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宇宙生命漫谈

2000-03-24钟建业

知识窗 2000年2期
关键词:左旋星体化合物

钟建业

在冥冥的宇宙之中,存在着无数个星系,而一个普通的星系也会有无数颗恒星。那么,究竟有多少颗恒星有自己的行星呢?而那些行星中又有多少拥有构成生命所必需的元素及生命存在所必备的条件呢?拥有生存环境的行星又有多少真的有生命存在?而存在生命的行星是否真的只是微乎其微呢?虽然现代科学对这些问题还不能作出完满的回答,但已有的知识告诉我们,生命并不是行星间共有的,也不是行星形成时自然产生的。

宇宙中拥有大量的行星

1995年,人们偶尔在佩加西-51号卫星的轨道上发现了一个巨大的星体。从这以后,天文学家又陆续发现了24颗围绕不同恒星运转的大行星,其中的一些比木星还要大几倍。这也就是说,人们在太阳系以外发现了比太阳系行星数量还要多得多的行星。正因为有了当今现代化的探测方法,发现这些比木星体积还大的行星才可能变为现实。近年来,还有12个潜在的行星系已被证实。虽然我们发现这些遥远的星系大多出于偶然,但它们的存在也确实说明了行星在宇宙间并不稀有,而是一种很普遍的天体。哈博望远镜对猎户座星云的观测结果,有力地支持了以上理论。从猎户座的星云图上,我们可以看到大量的特征,如圆盘型的尘埃云环绕着年轻的恒星,可以肯定地说,在这孕育行星的摇篮中,新行星的形成正在如火如荼地进行着。

构成生命的要素

目前根据已经掌握的其他行星系的丰富资料,我们可以设想,在所有大恒星轨道上的行星,一定会有体积大小与地球相似的行星。但是,这些行星是否拥有“生命要素”呢?正如我们所知,生命要存在,就要有形成生命所需的化合物以及维持生命所必需的物质。不仅这些化合物必须存在,而且还必须有特定的环境使它们可以组合,由此为生命的起源奠定基础。起初,在我们的宇宙间只存在氢和氦。分子量更大的元素,也是形成生命所必需的化合物的奠基石,如碳、氮、磷、氧以及硫等,它们都是在恒星不断产生和毁灭的循环中产生的。这一过程或许以百万到10亿年为一周期重复地出现,而新合成的大分子量元素则相伴而生。只有在多少代恒星从生到死之后,拥有可以形成生命的含碳化合物的行星才有可能形成。环顾宇宙的星系,人们可以发现,生命所需的各种元素最初是均匀分布的。更进一步的研究表明,我们已知星体内的化学过程可以不断地促进无处不在的复杂的有机反应。在双原子物质中,从已知的氢分子到氯化铝,这类化合物可谓多种多样。随着分子中的原子数不断增加,碳、氢、氧及氮的化合物逐渐取得了支配地位,以至在所有原子数大于等于7的化合物中不再有其他元素存在。结构更加复杂的含碳化合物包括从氨基酸到诸如多环芳香族碳氢化合物这类的耐高温、耐腐蚀的复杂化合物。现在,当你探测宇宙时,你会发现生命所需的各种元素和化合物似乎到处存在,并渗透进了宇宙的每一个地方。

生命的奥秘

生物化学的知识告诉我们,有机化合物具有光学异构体,它们分为左旋和右旋两种。一般自然界的普通物质都是光学异构体的混合物:既有左旋又有右旋。但生命物质则不同,它们要么是左旋构型。要么为右旋构型,这对于它们参与生命活动以及它们所组成物质的稳定性非常重要。手偏利性是生物化学的一个术语,表达了只有左旋或只有右旋构型的现象。生命的核心秘密之一在于组成它的化学物质必须具有手偏利性,因此产生具有立体结构特异性的有机分子是地球生命的特征。左旋的氨基酸分子(蛋白质的组成部分)和右旋的糖分子是生命物质的基础。在科学界中,对于这种生命特性的起源仍未定论。手偏利性这一特点,是在生命起源时就存在还是由进化而来的呢?答案似乎可以从地球以外的其他星球找到。1998年,美国两位科学家对一块陨石中的氨基酸进行了左旋与右旋比例的测定,结果发现左旋氨基酸分子偏多。这表明当地球形成时,在它邻近区域内的有机化合物中,已存在着左旋构型多于右旋构型的现象,以后在地球上,有机化合物氨基酸的分子慢慢演变为只有左旋构型。此外,许多合成地球上的有机化合物所必需的元素都来自外太阳系,并且形成早于太阳系。也就是说,我们地球的生物化学应该是以左旋型为主,这是因为它们是伴随着分子云中的左旋型分子产生而产生的,而这些分子云是由大量行星爆炸残骸的碎片组成的。最近在猎户座OMC-1行星形成区发现的椭圆型偏极有力地证明了以上观点,它也似乎证明了,当分子云中的有机化合物拥有良好的条件时,它们可以在类似地球的星体上存在并发展。

生命产生容易吗

在一定的意义上说,地球上的生命形成是非常迅速的。地球形成后,激烈的震荡大约在39亿年前才平息下来。在这种震荡逐渐消失后,地球上开始形成了海洋。4亿年过去之后,地球出现了微生物群,也就是有机物群。化学家们认为,看一看构成生命所必需的复杂化合物是如此稳定,可以断定,生命产生是不难的,而这一时间也不算长。

一旦地球有了自己的海洋,就可能形成生命,事实上也是如此。在我们的太阳系中,还有其他4个星体上可能存在液态水:火星、金星、木星的卫星-欧罗巴(Europa)以及卡利斯托(Callisto)。在太阳系的九大行星中,地球已经存在生命,因而可以推测其他4个星体上有可能具备形成生命的早期条件,并可能形成生命。

人类的希望

当人们抬头欣赏夜晚的天空时,所看到的星星距离地球大多在80光年以内。多数的恒星燃烧得太亮或是运行的太快,使得液态水无法在它的行星表面长期存在,可以肯定,其存在的时间不可能长到维持生命的产生及生存。除去那些即生即灭的恒星,在80光年的半径内还有近1000颗稳定的星体,它们分布在银河的附近。如果在类似地球的星体上存在生命的可能性达到1/1000,那么我们就一定会有“邻居”,或许我们还无法访问它们,但我们或许可以看到它们。

虽然我们已经可以做到在太阳系间进行宇宙飞行,但在短时间内,我们仍然无法做到去太阳系外的邻近星球上访问。或许,20年以后我们就可以实现这个愿望。

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