非碳基生命

第 4 課:地球的過去、現在與未來 ──【第三日】→【第五日】 參與討論 課程目錄 　 下一課程 課程綱要 1、生命的素材  ─ 空氣、水、青草、菜蔬、樹木。【第三日】 2、超新星爆發後誕生的迦南地  ─ 太陽系的起源。【第四日】 3、生物的排序  ─　鳥、蟲、魚、獸。【第五日】 課程目標 本課程的目標： · 熟悉神在創世記中記載的計畫目的 ─ 神看‧‧是好的。 · 理解神在創世記中啟示的創世過程 ─ 創世七日神各說了什麼話？ · 學習認識現已知的天文學中生命的素材、太陽系的起源、動物起源的推測。 · 瞭解與運用學會的科學方法 ─ 生物各從其類的排序。 · 練習關鍵性的科學思維 ─ 地球的誕生前後發生了什麼事件？ · 認識自然的運行規則 ─ 創造有別於演化的認知。 · 培養屬基督的堅固信念、樂觀盼望、與服務大眾的開放心胸和自由之生活 ─ 信望愛。 課程中提及的經節─創世記一：9-25   9、神說，天地的水要聚在一處，使旱地露出來，事就這樣成了。  10、神稱旱地為地、稱水的聚處為海。 神看著是好的。  11、神說，地要發生青草、和結種子的菜蔬、並結果子的樹木、各從其類、果子都包著核，事就這樣成了。  12、於是地發生了青草、和結種子的菜蔬、各從其類、並結果子的樹木、各從其類、果子都包著核。神看著是好的。  13、有晚上，有早晨，這是第三日。  14、神說，天上要有光體，可以分晝夜、作記號、定節令、日子、年歲。  15、並要發光在天空，普照在地上。事就這樣成了。  16、於是 神造了兩個大光，大的管晝、小的管夜。又造眾星。  17、就把這些光擺列在天空，普照在地上。  18、管理晝夜，分別明暗。 神看著是好的。  19、有晚上，有早晨，是第四日。  20、神說，水要多多滋生有生命的物，要有雀鳥飛在地面以上、天空之中。  21、神就造出大魚和水中所滋生各樣有生命的動物，各從其類。又造出各樣飛鳥，各從其類。神看著是好的。  22、神就賜福給這一切，說，滋生繁多、充滿海中的水，雀鳥也要多生在地上。  23、有晚上，有早晨，是第五日。  24、神說，地要生出活物來，各從其類。牲畜、昆蟲、野獸、各從其類。事就這樣成了。  25、於是 神造出野獸、各從其類，牲畜各從其類。地上一切昆蟲、各從其類。 神看著是好的。  關鍵性的思維：      神如何進行祂的生物創造工作？      神的生物創造和後來的生物演化該如何界定？      神的心意認定為何？ 目前科學的認知 ─ 生命起源的新發現 地球外生命起源的搜尋史：         早期生物科學家將能找尋到有機物，視同就是找到生物跡象的神聖。然而在化學家的眼中，僅視有機物為一些含碳、氫的化合物。直到 1960 年代，星球化學家從來自外太空的隕石中，發現有機物的存在，而讓人懷疑外太空是否真的有生物存在 ？     到了 1970 年代，因為天文望遠鏡的改進和觀測上的許多重大天文現象的發現，使得天文化學家發覺到暗星雲中充斥著氨 (NH3 )、一氧化碳 (CO)、CS、CH-、OH- 等有機化合物。換言之，宇宙間有機物的存在是和造星運動一樣的普遍，太空中處處應該都有有機物的存在。但這些有機物難道和生物的起源沒有任何一點關係？ 彗星會不會帶給地球新生命？             1980 年代，天文化學家、天文生物學家們，期盼能從周期性造訪的哈雷彗星尾巴中找尋些有機物和生命的蛛絲馬跡關連性，他們從哈雷彗星尾巴的氣體中出氨基酸、HC2n+1N 等有機體。這不禁讓人想到，彗星會不會是在行星演化的早期就不斷地帶來生物的起源所需的素材。之後，研究人員分析發現從生成有 46 億年之久而於 1969 年落到澳大利亞的 Murchison 隕石、和約同樣是在 46 億年前生成而於1864 年墜在法國的 Orgueil 隕石中找到有機組成，這些從早期來到地球、相信至今仍未被汙染的隕石中擷取獲得的有機物，包涵著早期生物所需的所有核酸，不但種類繁多且是早期地球大氣無法找著的。它們含有組成我們基因所須需要的氨基化物、和其他生物所必須的重要化合成份，如酮、羰基 (- COOH) 酸、氨基化物和奎寧等維持生命生化反應中不可或缺的多樣性有機物。     來自火星的隕石 微觀來自火星的隕石 　   右上圖是 4.5 克的 Murchison 隕石樣本，左上圖薄膜狀小囊胞是利用紫外光從 Murchison 隕石樣本上發現的有機殘留物發光現象。                               　 從彗星搜尋到有關生命的成分訊息：         美國哈佛史密松天文物理中心的一群天文學家，分析次毫米波段的觀測資料，針對 百武彗星 上所觀測到的氫和氘 (或稱為重氫) 比率加以計算，發現其比率 (0.016 %)) 和 地球 上的比率 (0.015 %) 很接近，而比木星或土星等行星上的氫與氘比率 (0.0015 %)) 大上10 倍。可見地球能有如此多的水份，和地球形成過程中，某一時期內有眾多彗星落到地球的說法是有依據的。1996 年 9 月 26 日，美國太空總署的「極地號 (POLAR)」太空船傳回以 紫外光 所攝得的照片，照片清楚地顯示一顆仿如房子般大小的小彗星衝入地球大氣層時即裂開，約在地球表面上空 960 至 24,000 公里 處化為水蒸氣雲。記載的影像資料顯示，經常會有許多如此的外太空物體進入大氣層，增加了地球的水源，並提供可能是地球生命基礎的有機化合物。 1988 年提出「宇宙雨」理論的愛荷華大學物理學教授富蘭克表示，這種較為溫和而可能包含簡單有機化合物的「宇宙雨」，也可能 滋潤了地球生命的發展。下照片片是極地號太空船傳回以紫外光所攝得小彗星衝入地球大氣層的照片。 　         用化學方法來分析星際氣體及星際微塵 的成份，也許可以發現生命誕生的秘密。所以瞭解彗星的成分，有助於推測地球早期生命的起源。由歐州天文台﹝ESO﹞與美國太空總署 (NASA) 針對彗星所含元素的分析，氨、烷類以及氫氧化物等有機物質所占的比率不小。這和地球數億年來生物的活動，有可能因 早期彗星帶來的有機化合物，在地球初成時的太陽紫外光照射、火山爆發熱環境中自發性組合，生成包括醣類、酯類、核酸及氨基酸等生命系統物質。 但若能再從彗星的成份中發現這些有機體胚種，也許外來的有機體胚種所衍出日後地球上千萬種生命體形態的『生命起源胚種論』的說法可得到明證。下照片片是科學家想像當彗星近日時，彗尾的精彩組成分。歐洲太空中心(ESA) 的 Giotto 太空船無預期所拍攝到含有 CN (氰)離子的 哈雷彗星尾巴和有機多分子鏈。 　 隕石中發現了‧‧‧                            Murchison 隕石                               冰封的 Tagish 湖隕石          2001 年 NASA地球化學家利用氣體色譜分析法和質譜儀，去分析從相信至今仍未被汙染的 Murchison 隕石 內部擷取之原始樣本液，發現含有多糖體和類似 芳香族 的吡啶羰基酸兩種與生命有關的分子的存在。它們的濃度和分析出來的氨基酸濃度相當。研究人員也發現在多糖體中 C13/C12、氘/氫等分子同位素的比率，這些隕石中未被污染的分子同位素比率，顯示原始生物所需的多糖體與醇類，在星際間產生的機率遠比地球上形成的機會來得大。     分析 2000 年 1 月 18 日一顆 彗星 於哥倫比亞上空碎裂成 500 多塊而掉落入 Tagish 湖的隕石樣本。發現 Tagish 湖隕石 似乎保存著太陽系早期聚積和逐漸產生的有機物質，包括泡狀由 60 個碳原子組成的大碳分子，以及包含惰性氣體氦和氬，其存在的比率在地球上的任何材質內是未曾見過，但是相對的比率值在星際氣體和塵埃雲中都可發現。也就是說，上述的複雜碳化合物的早期發展極可能是在太空中進行而不是在地球表面。而且發現 Tagish 湖隕石和那些其他的 隕石 應該是在不同的星際環境中形成的，瞭解在太空不同的星際環境中形成這樣不同的化學性質是非常普遍的。                               發現了多糖體與醇類                     發現了 C60  等有機物質 　 生成有機化合物的有趣實驗：             在 1953 年，兩位芝加哥大學化學家史丹利密勒（Stanley Miller）和 Harold Urey 推測原始地球生物的有機化學分子組成，可能是來自在閃電過程中的產物。在 1950 年代，科學家們深信早期的地球大氣層是甲烷、氨、水和氫分子組成的多氫化合物但缺乏氧分子的情況。史丹利密勒裝設一個封閉的反應裝置模擬如此的原始大氣，以沸騰水擬早期的地球海洋，經以數日的電子閃電，結果液體呈暗褐色，分析發現僅呈大量的氨基酸湯水。但行星科學家開始質疑在早期地球時期，閃電現象並不很普遍。所以另一 Miller-Urey 實驗靈巧地以紫外光照射替代閃電的過程，進一步的實驗條件得到了生物分子結構，如多糖體、核酸和 Porphyrins (血液中攜氧蛋白質血紅素的一種主要成份)。上照片片是 Miller-Urey 實驗推測原始地球生物的有機化學分子組成的實驗裝置。          在所有的環境裡，導致化學反應的進行必須的條件，是要有足夠能量的供應。在地面上實驗室裡，大多數的化學反應依賴於加熱；但在冰冷的太空中則紫外輻射提供著相同的效果，甚至更佳，因為紫外光本身就是高能量的輻射。美國太空總署太空化學家 Jason Dworkin 成功地顯示出紫外光促成一系列化學反應驚人的產物。他們在約 15 oK (約為 –257 oC ) 溫度下，混合了水、甲醇、氨和一氧化碳，經紫外光照射 2 天而造出了一堆相似於彗星中發現的星際冰。由此可見，恆星 熱融合反應 過程所輻射的紫外光，可能是冰冷的太空中有機化學反應的機制。Jason Dworkin 進一步地將這些有機黏糊狀殘留物溶於水中，發現有不尋常的滴狀形成，他仔細地分析這些小圓滴狀物分子組成，它們是一端呈水溶性、另一端為油性，仿如 生物 (除了病毒) 的細胞薄膜之構成分子。本質上，NASA 的這組研究者顯示地球上生命的基本構成薄膜可能來自於冰冷的星際化學反應。上照片片是 Jason Dworkin 實驗穫得黏糊狀含有水溶有機混合物。 　 行星系統裡可能的生命起源素材 ： 有機化合物素材來源機制：生命起源的有機物素材，可能是伴隨著所在恆星的形成、和持續穩定的紫外光輻射，造就了充滿星際間的有機分子分布。依據天文物理學家們的推測，太陽並不是一顆原恆星，而是由原本在此處附近發生超新星爆發殘留雲氣所凝聚而成的二代恆星，原本超新星爆發所產生達以百計的各種元素充斥在我們周遭， 在紫外光照射下，可能化合出各種與生命有關聯的有機化合物。美國太空總署 (NASA) 天文學家 Lou Allamandola 和他的同仁們歷經近 20 年的分析，首先確認出星際間觀測到的這些如同實驗室中合成的多環芳香碳氫化合物 (PAHs) ，和理論預測的相吻合。 水在有機化學反應中的角色：也許你早就認定了生命不可缺乏水，因為生命跡象的循環和養分化學作用的生成都離不開水的參與。是的，登陸探測行星、衛星 上有沒有生物的證據，也將尋找水當成一項重要的任務。但或許你還難以想像水 (H2O) 在星際間各種有機化學反應中，所扮演觸媒和促進化學鏈結合的重要地位。其實，宇宙間有機物的存在是和造星運動一樣的普遍，太空中處處應該都有有機物的存在。 星際間不同的環境將產生不同的有機化合物，這些化學反應的環境可能發生在巨大的星際塵埃雲氣中，也可能是在新恆星誕生的鄰近處發生。而藉著星際間遊走的彗星，將這些有機化合物帶到各個行星的附近，這些有機物也參與著各個行星的演化。彗星帶來了遠方不同的碳鏈狀有機物，當彗星接近到約土星與太陽的距離時，它狀麗的彗尾呈現，眾多的線性碳鏈狀有機物將廣佈近太陽的行星附近，增大了鏈結成環狀碳氫鏈狀有機物的多環芳香碳氫化合物。由此看來，在宇宙間與生命有關的有機物之複製現象也是和造星運動一樣的普遍，太空中處處應該都能找到氨基酸、多環芳香碳氫化合物 等有機物複製的條件存在。 下左圖示兩個氨基酸結合而釋出水的示意過程；下右圖示水在碳鏈分子中，扮演著觸媒和促進化學鏈結合的重要地位，憑藉著水分子的釋出和參與，建構出與生命相關的 氨基酸 鏈結過程。