在美國宇航局噴氣推進實驗室的起源和宜居性實驗室，寄希望於在試管中找到一個特殊世界。這是早期地球的簡化代表，被重建為類似於大約40億年前我們星球上存在的條件。通過這種模擬，科學家們能夠關注在那個時期發生的潛在化學反應，包括那些可能在地球上的生命發展中起到關鍵作用或可能表明其他行星上存在生命的反應。

去年，JPL起源和可居住性實驗室的研究人員模擬了早期地球的化學，並進行了一個涉及新陳代謝的關鍵化學反應，這是生物體用來將燃料（如陽光或食物）轉化為能量的過程。地球上的第一個生命形式是否用今天的生物體所使用的相同化學反應來創造能量？

回答這個問題的第一步是找出這些反應在早期地球上是否有可能發生。在生物體中，這種反應只在膜（如生物細胞的保護牆）內發生，這只是一個原因，即這些反應是否–以及如何–在生命形成之前就已經發生，是一個開放性的問題。

在JPL的起源和可居住性實驗室，研究人員使用一個密封室來進行無氧實驗，以努力複製早期地球的化學。左起為實驗室共同負責人Laurie Barge和研究人員Jessica Weber和Laura Rodriguez。資料來源：NASA/JPL-Caltech

該實驗室的工作屬於一個被稱為天體生物學的學科：研究宇宙中生命的起源、進化、分佈和未來。這些線索都聯繫在一起，因此試圖了解地球上的生命是如何形成的，也可以幫助科學家在其他地方尋找生命。事實上，在另一項研究中，該實驗室團隊研究了了解地球上的生命起源也能幫助科學家解釋可能在另一個星球或月球上發現的有機分子（地球上生物的化學基礎）的外觀。

但是模擬生命出現之前在地球上發現的條件並不是一件容易的事。讓時間倒流意味著要考慮到生命是如何改變我們的星球的。

地球上基本上沒有任何地方不被某種形式的生命所佔據。在海底、滾燙的間歇泉以及專門用於清除這些生物的房間裡都可以找到微生物。

生命形式也改變了我們星球的化學性質。試圖在實驗室中創造前生命條件的最大挑戰之一是處理氧氣的存在。在生命出現之前，地球的大氣層中基本上沒有氧氣，但現在它無處不在，因為許多生命形式產生了氧氣。因此，實驗室的所有生命起源實驗都必須在一個密閉的盒子裡進行，並有一個氣閘用於放進或取出物品。除了裝有化學品的試管外，用於分析這些化學品的任何儀器都必須裝在箱子裡，因此，有一些實驗小組不能在這種環境下進行。

此外，每次只有一個人可以在盒子里工作，戴著厚厚的橡膠手套在容器的側面移動東西或使用設備。過濾器（需要定期清洗）還需要捕獲雜散的氧原子。即使是水也要經過一個漫長的過程來去除氧氣。

“科學是關於重複的，”JPL研究科學家Laurie Barge說，她是起源和可居住性實驗室的共同負責人。”我們想一次又一次地做實驗，而當你必須花這麼多時間確保沒有哪怕一丁點的氧氣爬進你的試管時，這很難做到。”

巴杰和她的團隊花了幾個月的時間來證明，在這些早期地球條件下，涉及現代新陳代謝的一個化學反應可以發生。他們計劃繼續嘗試模擬新陳代謝過程中的每一個步驟，並且在某些時候，他們可能會發現一個特定的反應只能在像膜這樣的保護結構內發生。這可能有助於縮小膜在生命出現過程中成為必要條件的時間範圍–這是對過去的一瞥。

還有一種方法，科學家可以了解發生在地球上的化學反應，並有可能為地球上的生命搭建舞台。通過研究一個與早期地球上發現的原始成分大致相同的行星或月球。研究地點可以是我們太陽系中的一顆無生命的衛星，或者是另一顆恆星周圍的行星。然後，Barge和她的同事們可以在一個不受限於手套箱大小的環境中測試他們正在研究的想法。

領導新陳代謝工作的JPL起源和可居住性實驗室的研究科學家傑西卡-韋伯說：”用另一個世界的結果來驗證和檢查我們實驗室的一些結果將是非常有趣的。找到這樣的環境將幫助我們在實驗室實驗中更好地重現早期地球，這將使我們更接近於回答關於我們自己星球上的生命和可能在其他星球上的生命的一些重大問題。”