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【科學講堂】實驗冀證氧氣為生命關鍵

2017-11-01

科學家模擬遠古無氧地球

生命從何而來?上次跟大家分享了兩個比較原始的理論-「自發生成(spontaneous generation)」及「生命精華」,以及前人如何用科學方法去否定它們。如此一來,我們的選擇看來不多了:第一次出現的生命,應該是從無生命的物質演化而來的。然而,這是一個怎麼樣的演化過程?

7天後現氨基酸 學者質疑與古時大氣層不同

巴斯德(Louis Pasteur)的「鵝頸瓶」實驗,為解答這個問題提供了一點兒提示:將物料放於空氣之中,看來並不會在短時間內產生生命。於是,英國生物學家霍爾丹(John B.S. Haldane)及前蘇聯生化學家秅琲L(Alexander I. Oparin)於上世紀20年代分別想到了一個主意:生命沒有出現是否因為空氣中的氧氣?這個想法其實有點兒道理。

氧氣十分活躍,最愛和其他化學物質發生作用;但和生命有關的物質(比如說氨基酸)都有點兒複雜,需要一步一步才能慢慢從簡單的化學「積木」中拼湊出來。活躍的氧氣會否「從中作梗」,在這些複雜化學分子組成的過程中,經常與中途的化學物質發生作用,反而阻礙了這些複雜物質的組成?如果氧氣並不存在,是否就能成功?

高電壓仿雷電 誕「生命物質」

大家可能會問:「缺乏氧氣的環境,在地球上有過嗎?」有的。地球在剛形成的時候(大約40億年前) ,溫度頗高,火山活動頻繁,二氧化碳、氮氣、氨等氣體經常從火山噴發出來,進入大氣層,當時地球大氣層的含氧量一點兒也不高,正好切合了霍爾丹和秅琲L猜想的情況。

建基於這個猜想,美國諾貝爾化學獎得主尤里(Harold Urey)在1952年和他當時的研究生米勒(Stanley Miller)進行了一個實驗(左上圖):把水、甲烷、氨和氫氣注入密閉的器皿之中,以模擬遠古地球的狀況。然後再用高電壓造成的火花去刺激這些「材料」,以模擬當時地球上的雷電對它們的影響。

連續進行這個實驗7天以後,尤里和米勒發現實驗器皿中有一些粉紅色的淤泥。經過分析,發現當中含有多種和生命有關的物質:組成蛋白質的氨基酸(amino acid)、構成DNA的核隞纂]nucleotide)、可以用來製造細胞膜的磷脂(phospholipid)(左下圖)。

小 結

尤里和米勒的實驗是否解釋了生命的來源?很可惜,還未。有些學者擔心,實驗中使用的氣體跟遠古時地球大氣層中的成分並不相似。而且這個實驗只是製造了能夠構成生命的基礎化合物,跟構成真正的生命還有很大的距離。不過這已經為我們提供了解答的第一步線索,啟發了以後不少相關的研究。 ■張文彥博士

作者簡介:香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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