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2026-06-01生命從何開始?從宇宙與燒瓶中尋找答案
678 期
Author 作者
陳俞融|中央大學物理系特聘教授兼系主任。Michel Nuevo|美國國家航空航天局埃姆斯研究中心(NASA Ames Research Center, Ames)資深研究科學家。
Take Home Message
.生命的起點並不必然始於地球,而可能源於宇宙。在太空中的分子雲中充滿塵埃與氣體,能夠自然發生有機化學反應,形成各種有機化合物。
.生命的起源可能來自地球自身與地外的共同作用,在宇宙中形成的有機分子能夠透過隕石與彗星輸送至地球,而早期的地球環境也可能產生有機分子。
.從有機分子演化成生命的過程,分子須能在環境中累積與反應,而環境須能提供適當的反應條件。膜由於區隔內外的性質,被視為生命誕生的重要關鍵。
在生態學中,我們常討論「外來種」如何跨越地理屏障,遷移至新的棲地並改變當地的面貌。但如果我們將時間軸拉長至40億年前,或許你我的存在,本身就是一場跨越星際的外來遷徙。
生命究竟從何而來?微小的物質分子組成了能生長、代謝與適應的我們,而使生命再也不同於純粹的物質。生命如此獨特,是持續不停的累積與演化。科學家嘗試提出各種可能,從巨觀的宇宙尺度、到微觀的玻璃燒瓶,不斷叩問生命的起點。
在恆星誕生之前 宇宙中的有機分子累積
談論生命的起點,我們往往會不自覺地把視線收束在地球:一個藍色行星、一片溫暖的海洋、一些能夠自我複製的分子。然而,若把視角拉到宇宙的尺度,生命所需的材料可能不完全來自地球。在宇宙存在的約138億年間,物質從未靜止,而是不斷被生成、重組與改寫。從最初的簡單元素到逐漸複雜的化合物,這是一條不以產生生命為目標,卻在偶然中交織出生命契機的演化路徑。
天文觀測、地外物質分析以及實驗室研究一致顯示,在太空環境中並非一片死寂,而是能發生有機化學反應的溫床,特別是在分子雲(molecular cloud)這類低溫且富含氣體與塵埃的區域。分子雲是恆星與行星系統的誕生地,在這樣的環境中,分子附著於微小塵埃的表面,並在低溫與宇宙輻射的作用下,經歷長時間的反應與重組,逐步形成種類繁多的有機化合物。其中包含胺基酸、含氮有機分子以及與醣類的化合物,正是現代地球生命所依賴的基本化學單元。
在研究者的語彙裡,這些原料常被簡潔地統稱作「有機化合物」。但若放回生命的語境,它們就從抽象的名詞躍升為具體的生命基石。胺基酸是蛋白質的構成單元;核鹼基(nucleobase)是編撰遺傳密碼的基礎;而醣類既是遺傳物質的一部分,也與生物結構、能量儲存息息相關。它們本身未必等同於生命,但卻能組合成有生命的系統。就像是字母――單獨存在時只是符號,當它們被排列、連結成單字,並進一步被組合成有意義的「句子」,生命才真正成形。宇宙化學所做的,正是讓這些「字母」在各種環境中反覆出現,在時間長河中累積出豐富的詞庫,為拼湊生命篇章提供了無限的可能性。
從化學角度來看,這些過程並非罕見或偶發事件,而是反覆出現在宇宙演化中的必然。生命所需的分子材料,並不是在地球誕生後才被創造。在行星形成之前,有機分子便已在宇宙中累積並分布。這樣的背景,使生命的起點不再局限於單一行星的尺度,而是宇宙化學演化中的一環。
當星塵落在行星表面 來自隕石與彗星的證據
若分子雲中的有機化學反應確實能生成生命所需的原料,那麼接下來的問題是:這些分子是否能被有效地輸送到行星表面,並參與後續的化學演化?對地球而言,這個問題的關鍵證據來自隕石與彗星。……【更多內容請閱讀科學月刊第678期】