地球生命起源於“左撇子”,可能與太空輻射有關
如果你仔細觀察過花園中的蝸牛,你可能會注意到一個奇怪現象,多數蝸牛殼朝向一個方向旋轉,有時你可能會發現某個蝸牛殼是反方向旋轉,但是這種例外現像極其罕見。這種結構鏡像是一種被稱為“手性”或者“偏手性螺旋”的現象。在分子中我們可以發現,就像蝸牛殼一樣,分子也會朝向一個方向或者相反的另一個方向旋轉,這就是所謂的“同手性”特徵。
圖中是蟹狀星雲,被認為是宇宙射線起源區域。目前兩位科學家最新提出一種可能性解釋,即生命是由來自外太空的強大力量塑造的,與太空輻射有密切聯繫!
天然氨基酸是蛋白質的組成部分,它們幾乎都是左旋結構,或者說是“左撇子”,而那些構成RNA和DNA的天然糖,幾乎都是右旋結構,或者說是“右撇子”。這一點非常重要,如果你用另一種形式的分子替換任何一個分子,整個系統就會崩潰。
人們認為“手性”可能是生命出現的必要條件,但我們並不知道它最初是如何形成,以及為什麼會出現?科學家最新提出一種可能性解釋,即生命是由來自外太空的強大力量塑造的,與太空輻射有密切聯繫!
更具體地講,是與宇宙射線對地球大氣層轟擊有關,宇宙射線是以高能粒子的形式輻射,例如:原子核和質子,它們以接近光速的速度在銀河系中不斷湧動。
高能天體物理學家諾米爾·格洛布斯(Noémie Globus)是美國斯坦福大學凱維利天體物理粒子和宇宙學研究所客座教授,他說:“我們認為地球上生物偏手性特徵與磁性極化輻射進化有關,輻射導致生物的一個細微差別的突變可能促進基於DNA的生命進化,而不是它的鏡像。”
圖中是左旋和右旋氨基酸分子。
宇宙輻射就像其他形式的輻射一樣,增大了生物體的細胞突變率,在地球上,我們受到大氣層和磁場的保護,這就是為什麼當宇航員進入太空會增大癌症風險率。
地球磁場使大量宇宙輻射偏轉,沒有發生偏轉的物質,在進入大氣層後會衰變為基本粒子,當這些粒子到達地面時,大多數宇宙輻射只能以介子的形式存在。
介子的壽命比許多基本粒子更長,平均為2.2微秒,因為它們以接近光速的速度移動,可以在地下幾百米快速移動,然後衰變為電子,介子和衰變形成的電子,也會以相同的方向被極化。
這對當前的生命形式影響並不大,但是研究人員表示,早期生命作為自我複制分子出現的時候,會比當前脆弱許多。這些早期分子看起來更像是實驗室裡製造的分子——兩種手性特徵數量均衡,但是持續不斷的磁性極化介子可能引起一個非常小、但非常持久的手性偏差。
隨著時間推移,在很長的一段時間裡,歷經數十億代生物繁衍,這種影響可能會以一種手性形式首次開始突破,然後佔據主導地位,剩下的另一種形式越來越少。
斯坦福大學理論天體物理學家羅傑·布蘭福德(Roger Blandford)說:“這有點兒像拉斯維加斯的賭博輪盤,一些人可能會紅色輪盤區更感興趣,而不是黑色輪盤區。對於擁有多年經驗的賭場玩家,他們發現那些習慣賭紅色輪盤區的人會賺到錢,而那些賭黑色輪盤區的玩家輸的概率更高。”
現在科學家無法追溯至幾十億年前分析當時的生物分子進化,但我們可以從很多方面判斷手性特徵是否合理,例如:我們可以將細菌浸泡在磁極化輻射,並測量突變率。該試驗可以告訴我們,極化是否真的引起手性偏向。
如果是這樣的話,那就意味著生命中具有重要意義的同手性特徵並非是地球獨有的,因為宇宙射線在整個宇宙中無處不在,那麼這種同手性特徵可能也存在於其他地外生物。