生命存在的必要条件
生命存在需要三个基本条件:要有液态水;一定要有碳源,及生命要求的其他元素;要有能源,可以是来自恒星的辐射能或行星自身的化学能。
(1)水源
水渗入了地球生物界的每一个角落。水是地球上每一个生物体内最主要的成分。有人说,如果我们不理解水,就永远不能理解生物学。实际上水对地球上的生命是如此重要,很多太空生物学家都认为水对宇宙中任何地方的任何生命应该同样重要。甚至科学家想在宇宙中寻找生命,首先就是要找到有液态水的星球。
水对于地球生命的起源有很多重要作用,体现在以下几个方面。
·水是一种承担物质输运的扩散介质;
·水是一种具有极性的良好溶剂;
·水直接参与光合作用;
·很多代谢过程需要水,如细胞内生物大分子的水解反应;
·生成黏土也需要水,而黏土是生物起源前化学进化的催化剂;
·水可以稳定生物分子的结构,如核酸、蛋白质,围绕着这些分子形成了水的保护层;
·水的比热容高,是很好的热耗散剂。
(2)能源
生命需要能源来组织它们的原料,完成生物分子的组装工作,维持新陈代谢。地球上生命使用的能源,来自于很窄的可见光波段,以及无机物的氧化还原反应或对有机分子的利用。地球上生命最重要的能源来自于太阳,太阳的可见光启动光合作用,蓝细菌、单细胞藻类和植物利用可见光合成它们自身的生物组织,这些生命体被称为光养生物。产生氧气的光合作用反应如下:
6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2
通过这个反应,水分解为氢和氧,氧释放进入大气,氢还原二氧化碳,得到生物分子葡萄糖。在太阳光不能到达的地方,微生物会使用来自矿物的化学能。这些微生物生活在洞穴、深海、大洋壳层、岩石和地表深处。利用化学能合成自身生物组织的生命体,被称为化学自养性生物。
还有一种生命体利用有机物质作为营养,如乳酸盐,乳酸盐可以由某些自养性生命体形成。这些生命体无法从非生物材料合成它们自身的生物组织,而是利用由其他生命体形成的有机物质来构建它们自身的组织,这样的生物被称为异养性生物。
(3)碳源
微生物的生长与演化要求适当的化学环境。碳是构成生命的最重要元素,适当的化学环境可以提供生命利用碳元素的条件,促进自养性生物利用CO2,以及异养性生物对有机碳化合物的利用。碳与自身及其他元素如氢、氧、氮等形成复杂稳定分子的能力是非常独特的。除了碳以外,还需要有组成生命的氢、氧、氮、磷、硫等元素,以及一些微量元素。由于最终形成了太阳系的星云中包含了先前恒星爆炸时留下的气体、尘埃,所以这些元素在太阳系形成时,就已经存在了。