水是生命的唯一源泉吗

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樓主

發表於 2022-4-14 14:41:06

“水是生命之源”——这已经是生活在地球上的我们的共识。对于搜寻外星生命的任务也一直着眼于对外星上“水”的寻找。然而最近，有科学家提出了不同的思路：外星生命也许并不只依靠水而存活！于是，一批生物化学家、行星科学家和哲学家组成研究小组，探究这一问题，重新追问水与生命的关系。





　　“哪里有水，哪里就可能有生命。”“水，生命之源。”——这是生活在地球上的我们的共同经验。因此，对于搜寻外星球生命迹象的任务，美国宇航局(NASA)一直将目标聚焦于“水”。然而，佛罗里达大学的化学家白纳(Steven Benner)对此提出质疑：把“水”视为外星球生命的唯一介质，是否理所应当？包括白纳在内的一批生物化学家、行星科学家和哲学家组成研究小组，探究这一问题，重新追问水与生命的关系。一篇相关综述文章发表在8月25日的《自然》杂志上。【1】

　　白纳不同意“水是生命的唯一源泉”这种观点，认为实际上“水对生命而言是一种糟糕的溶剂”。他相信可以用实验的方法来辨析，水究竟是不是生命所必需的物质，希望能通过实验证实有某种生物化学物质不靠水也可存活。研究小组对生命的化学成分进行重新设计，也就是从零开始以不同的化学成分来构建全部细胞。在实验过程中白纳指出，一般来说，水不是有机化学的良好溶剂，80%的合成有机化学物质都避免使用水作为溶剂，因为水会将连接生物分子模块的结合物分开，例如，水非常容易破坏肽键(peptide bonds)以及RNA之类的核酸分子的结合物。

　　然而，水拥有许多蛋白质和细胞活动所不可或缺的特性。例如，水是离子的绝佳溶剂，对神经信号传输、酶的活动、DNA活动都至关重要。水也控制了诸如氢键(hydrogen bonds)和疏水力(hydrophobic forces)等微小的分子间相互作用(氢键通常起到蛋白质结合位置与它们的基质之间的桥梁作用，疏水力主要影响蛋白质折叠和蛋白质之间的相互作用。)的确，我们尚不知道除水以外还有什么液体能具有上述特性。但我们也可以问，一种支持生命存活的溶剂是否必须具备全部这些特性？

　　伦敦大学的物理学家冯尼(John Finney)认为，“地球上的生命是‘适水’的(fine-tuned to water)，这是地球生命的进化发生在与水的紧密关系中所导致的结果”。完全存在这样的可能，即生物化学物质的元素可以在一个非水环境中运作。此前已有研究提出，木星上的云包含了液态氨，能够支持生命存活的非水环境。再以酶的活动为例，大多数酶如果没有浸入水中就不能压紧合成一体，但美国西北大学的巴荣(Annelise Barron)和拉达克里希南(Ishwar Radhakrishnan)发现一种胜肽衍生物，称为“peptoid”(专业名称是“甘胺酸胺基取代的阳离子寡聚合物”)，它们在结构上与肽键极为相似，可以在纯甲醇中起到压紧酶的作用。

　　白纳在实验过程中发现了一些水的替代物。如液态氨，在一定温度、气压的条件下可以溶解许多有机化合物，形成氢键。液态氨在宇宙中相对来说也较为常见。又如甲酰胺，在相当大的温度和压力范围内都呈液态，可溶解盐，具有类疏水作用。甲酰胺存在于
火星表面之下。不过，白纳并不排除更为奇异的可能，例如存在于气体巨行星——土星、天王星和海王星——上的液态氮或超临界液态氢。这些溶剂中的有机物活动与其在水中几乎一样活跃多变。

　　目前，NASA对外星球生命的探索仍然锁定对水的追踪。白纳并不会空等结果如何，他已经加入NASA资助的美国科学院专门小组，研究生命化学物质的可能替代物。白纳相信，科学研究者的目标应该更高，应该利用实验室创建生命类型——能繁殖地球上找不到的化学物质的生命类型，而今时机已经成熟。