如果生命的起源來自宇宙

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地球上的生命是如何誕生的 ?還是地球誕生前,生命本就存在呢? 1953 年,研究生命起源的著名實驗由美國科學家史丹利·米勒(Stanley Miller)和哈羅德·尤里(Harold Urey)共同在實驗室裡模擬地球大氣組成,再給予閃電和紫外線等能量注入,最終形成參與生命的重要物質 ─ 胺基酸(amino acids),有望解開生命起源的謎題。

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但該研究漸漸遭到質疑,有人認為當時的地球大氣組成並不像實驗設計的一樣充滿氮氣、甲烷與氫氣,因此胺基酸的形成也相對不穩定。後來出現了各種生命起源學說,其中有一派科學家認為生命的產生是以一種名為複製子(replicator)的小分子,能複製自己攜帶的遺傳訊息,因而有了生命是以「DNA 為始」的說法,但該說法卻存在一個矛盾點:DNA 複製遺傳訊息時其實是需要蛋白質的協助,而蛋白質的合成指令卻儲藏在 DNA 中,難以判斷誰先誰後,於是科學家便將焦點轉移到 RNA 身上。

RNA 世界說

RNA(核醣核酸)由核苷酸所構成,其構造雖比 DNA 簡單,但卻具有 DNA 複製與儲存遺傳訊息的功能,並參與蛋白質合成以及調控基因表現。RNA 首次被發現是在 1868 年,當時被稱作「核素」(nuclide)。到了1967年,卡爾·烏斯(Carl Woese)認為 RNA 具有催化能力,並提出 RNA 可能是最早的生命形式。1986年,諾貝爾得主沃特·吉爾伯特(Walter Gilbert)提出「RNA世界說」(RNA world hypothesis),認為 RNA 是地球上最早的生命分子,且誕生於 DNA 及蛋白質之前。隨著科學進步,愈來愈多證據顯示在生命演化的歷程中 RNA 的確比 DNA 和蛋白質更早出現,但是否有其他物質誕生於 RNA 之前呢 ? 對此,「RNA 世界說」並未能提供確切的說明,因此科學界仍在努力尋求 RNA 之前更簡單的物質存在。

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來自宇宙中的生命探索

隨著太空探測技術的進步,科學家開始在宇宙中探索生命起源。2004 年歐洲太空總署發射羅塞塔號(Rosetta)探測器來研究 67P/楚留莫夫-格拉希門克彗星(67/P/Churyumov-Gerasimenko ,簡稱 67P/C-G)。在近日,羅塞塔號發現該彗星上有大量的鹼基:腺嘌呤(A)和鳥嘌呤(G),而且可能來自構造簡單的有機物質。該有機物質會形成腺苷三磷酸(adenosoine triphosphate , 簡稱 ATP)和鳥苷三磷酸(guanosine triphosphate, 簡稱 GTP),而這兩種磷酸正是用來建構 RNA 的材料。

由德國化學家 Thomas Carell 帶領的慕尼黑大學研究團隊,進一步針對彗星上發現的物質作檢測,並提出嘌呤(purine)[註 1] 的合成途徑,發表於今年五月初的《Science》期刊。彗星表面上的原生有機物質氨基嘧啶(aminopyrimidine)會和甲酸(formic acid)反應,合成一種名為甲醯嘧啶(formamidopyrimidines, 簡稱 FaPys)的物質,而甲醯嘧啶會和醣類進行縮合反應,生成嘌呤核苷酸(purine nucleosides),且有高達 60% 的生成率。研究人員表示透過甲醯嘧啶(FaPys)合成途徑可以得知 RNA 誕生前的有機物質與其化學變化,使得「RNA 世界說」更加完整,同時也帶來了更驚人的訊息:我們的起源可能不是來自地球,而是宇宙 !

註 1:嘌呤(purine)為一種代謝物質,是帶有四個氮原子的雜環芳香有機化合物,和嘧啶(Pyrimidine)同為建構 DNA 和 RNA 的重要分子。許多嘌呤衍生物存在於自然界中,核苷酸(Nucleotide)的五種鹼基中(A、C、G、T、U)的兩種為嘌呤衍生物,即腺嘌呤(adenine, 簡稱 A)和鳥嘌呤(Guanine, 簡稱 G)。在 DNA 中,腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)配對,鳥嘌呤(G)則和胞嘧啶(C)配對。而在 RNA 中,則以尿嘧啶(U)取代胸腺嘧啶(T)。

參考文獻:
1. Sarah Simpson 著,姚若潔譯,2011,〈尋找生命的起源〉,科學人。
2. Thomas, C et al. A high-yielding, strictly regioselective prebiotic purine nucleoside formation pathway (2016) Science, DOI: 10.1126
3. http://www.genengnews.com/gen-news-highlights/comet-clues-lead-to-rna-world-revelations/81252740/

圖片來源: https://en.wikipedia.org/wiki/67P/Churyumov%E2%80%93Gerasimenko

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