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2012 年 3 月 14 日

太陽系外行星特展 (43)：生化型態假說 (Hypothetical types of biochemistry)

文字提供 : 陳輝樺

說明 : 前天提及本網站於 2009 年國際天文活動年裡，舉辦結合了近代天文觀測對宇宙大自然的認知與物種演化兩大自然科學領域的嶄新學科 ─ 天體生物學 (Astrobiology) 特展。除了介紹天體生物學的主要研究課題，包括：什麼是生命？生命怎樣在地球誕生？生命能忍受怎樣的環境？在其他星球上，構成生命的基本物質會是什麼？如何知道其他星球上，有否生命存活？‧‧‧等等宇宙生物學課題。特展內容還詳加介紹新近天文觀測上的重大成果，主題包括地外生命與文明的搜尋史、古文明透露的生命起源訊息、彗星帶來的驚奇、隕石揭開生命起源素材的啟示、恆星一生演化的啟示、適合生命孕育與繁衍的條件、太陽系裡被質疑可能會有生命跡象的星球、落不停的宇宙雨、 Miller-Urey 實驗、Jason Dworkin 實驗、星系裡搜尋到文明的機率、我們是宇宙生命的移民？、史匹哲紅外光太空望遠鏡關於生命起源的觀測。

19 世紀是科學研究生命的開始，人類摸索出生命的必要條件，首先要具備如同細胞的生命「結構」，其次是要有不匱乏的能量來維持結構，再來要能傳宗接代、繁殖，也就是要有複製的機制，最後需要能隨環境與時機變異的能力，而人類文明還需要「意識」。那麼生命是如何形成的、在怎樣的環境中才能生存與繁衍呢？昨天依據溫度、氣體、液體、重力、時間、空間等物理條件來分析適合生命繁衍的須要，今天擬從生化條件來分析生命起源與存活的幾種假說。生命是什麼？生命從哪裡來？這是從有人類以來大家都在問的問題，但至今沒有確切答案，即使有自以為找到的答案，也都是偏向於哲學的、宗教的。我們舉出科學家猜測的幾種生命起源模式，以及相關的討論。我們依據時間順序，首先介紹 1901 年由瑞典化學家 Svante Arrhenius 提出胚種論( hypothesis of Panspermia) 概念，描述生命種源在星際間漂流，偶爾會在合適的行星繁衍進化。但現已知在嚴酷危險的太空環境裡，這胚種論點難被採信，況且它還是無法答覆胚種的來源。左上繪圖試圖解釋生命的胚種在太空環境星際間漂流的情況。接著在 1922 年蘇聯生化學家 Alexander Oparin 和 1924 年英國演化生物學家 J. B. S. Haldane 分別提出原始湯 (primordial soup) 模型。他們的論點摘要說明地球原始有機海洋的狀態足以導致：1、簡單有機分子的生成。 2、選擇無化學變異的途徑形成複雜性。 3、發展出啟動生命所需的特定化學活性。 4、細胞膜的出現來防止這些生命必要元素的分散，右上圖示是動物的細胞結構簡圖，細胞結構略可分成細胞核、資訊儲存處、能量轉換點、細胞膜和最外層的蛋白質與酵素生成物。

至今許多實驗顯示，在含自由氧的大氣中，並不能藉著自發性的化學反應，形成生命系統的化合物。如果在地球上確實發生過由無生物至有生物的轉換過程，那麼發生轉化的當時環境與現在必定不大相同。雖然傳統的認知，紫外光會摧毀許多生命必需的組合成份。但它會不會就是生命孕育的推手呢？天文學家推測在地球初形成，太陽的高能量紫外光早已輻射到地球表面，成為化學變化中的主要能量來源，使得早期大氣裡的甲烷、氨、水等得以使大氣自發性形成複雜分子。這些複雜分子在地面上很容易地就能憑借雨水沖刷入池、湖、潮汐區等地的高量有機化合物、以及水邊的黏土紋理而躲避紫外光的直射，以致於可以保留下來。至於，外星生命的基本素材是碳基、矽基、氮基還是來自其他外星的生物素材呢？稍後再繼續討論。

明日主題 : 太陽系外行星特展 (44)：地球殊異假說 (Rare Earth hypothesis)

天文史上的今天 : 1928 年 3 月 14 日，美國太空總署 (NASA)太空人弗蘭克‧弗萊德里克‧博爾曼二世 (Frank Frederick Borman,II，1928.3.14.-) 出生。他以執行首次環繞月球的阿波羅 8 號(Apollo 8) 任務而聞名。
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    主編 : 陳輝樺
         諮詢服務 : 陳輝樺或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                        蘇明俊 (樹德科技大學休閒事業管理系)

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