本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
2月22日,哈佛大学的科学家,物理和生物技术公司PLEXCorporation和BrukerScientific合作,在年坠落于阿尔及利亚的一块名为Acfer的陨石碎片中发现了一种蛋白质,这是人类第一次发现非地球起源的蛋白质,这意味着什么呢?
血锂蛋白
首先来了解一个这个蛋白质的情况吧,此蛋白被命名为Hemolithin,如果你用谷歌自带的翻译会将其译为“血石素”,还是挺有意思的;Hemo这个词头源自希腊语中的αμα,意为“血”,而Hemo作为单独的单词就是“血红素”的意思,是我们血液中血红蛋白最重要的组成之一,与之相关的分子都会带上这个词头,比如血红蛋白英文就写作Hemoglobin。
那么这个在陨石中发现的蛋白质与血有什么关系呢?其实只是一个有趣的联想而已,因为此蛋白质与铁离子和锂离子络合在一起,而血红蛋白无论是运输氧的能力还是鲜红的颜色都与铁离子密不可分,如果同时提到“铁”与“蛋白质”,第一个想到的必然是血红蛋白,因而该团队就用Hemo作为此蛋白名的前半部分。
同样,锂离子也并没有被忽视,此蛋白名的后半部分lithin源自金属锂的名字Lithium,其中ium是元素名的通用词尾,lithin大概可以理解为“XX锂”的词根,所以在本文中我就将其称为“血锂蛋白”吧。
太阳系最初的土特产
好的,那么现在我们想知道的是,从宇宙中发现了蛋白质意味着什么呢?是《异形前传·普罗米修斯》中的“生命源自宇宙”说的力证吗?
首先我们要知道,在宇宙中发现有机物并不稀罕,很多彗星中都含有大量的冰与甲烷,而在之前对于陨石碎片的研究中,科学家已经发现了氨基酸、糖和部分氨基酸的前体,积木已经发现了不少,但是组合起来的还是第一次见。
上面是血锂蛋白的结构图,白色球体是氢,灰色是碳,蓝色是氮,红色是氧,绿色是铁,橙色是锂。可以看到它的结构似乎很单调。是的,因为除了头和尾,中间的全部都是甘氨酸,就是一根由双链甘氨酸组成的简单蛋白质。
可能有的童鞋会质疑,血锂蛋白是在地球上被发现的,有没有可能是在落到地球上后粘上了地球生物的DNA呢?
不太可能,第一是这种结构的蛋白质是第一次在地球上被发现,第二血锂蛋白质中的部分氢原子是同位素氘,而氘在分子中的比例与地球不同,倒是与奥尔特云非常接近。
奥尔特云是啥?是距离太阳~倍日地距离,太阳系形成之初留下的边脚料,由气体、尘埃与冰块组成,彗星正是从奥尔特云诞生并闯入太阳系内部的客人。也就是说,组成Acfer的元素在46亿年前,大约太阳系行星成形的时候就已经被甩到了极远极寒的太阳系边际,在引力的混沌作用下穿越漫长的时光最终飞抵了地球。
外星人的种子还是宇宙的种子?
好的,现在让我们来分析一下血锂蛋白的发现对我们认识生命起源有什么帮助吧。
血锂蛋白有可能是外星人向宇宙撒播的生命种子吗?基本不可能,因为血锂蛋白结构本身已经揭示了其起源——它应该是完全诞生在太阳系中的蛋白质。血锂蛋白的末端有含铁基团,而此基团有一个神奇的功能,可以将阳光中的能量转移到水分子中“电解”水。
而被分解后的水会产生拥有强还原性的自由氢原子与强氧化性的自由氧原子,它们可以与陨石中的甲烷、氨等简单有机分子发生化学反应,生成丰富的有机物,其中就很可能含有甘氨酸,事实上甘氨酸可能是我们在来自宇宙的材料中发现得最多的氨基酸了,年NASA第一次在陨石中发现的氨基酸就是甘氨酸。
现在研究人员尚不清楚即便富集了大量甘氨酸,它们又是如何组合成链的,但是我相信答案就在这块陨石中,在有丰富有机反应的物体中,即便合成出了核糖也毫不意外。
那地球上的生命有可能来自太空中的氨基酸吗?最初生命的材料有可能是诞生于宇宙之中并随着陨石来到地球上的吗?我们或许是某颗星星的孩子?
这种假说来自于英国天文学家弗雷德·霍伊尔,叫Panspermia,但是它有一个致命缺陷——生命的形成并不是简单的几个氨基酸随机组合就可以,需要相当长的时间接受分子级的选择压力。也就是能利用能量保留甚至是增殖的分子会越来越多,当凑齐足够种类的有机分子并打通其中的联系才能诞生生命。而彗星或陨石能保持优势的时间都太短了,它们在坠入地球后有机分子浓度都会在风吹雨打下迅速降低,不足以形成生命。
外星的可能也用DNA
那么在宇宙中发现蛋白质到底有什么意义呢?其实这暗示了一种普适性——外星生命的构成可能与我们惊人的相似。
当我们对宇宙有机分子还一无所知时,往往会惊叹蛋白质神奇与复杂,并猜想外星生命可能有着与自己完全不同的构成模式,比如硅基生命、氨基生命、硫基生命甚至是砷基生命。在刘慈欣的小说中就出现过无机生命主导的文明——边缘世界。
但是随着人类对太空的深入研究,我们发现了一些无趣但是有价值的信息:
其一就是太阳系的元素组成与比例极其普通,这意味着我们并不独一无二,也意味着在至少在银河系中与太阳系类似的恒星体系一定非常丰富。
其二就是这些从陨石中发现的有机分子,它们的存在证明了有机分子与有机物是如此的常见且易生成,这意味着如果有一个与太阳系组成元素类似的恒星体系诞生了生命,那么这些生命极有可能也是以蛋白质作为生命运转的核心元件,甚至它们的遗传物质也有可能是DNA!
生命是一种自发的熵流现象,原材料的丰富度在很大程度上决定了生命会依托哪种形式诞生,而碳基从目前看来无论是其丰富度还是复杂度,都是首屈一指的,甚至连黑暗寒冷的太阳系边界都可能自发地诞生蛋白质,在环境复杂的星球表面这种可能性一下子就被放大了n倍。我们最终可能会从数学中得出结论——如果宇宙的其它角落有生命诞生,那几乎可以肯定是碳基生命。
我是酋知鱼,一条正在尝试制作视频的科学作者,欢迎