科學家發現存在「非碳基生命」的理論依據

2023-09-24     星空天文

原標題:科學家發現存在「非碳基生命」的理論依據

基於非碳元素的自持續化學反應,可以成為非地球生命形態的生物學基礎。

生命依賴可重複進行的化學反應,而自持續的重複化學反應及其所需的環境,可以成為我們尋找外星生命的關注點。Betül Kaçar

最近一項新研究結果認為,基於非碳元素的自持續(self-sustaining)化學反應,可以成為非地球生命形態的生物學基礎。

地球生命的基礎是有機化合物,而有機分子的基礎是碳。但科學家一直懷疑,假如外星生命真的能夠在不同的化學環境中演化出來,那麼它們是否能夠以碳以外的元素——例如矽為生物學基礎?

有一類被稱為「自催化(autocatalysis)」的化學反應對於地球生命而言十分關鍵。自催化是自持續的,也就是說它們產生的分子可以誘發相同的反應再次進行。

這種特性和生命有相似性。生命是自持續的,它能夠通過與自催化相似的過程,形成更多的個體。一個細胞變兩個,兩個變四個。而隨著細胞數量的倍增,生化反應的數量和多樣性也會倍增。

研究人員專門針對可能發生在不含碳的化合物之間的自催化反應進行了統計。他們相信,自催化是生命起源的推動力。

通過所謂「歸中反應(comproportionation)」循環,分子能夠自我複製出多個副本。而這些產物可以被再次投入到循環中,最終導致自催化的發生。研究人員認為,這種單一反應多個輸出的特點,像極了生命的繁殖。

為了探尋隱藏其中的奧秘,研究人員有史以來第一次對自催化循環的普遍性進行了評估。並最終發現了270種各不相同的自催化循環反應。研究人員表示,自催化可能並不罕見,它們在不同的環境——即便是那些與地球迥然不同的環境中都有可能普遍存在。

這270種循環反應大部分與有機物無關。其中一些以稀有元素——如汞(水銀)和放射性元素釷為中心。而有許多循環似乎只會在極端環境——如極端高溫或高壓的環境中才會發生。

研究人員甚至還發現了4種與惰性氣體有關的循環反應,而惰性氣體很少會與其他元素髮生反應。研究人員認為,鑒於像氙這樣的惰性氣體也會參與到自催化反應中來,有理由相信其他元素會更容易發生自催化反應。

在這270種循環中,有8種較複雜,各包含4個以上的反應;大部分較簡單,只包含2個反應。

但是研究人員指出,理論上多種循環可以組裝在一起,形成多循環反應,即便它們本身差異巨大。而當它們組合在一起後,可以引發自持續的化學反應,產生不同的分子,並帶來巨大的複雜性。

研究人員認為,鑒於有那麼多基本的自催化反應存在,人們應當關注這些自催化是否可以通過相互之間的組合和疊加,來影響行星的化學環境。

也就是說,在不同的行星環境中,它們是否可能會以在我們地球上不可想像的方式混合和匹配在一起,引發複雜的,可作為生物學基礎的化學進程,而且這樣的化學進程可以不以碳甚至矽為中心進行。

參考

New recipes for origin of life may point way to distant, inhabited planets

https://news.wisc.edu/new-recipes-for-origin-of-life-may-point-way-to-distant-inhabited-planets/

Assessment of Stoichiometric Autocatalysis across Element Groups

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07041

文章來源: https://twgreatdaily.com/e0e03a8d7744f168ccfbde2e517c9e86.html