無生源論

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無生源論mou4 sang1 jyun4 leon6英文abiogenesis)係話「生命係冇生命嘅嘢度嚟」嘅學說。今時今日,無生源論係多數講地球生命嘅起源呢個假設,好似:原始湯(primeval soup),喺嗰度生命由分子變成有自我復製力嘅份子(en:biopoiesis),不過呢個無生源論嘅諗法早喺幾千年前嘅希臘就係有人提出。

最經典嘅無生源論,就係而家叫嘅「自己生出嚟」(Spontaneous generation),話:生勾勾嘅嘢係由爛嘅有機物度嚟,好似蛆蟲由爛肉度生出嚟。

基礎概念[編輯]

睇埋:生命同埋進化

首先,廿一世紀初嘅主流生物學有兩個確立咗嘅前設:

  1. 進化、同埋
  2. 現代嘅生物係由遠古生物進化出嚟嘅。

知道咗呢兩點之後,好自然嘅一條問題就係,地球上面嘅第一條生命係由邊度嚟同埋點樣誕生嘅呢?多數相關領域嘅科學家都認為,最初嘅有機(organic)化合物係由無機(inorganic)化合物喺巧合嘅環境因素下產生嘅;例如係生物化學上好出名嘅米勒-尤里實驗(Miller–Urey experiment)噉,喺呢個實驗當中,研究者嘗試喺實驗室嗰度模擬早期地球嘅環境-即係喺一個封閉嘅容器裏面,設置一個喺化學成份上同早期地球相似嘅環境,再將溫度壓力等嘅物理特性設成同早期地球相似,而呢個實驗顯示,早期地球嘅環境的確有可能引起一啲將無機化合物變成有機化合物(例如係氨基酸)嘅化學反應[1],當中磷脂(phospholipids)喺嗰種環境下仲曉自發噉樣由磷脂雙分子層(lipid bilayers)嗰度產生出嚟-前者係細胞膜嘅基本組成部份,對於細胞嘅生存好緊要[2]

至於構成生物最重要嘅三種聚合物:DNARNA 同埋蛋白質,究竟係邊個出現先,目前科學界都仲未有一致嘅共識。不過亦有研究發現,組成 DNA 同 RNA 嘅化合物可以喺外太空環境下產生,所以啲原材料有可能係喺太空嗰度產生,再飛落地球嘅[3]

顯微鏡下睇到、俾研究者上咗色嘅人類染色體(chromosome);每條染色體都有一大柞 DNA。

蛋白質問題[編輯]

睇埋:RNA 世界

喺廿一世紀初嘅無生源論上,「有 DNA 先定有蛋白質先」係一條受關注嘅問題:傳統定義上嘅生物冚唪唥都有能力整蛋白質-蛋白質係一大類由氨基酸組成嘅聚合物(polymer),對好多生命過程都不可或缺。而喺生物體內控制啲蛋白質嘅合成嘅就係 DNA:一條 DNA 上面嗰啲基因決定咗隻生物嘅身體會合成邊一啲種類嘅蛋白質,而唔同種嘅蛋白質整出嚟嘅結構會唔同,所以 DNA 間接決定咗隻生物嘅身體構造同特徵;另一方面,基因嘅形成又係要有蛋白質先搞得掂嘅。於是乎就有個「有 DNA 先定有蛋白質先」嘅問題,就好似詏緊「有雞先定有蛋先」噉[3][4]。廿一世紀嘅生物學目前基本上肯定,基因同蛋白質唔係獨立噉各自出現嘅[5]

為咗解決「有 DNA 先定有蛋白質先」呢條問題,英國生物學家法蘭西斯·卡里卡(Francis Crick)提出咗 RNA 世界(RNA world)嘅諗法:RNA 都係一種聚合物,喺蛋白質合成嘅過程中途會出現並且轉化做第啲嘢,最後產生蛋白質;RNA 好似 DNA 噉能夠儲起啲資訊,又好似某啲蛋白質噉能夠催化某啲化學反應(後者呢一點喺 1986 年由美國一位化學家驗證咗[6]),即係大致上可以諗成:

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根據 RNA 世界論,地球上面嘅第一條生命就係建基於 RNA 嘅,而事實係有跡象顯示 RNA 世界嘅諗法真係解釋得到生命起源-細胞最緊要嗰啲部份(即係喺生命史上要最先產生出嚟嘅部份)好多都係主要,甚至完全,由 RNA 組成嘅[7]

不過呢個學說都唔係話完全冇爭詏。一方面,有生物化學等領域嘅科學家指出,RNA 嗰啲前置物(即係會做化學反應嚟產生 RNA 嘅嘢)喺化學上好穩定,所以呢啲前置物做化學反應一般都做得好慢,令到同其他有機分子比起上嚟,RNA 難啲由無機分子度合成出嚟;另一方面,有一啲實驗又做咗出嚟,顯示某啲種類嘅 RNA 分子的確有可能喺早期地球嘅環境之下產生[8]-即係撐咗 RNA 世界論[9]。總括嚟講,對於 RNA 世界嘅諗法,廿一世紀初嘅科學界仲未有完全一致嘅共識。

泛種論[編輯]

一粒小行星;太空嗰度有好多噉嘅小行星飛嚟飛去。
內文:泛種論

泛種論(panspermia hypothesis)係一個有關地球生命起源嘅假說。根據呢個假說,早期地球上產生有機分子嘅化合物係由外太空嗰度嚟嘅[10]

  • 喺 2011 年,美國太空總署(NASA)研究完喺地球表面上搵到嘅隕石樣本之後指出,組成 DNA 同 RNA 必要嘅嗰柞化合物能夠喺太空環境當中產生[11][12]
  • 打後喺 2015 年,美國太空總署嘅科研人員仲首次成功噉喺實驗室嘅模擬外太空環境嗰度用喺隕石入面搵到嘅化合物人工合成 DNA 同 RNA [13]
  • 天文物理學(astrophysics)等領域上嘅研究已知,呢啲充滿元素嘅化合物可以喺紅巨星或者星際塵埃同氣體雲嗰度產生,噉即係話「有機化合物喺太空當中產生,然後降落喺地球上面」係對地球生命起源嘅一個解釋[14][15]
  • 某啲好簡單好原始嘅生物-例如係某啲細菌-能夠承受人等嘅多細胞生物頂唔順嘅攝氏幾百度高溫[16],有能力喺極嚴酷嘅太空環境當中生存(雖然人等嘅多細胞生物做唔到呢樣嘢)[17]

結合呢一柞研究嘅結果:早期地球上面嗰啲 DNA 同 RNA 唔一定要係喺地球上面產生嘅;於是有科學家就諗,有生命嘅嘢(或者至少生命必要嗰啲化合物)可能係喺太空嗰度產生,然後跟手坐住啲小行星飛去一啲啱生物生存嘅行星嗰度發展[18]。再廣義化啲噉睇,宇宙當中好可能有大量帶有有機化合物嘅小行星喺太空裏面飛嚟飛去,將生命帶去宇宙嘅各個角落[10]

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  1. Habitability and Biology - page 5 The Miller-Urey Experiment.
  2. Lodish H., Berk A., et al. (2007). Molecular Cell Biology (6th ed.). W. H. Freeman.
  3. 3.0 3.1 Eigen, Manfred; Winkler, Ruthild (1992). Steps towards life: a perspective on evolution (German edition, 1987). Oxford University Press. p. 31.
  4. Senapathy, Periannan (1994). Independent birth of organisms. Madison, Wisconsin: Genome Press.
  5. Barazesh, Solmaz (13 May 2009). "How RNA Got Started: Scientists Look for the Origins of Life". U. S. News & World Report.
  6. Cech, Thomas R. (1986). "A model for the RNA-catalyzed replication of RNA". Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 83 (12): 4360–63.
  7. Watson, James D. (1993). Gesteland, R. F.; Atkins, J. F., eds. Prologue: early speculations and facts about RNA templates. The RNA World. Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. pp. xv–xxiii.
  8. Powner, Matthew W.; Gerland, Béatrice; Sutherland, John D. (14 May 2009). "Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions". Nature. 459 (7244): 239–42.
  9. Szostak, Jack W. (14 May 2009). "Origins of life: Systems chemistry on early Earth". Nature. 459 (7244): 171–72.
  10. 10.0 10.1 Callahan; Smith, K.E.; Cleaves, H.J.; Ruzica, J.; Stern, J.C.; Glavin, D.P.; House, C.H.; Dworkin, J.P. (11 August 2011). "Carbonaceous meteorites contain a wide range of extraterrestrial nucleobases". PNAS. 108 (34): 13995–98.
  11. Gallori, Enzo (November 2010). "Astrochemistry and the origin of genetic material". Rendiconti Lincei. 22 (2): 113–18.
  12. NASA Researchers: DNA Building Blocks Can Be Made in Space.
  13. NASA Ames Reproduces the Building Blocks of Life in Laboratory.
  14. McClure, R. D. (1985). "The Carbon and Related Stars". Journal of the Royal Astronomical Society of Canada. 79: 277.
  15. Jenniskens, P., Baratta, G. A., Kouchi, A., De Groot, M. S., Greenberg, J. M., & Strazzulla, G. (1993). Carbon dust formation on interstellar grains. Astronomy and Astrophysics, 273, 583.
  16. Turn Up the Heat: Bacterial Spores Can Take Temperatures in the Hundreds of Degrees. Air & Space.
  17. Wickramasinghe, J., Wickramasinghe, C. and Napier, W. (2010). Comets and the Origin of Life. World Scientific, Singapore. ch. 6 pp. 137–54.
  18. PANSPERMIA: A PROMISING FIELD OF RESEARCH