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揭秘星际物种起源:多个行星孵化器组成“生命之树”



北京时间8月18日消息,据国外媒体报道,宇宙远古时期存在某个分子,当它与其他分子发生反应,这将导致宇宙产生另一个分子,它与第一个分子一模一样;之后这个新分子将与其他分子继续发生反应,产生一个与之前一模一样的分子。分子通过无限循环反应,最终整个星系都会出现分子运动。

揭秘星际物种起源:多个行星孵化器组成“生命之树” 3

这种现象的基本属性,我们称之为生命,正如地球上存在的生命形式,生命的一个基本特性是将分子信息或者进化过程的故事延续至未来。实际上,你可以称该过程为生命的核心质量,甚至是生命存在的潜在原因。在我们的研究实例中,仅是碰巧显示复杂有机分子结构,这些在地球上自我传播的分子故事的确切历史是非常难以解读的,因为我们仅看到成功分子的进化历程。在过去40亿年里,我们并未见过失败的生命进化实验,我们也错过了许多毫无意义的分子进化。

但是我们确实见证了执行这些实验的机制,并且有助于增大生命进化成功的概率。其中一套关键的机制涉及到基因交换,例如:我们最熟悉的有性生殖,其涉及到基因的混合和匹配。对于一支物种而言,这是一种无与伦比的方式加强他们的进化实验——“搜索引擎”,它们通过使用功能性基因变异,重新混合到不同的基因组中。

有性繁殖存在于地球99.9%的复杂细胞生命中。

不过此类实验需要付出相当大的代价,例如:与一时兴起的无性繁殖相比,繁殖能力的降低是要付出代价的,人类子女个体之间也存在着竞争压力,因为只有50%的基因随机繁殖。同时,有性繁殖可以产生增强适应性的突变,也可以带来降低适应性的基因变异,这对后代和父母而言都不是好消息,尽管这对整个物种来说都是有利的,因为有害的突变会很快消失。

但是,有性繁殖的好处往往大于代价,尤其是在数量较少和环境迅速变化的情况下,最著名的是,有性繁殖似乎为所谓的“红皇后假说”的挑战提供了一种解决方案。在“红皇后假说”中,物种必须以尽可能快的速度进化,这样才能应对寄生虫和病原体的竞争。

但是有性繁殖存在于地球99.9%的复杂细胞生命中,这仅是物种激活其基因组物质的一种方式,原核生物——细菌和古细菌,进行大量的横向基因转移,它们在无性繁殖的个体之间进行遗传密码交换。这可以通过释放到环境中的基因片段(转化)而摄取其他细胞,通过病毒的作用插入外源代码,有时近距离桥接细胞可以实现。水平基因交换似乎并不局限于原核生物,甚至灵长类动物也显示出基因可能是通过某种形式的横向(非生殖)转移而引入的。

换句话说,我们实际上生活在一个基因混合和交换的多层次混战状况中,关键在于这些机制在数十亿年的持续存在告诉我们,它们都是重要的,而且从广义的达尔文理论来讲,这些机制是成功的。

换句话讲,不尽生命是由什么构成的,我们可以想象一下,由这些基因交换机制所代表的方案将出现在宇宙中任何一个持久生命系统中,这个事实提出了一些有趣的可能性,关于我们可能在地球之外发现什么,所以这些都是他们所了解的,但完全是推测性的建议。

首先,如果混合和传播可遗传信息的过程是普遍的,那么它们的实现将严重依赖于它们所运行的环境和基质。从这个意义上讲,地球生命在过去几十亿年的多元历程中,仍可能受到行星组成和变化等细节的限制,例如:化学环境至小行星撞击等因素;其次,其他行星生命系统可能持续时间更长,远超过地球的40亿年,而且它们的生命世系可持续到遥远的未来,潜在地为信息传递和物种繁衍的出现留下巨大发展空间。

近年来,科学家一直在争论小行星撞击是如何推动像地球和火星这样星球之间实现物质交换,并让生物在地球和火星之间来回穿梭。部分观点认为,年轻的火星实际上更可能是生命孵化器,而不像年轻的地球,经历几十亿年才通过小行星碰撞将生命元素“播种”到这个世界。化学家李·克罗宁(Lee Cronin)指出,在小行星碰撞影响的促进下,地球和火星之间非生物化学将导致化学复杂性指数增长,并最终促成生命的出现。

有性繁殖似乎解决了“红皇后假说(借用自《镜中奇遇》的一个术语)”问题,即物种必须在竞争面前尽可能快地进化。

  有性繁殖似乎解决了“红皇后假说(借用自《镜中奇遇》的一个术语)”问题,即物种必须在竞争面前尽可能快地进化。

即使生命是由宇宙中不同的物质构成,这可能并不重要,只要你能解码这些信息就行

如果我们的观点适用于更密集的系外行星系统,例如存在7颗行星的TRAPPIST-1系统,该系统中星球的物质交换可能更加频繁,银河系某些天体之间仍存在着横向基因转移,出现在数千万公里范围内,或者整个生态圈。进化可以驱使生命更适合这种基因转移,因为它赋予了更大程度的整体适应性,最终,该领域的外星生物学家可能会关注由多个行星孵化器组成的“生命之树”,专业的基因组测绘机构将揭示他们的星际祖先是谁?

在更大的空间范围上,想象生命在整个星系中交换基因信息是非常有趣的,事实上,生源说旧观点认为恒星之间存在大规模的生物交换,但似乎生命系统需要以不同的方式构造,可能需要在不同的时间尺度上运行,而不是在地球才有意义。这种可能性导致了一些有趣的想法,虽然我们可以推测生命是从不同的基底演化而来,但我们最深入了解(尽管仍然有限)的途径是由机构驱动的生物体设计外部技术,能够解码复杂生命系统。换句话讲,这些生命机器将扩大或者取代有机生物学,并改变限制“遗传”信息何时、何地、如何共享和转移的范围等式。

不同寻常的是,我们已经在这样做了,采取任何矫正基因疗法,该疗法依赖于对健康人群基因功能的深入了解——从DNA碱基对到序列基因与所在环境的相互作用。虽然基因疗法可能不会从某人身体上提取再植入另一个人体内,但在很多方面,它完全等同于这样做。

如果外星人出现在地球上,他们不会要求拜访某国领导人,他们可能会要求获得某种生命样本和相应的许可批准。

如果我们想象宇宙中其他地方的生命已经进化到可以通过技术操控其环境的程度,那么就有理由认为机器-介导基因转移和机器-介导的生物繁衍有可能在某处发生。它可能合理化视为一个有意识的物种所做的决定,但它也可以被视为是基因交换和有性繁殖生命的直接机械拓展表现。

这将开启无数的可能性,例如:为什么要坚持只涉及两个有基因的父母进行有性繁殖?近期,科学家观察发现新生婴儿DNA有限地混合了3个新生父母的DNA,虽然这样做是为了修复功能失调的线粒体基因,但这为激进疗法开启了一扇大门。如果我们对基因和发育生物学的相互作用有了足够的理解,我们或许可以想象在技术发达的现今,人们后代会从几十个、数百个、甚至数百万个“父母”那里继承经过选择的基因组合。

当我们做到这一点时,以前的任何推断都显得非常狭隘,例如:如果有充足的时间和技术,一支物种及其生物圈可能会因对生命相关信息算法的拓展而在宇宙中飞速扩张,与任何事物进行交换和融合,在达尔文选择的进化理论中寻找更好的生物发展途径。一个100亿年历史的星系代表了生命实验的奇妙宝库,就像人类自己的有性繁殖一样,测试基因的混合和匹配是一种探索变异的有效方式,这种变异可能会带来更强的适应性。如果外星人出现在地球上,他们不会要求拜访某国领导人,他们可能会要求获得某种生命样本和相应的许可批准。

有性繁殖是一个物种提升其进化实验能力的一种无与伦比的方式

有性繁殖可能对于地球原核生物是有利的:在生命的宇宙旅程中,能够赋予其尽可能多的基因。通过有性繁殖将在新的孵化环境中启动新的进化实验,如果你在几千年后再回来,一些新奇而有用的事物可能已经出现,反过来,这将有助于物种的健康发展,使其具备抵御功能障碍或者疾病的能力。

事实上,寄生虫和病原体可以穿越时空进化发展成其他物种,对于生命形式而言,唯一的希望就是尽可能快地进化发展,找到新的基因秘方融入生物圈之中。在这种情况下,星际旅行的动力可能与探索梦想无关,而是与基础生物学有关,拥有10亿年时间进化的有感知物种可能会用尽一切方法,保持其基因隔离性。

即使生命是由宇宙中不同地方不同物质构成,这可能并不重要。只要你能解码生物及其遗传物质背后的信息算法,就能将它们整合到你自己的基质中,事实上,也许你不需要去任何地方来做这件事,你只需要做好沟通。现今我们可以利用电磁辐射将选定的基因数据“亮点”从行星传输到其他恒星,期望进行基因数据交流。星际横向基因转移不需要物理运动,但可以提高任何参与物种的适应度,也没有什么动力传播有害的信息算法,因为你想让所有其他的活体实验继续产生它们的结果。

换句话讲,宇宙中生命的“最终货币”可能就是生命本身:只要环境和时间有充足的多样性,达尔达生物技术实验就能带来令人惊叹的基因惊喜,也许最终我们的银河系,甚至是我们的宇宙只是一个巨大的化学计算试管,探索无限延伸的数学领域的可能性。(叶倾城)