能很好地代謝右旋分子,所以食用含有右旋分子的藥物就會成為負擔,甚至造成對生命體的損害。
然而用一般人工方法合成的氨基酸,都會產(chǎn)生等量的左旋和右旋版。因此人們假設(shè),在地球生命起源以前,左手性分子和右手性分子是等量混合的。但這種狀態(tài)逐漸演變成了只產(chǎn)出一種手性的分子,生命(至少地球生命)的左旋化是怎樣開始的?
隕星碎片的答案
2000年1月,一顆大號流星在加拿大英屬哥倫比亞上空爆炸,碎片雨點般落在塔吉什湖冰面,許多人目睹了這些火球,并在幾天內(nèi)收集了隕星碎片,冰凍保存以避免受到地球生命的污染。最近,NASA的天文學(xué)家對這些隕星碎片進行了深入分析,發(fā)現(xiàn)其中蘊藏著解釋生命手性起源的答案。
“為何所有已知的生命都只用左旋氨基酸來構(gòu)建蛋白質(zhì)?”NASA戈達德航天飛行中心的丹尼爾·格萊溫說,“我們對隕石內(nèi)部的氨基酸進行了分析,發(fā)現(xiàn)了一個可能的解釋?!彼麄兊难芯堪l(fā)表在最近出版的《隕星與行星科學(xué)》雜志上。論文提出了迄今最有力的證據(jù),小行星內(nèi)的液態(tài)水導(dǎo)致了隕石內(nèi)某種普通的蛋白質(zhì)氨基酸對左旋的偏愛超過右旋。但這一結(jié)果也使尋找地外生命的任務(wù)更加復(fù)雜。
“隨著研究逐漸深入,塔吉什湖隕星不斷地揭示出越來越多關(guān)于早期太陽系的秘密?!闭撐暮现?、加拿大亞伯達大學(xué)克里斯托弗·赫德說,他向研究小組提供了塔吉什湖隕星樣本,“最新研究讓我們看到了滲透在小行星中的水的作用,由于這些水的作用使構(gòu)成地球生命的所有氨基酸呈現(xiàn)出左旋的特征?!?/p>
研究小組將樣本碾碎,將它們混入熱水溶液中,然后用液體色譜質(zhì)譜儀來識別其中的分子?!拔覀儼l(fā)現(xiàn),樣本中天冬氨酸的左旋版大約是右旋版的4倍,但丙氨酸的左旋版只比右旋版略多出8%?!备袢R溫說。天冬氨酸是人體每一種酶都含有的一種氨基酸,丙氨酸是構(gòu)成生命必須的另一種氨基酸。
太空形成的氨基酸
“如果這些氨基酸來自地球生命的污染,那兩種氨基酸的左旋版都應(yīng)該大大超過右旋版?!备袢R溫說,“然而,只有其中一種左旋版大大超過右旋版,另一種卻相差無幾,這表明它們并非來自地球生命,而是由隕星內(nèi)部所攜帶?!蓖凰胤治鲆沧C明,這兩種氨基酸很可能是在太空形成的。
同位素是具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的元素,比如碳-13比普通的碳-12更重。構(gòu)成生命的化學(xué)物質(zhì)更喜歡使用較輕的元素,因此富含碳-13的氨基酸很可能是形成于太空?!拔覀冊跇颖局邪l(fā)現(xiàn),天冬氨酸和丙氨酸高度富含碳-13,這表明它們很可能原本就存在于小行星內(nèi),經(jīng)由一種非生物過程而形成的?!必撠熯M行同位素分析的NASA戈達德航天飛行中心的杰米·埃爾希拉說,富含碳-13,并且只有一種氨基酸出現(xiàn)了左旋過量,而另一種沒有,這是最有力的證據(jù),表明某些左旋蛋白基因氨基酸(生命用于制造蛋白質(zhì)的物質(zhì))能在小行星上過量地形成。
有人提出質(zhì)疑,認為隕石中的左旋氨基酸超量,是由于暴露在太陽星云的偏振輻射中所致。對此研究人員解釋說,在研究樣本中,左旋天冬氨酸超過的數(shù)量非常大,單獨用偏振輻射是無法解釋的,必須還有其他的因素。
而且只有天冬氨酸左旋超量,丙氨酸卻沒有,這給了研究小組一個關(guān)鍵提示:在地球生命起源之前,這些氨基酸在小行星內(nèi)部是怎樣被制造出來的?在此過程中怎樣產(chǎn)生了左旋超量?
結(jié)晶過程的秘密
“我們發(fā)現(xiàn)了一個事實:丙氨酸和天冬氨酸形成晶體的方式不同?!闭撐暮现?、NASA戈達德博士后成員亞倫·伯頓說。研究人員探索氨基酸分子的結(jié)晶過程,看它們會產(chǎn)生左旋還是右旋過量,發(fā)現(xiàn)天冬氨酸和丙氨酸形成了兩種不同類型的結(jié)晶。
研究小組認為,最初只有很少的左旋過量,這些左旋過量是通過結(jié)晶化和水溶解作用而被放大的。一些氨基酸,如天冬氨酸的形狀讓它們適合在一起形成純晶體,即只有左旋或右旋分子構(gòu)成。對于這些氨基酸而言,微小的左旋或右旋過量會逐漸放大,淘汰反向版的晶體;而丙氨酸在形狀上更容易與其鏡像版結(jié)合,所以這種晶體就由等量的左旋和右旋分子構(gòu)成。隨著這種“混合”晶體的生長,其中某個旋向也會有少量過量,但會逐漸消失。這兩種過程都必需的一個條件是,氨基酸溶解于水中時能夠改變其分子旋向。
研究小組解釋說,由此推測一個可能的情況是,在太陽星云輻射的條件下,比如偏振紫外線或附近恒星的輻射產(chǎn)生了左旋氨基酸,或破壞了右旋氨基酸,導(dǎo)致了最初一點微小的左旋過量。在小行星內(nèi),最初的左旋過量經(jīng)一種類似于結(jié)晶化的過程而被放大。小行星和隕石碰撞將這些物質(zhì)帶到了地球,左旋氨基酸可能被并入正在出現(xiàn)的生命中,同樣經(jīng)由結(jié)晶化過程使得左旋氨基酸富集起來。在地球上河流、湖泊和海洋底部的古老沉積物中,都發(fā)現(xiàn)有這種類似的左旋富集。