本文轉載自公眾號“原理”

　　撰文 Takeko

　　1

　　生命的起源和早期進化一直是讓科學家最好奇、也最頭疼的問題之一。

　　1924 年和 1929 年，亞歷山大·奧巴林（Alexander Oparin）和 J。 B。 S。 霍爾丹（J。 B。 S。 Haldane）分別提出假設認為，我們原始地球上的條件有利于一類化學反應的發生，這類反應可以從簡單的無機前體合成復雜的有機分子，這有時也被稱為“原始湯”假說。氨基酸是最初形成的分子，也是構成生命的基本要素，當氨基酸結合在一起時，就能形成更復雜的有機聚合物。

　　隨后，到了 20 世紀 50 年代，現代科學開始了對生命起源的系統性探索。1952 年，芝加哥大學的研究生斯坦利·米勒（Stanley Miller）和他的導師、諾貝爾獎化學獎得主哈羅德·尤里（Harold Urey）進行了一項迄今為止最著名的生命起源實驗，并將研究結果于次年發表。

　　這項實驗表明，只要水、氨、氫和甲烷，以及模擬閃電的電火花，你就可以得到地球上生命所必需的幾種蛋白質前體。它提供了第一個證據，證明生命出現所必需的復雜有機分子可以使用更簡單的無機前體形成。這改變了人們對前生命合成的看法，也成了前生命化學領域奠基性的開端。

　　現在，一個由西班牙和意大利科學家組成的團隊重新進行了這項開創性的實驗，并發現了米勒和尤里遺漏的一個因素，那就是實驗容器的材質對結果的影響。論文已于近日發表在《科學報告》（Scientific Reports）上。

　　2

　　在米勒-尤里實驗中，米勒設計了一個特殊的裝置，通過模擬當時科學家認為的原始大氣的成分來驗證“原始湯”假說。

　　他將甲烷、氨和氫密封在一個無菌的硼硅酸鹽玻璃大燒瓶里，并將它連接到另一個水裝得半滿的較小的燒瓶中。隨后，米勒對水進行加熱，產生的蒸汽進入裝有化學物質的大燒瓶中，模擬出一種微型的原始大氣環境。在這里，電極不斷放電，就像天空中的閃電一樣。接著，大氣被冷卻，蒸汽凝結成液體，再被收集起來。

　　有趣的是，這些溶液在一天之后變成了粉色，實驗進行一周的時候，它已經是深紅色了。米勒取下燒瓶并加入氫氧化鋇和硫酸，終止反應。在除去所有雜質后，他用紙色譜分析法檢測了剩下的化學物質，結果顯示，實驗中產生了豐富的有機物質。

　　我們已知的構成蛋白質的標準氨基酸共 20 種，而米勒在最初的實驗中已經創造出了其中 5 種。他還進行過其他模擬，比如富含水蒸氣的微型火山噴發等。他在之后的采訪中曾表示，只要在一個基本的前生命實驗中放電產生火花，許多有機物就能產生。

　　21 世紀初，米勒的一位學生還曾對 1952 年和其他實驗的原始樣品進行過重新分析，結果發現，這些實驗實際上產生了比當時認為的更多化合物。換句話說，米勒的支持者都認為，當初的實驗比他們意識到的還要成功。

　　3

　　在米勒-尤里實驗之后，更多科學家開始了有關生命起源的實驗探索。但半個多世紀之后，西班牙格拉納達大學的杰奎因·克里亞多-雷耶斯（Joaquin Criado-Reyes）和同事意識到，原先實驗中一個潛在的因素被忽視了：容器的材質。

　　米勒所模擬的大氣是高度堿性的。當堿性液體與燒瓶內壁的硼硅酸鹽玻璃接觸時，即使是這種被強化過的玻璃應該也會出現輕微的溶解，并釋放出一些物質進入蒸汽。

　　為了驗證他們的設想，團隊重新設計了三個不同版本的米勒-尤里實驗，三項實驗的實驗裝置和化學試劑都一樣，但主要差異在于容器的材質。

　　他們使用了原始實驗中用到的相同類型的硼硅酸鹽玻璃容器重復了實驗，并用特氟龍（聚四氟乙烯）的容器重新進行了研究。特氟龍在 20 世紀 50 年代還沒有得到廣泛使用，而這種材料具有較高的化學惰性。

　　在第三個版本的重復實驗中，他們還將玻璃碎片加到了特氟龍容器中混合。

　　結果表明，玻璃容器確實含有最多樣的復雜有機反應產物的混合物，而在沒有玻璃碎片的特氟龍容器中產生的復雜化合物要少得多，相比之下，含有玻璃碎片的特氟龍容器產生的復雜化合物要少一些，這可能是因為玻璃碎片的組合表面積比玻璃燒杯本身的表面積更少。

　　這一結果實際上支持了團隊的猜想，玻璃內表面的腐蝕影響了實驗的結果。被釋放進溶液的二氧化硅分子可能起到了催化劑的作用，加速了氮、碳和氫原子之間的化學反應，最終促成了有機分子的形成。

　　此外，腐蝕也在玻璃內表面形成了許許多多的小坑，它們或許也能扮演一種微型反應室的角色，從而加速反應。

　　4

　　有趣的是，對一些“米勒派”的學者來說，這樣的結果是對最初實驗結果的又一次肯定：這恰恰更真實地模擬了地球環境，因為超過九成的地殼是由硅酸鹽組成的，實驗中的玻璃就好像地球上的巖石，可能催化了反應。

　　更近期的一些研究同樣認為，生命起源很有可能是大氣、雷電風暴、富含硅酸鹽的地表和液態水共同作用的結果。

　　但顯然，答案遠沒有那么簡單。一些科學家表示，米勒-尤里實驗在某種程度上來說“過于成功”了，以至于人們一度以為，生命起源之謎已經有了答案。

　　但隨著更多發現的出現，比如深?！昂跓焽琛鄙鷳B系統的發現，讓人們意識到，在化學能的推動下，生命在不見陽光的地方仍然可以蓬勃發展。

　　生命遠比我們想象的頑強得多，而答案也不一定就藏在被原始大氣籠罩的地表“原始湯”里。

　　#創作團隊：

　　文：Takeko

　　#參考來源：

　　https：//arstechnica.com/science/2021/10/scientists-recreated-classic-origin-of-life-experiment-and-made-a-new-discovery/

　　https：//www.newscientist.com/article/2294758-glass-flask-catalysed-famous-miller-urey-origin-of-life-experiment/

　　https：//www.nature.com/articles/s41598-021-00235-4

　　https：//www.forbes.com/sites/davidbressan/2021/10/26/famous-miller-urey-experiment-shows-how-minerals-may-played-a-role-in-the-origin-of-life/

　　Robert M。 Hazen， The Story of Earth， Penguin Books， 2012