為什麼科學家拿氧氣判定星球生命?外星人靠氫氣氦氣呼吸不行嗎?

天空之城 2021/02/18 檢舉 我要評論
 

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前段時間,看見有人提了這樣一個問題:科學家拿有沒有氧氣來判定這個星球上有沒有生命,人家外星人靠氫氣氦氣來呼吸不行嗎?

另一個星球上的草地Meadow on another planet

其實,將問題中的氧氣換成水的話表述更為貼切。當科學家對一個星球是否存在生命做可能性評估的時候,首先考慮到的是它上面是否存在水, 如果上面不存在水,或者水只是以固態的冰或氣態的蒸汽形式存在的話,他們就會立即停止考慮這顆星球。為什麼以水作為生命是否存在主要的考慮對象,這個在以後再說,必須指出的是, 水也並非是生命的唯一介質

拓撲插圖

但是,假如科學家在一個未知星球上已經發現存在 液態水,還是否需要用 氧氣來作為判定生命是否存在的依據呢?

氧氣Oxygen

首先,我們需要明確的是, 氧氣並非是生命存在所必須的,雖然在我們地球上,無論是地上走的、爬的,還是天上飛的,水裡遊的,幾乎所有的動物、植物,乃至細菌、真菌,除了一些少數厭氧微生物外,絕大多數都需要氧氣才能夠生存與繁殖。

但是,最新研究發現,現今某些多細胞動物不需要氧氣也能夠生存與繁殖,這是一種寄生在某些鮭魚體內的寄生蟲,名叫 Henneguya salminicola,2020年2月,以色列特拉維夫大學的研究人員發現,這種寄生蟲完全沒有線粒體基因組和典型線粒體,如果該研究屬實,它將會是世界上首個發現的能夠進行 嚴格無氧呼吸的多細胞動物,這意味著它可以完全不需要氧氣,就能獲得維持自身活動所需的能量,但研究者同時也指出,尚不清楚它獲取能量的方式是自己產生的還是從外部汲取的。

以我們人類自身為例,我們有氧呼吸的主要場所是在細胞的線粒體中,我們平時吸入的90%以上的氧氣都會在線粒體中被消耗掉,在氧氣與酶的參與下將有機物分解為 水和二氧化碳,並釋放能量合成大量ATP。但是,這有個問題不得不提,那便是 線粒體。線粒體是我們細胞中棒狀或球狀的顆粒,又名「能量工廠」,通過它的綽號就知道它是為我們生命機體生產、提供能量的。

與其他細胞器不同,線粒體有獨立於細胞核的一套遺傳物質。2014年,維吉尼亞大學華人生物學家馬丁· 吳使用DNA測序技術,對18種線粒體近緣細菌的基因組解碼後發現,線粒體是某種寄生菌的近親生物。這一發現為美國生物學家馬古利斯在1970年提出的 內共生起源學說,提供了佐證。

即:在距今約17億年前,我們人類的祖先,也可以說是當今大部分生物的祖先,一開始無法利用氧氣進行有氧呼吸,一種 革蘭氏陰性菌好氧細菌,入侵了我們祖先的細胞,我們祖先的細胞並沒有立即吞噬它,而是與這種細菌達成了某種交易,你為我提供高效的有氧呼吸方式來產生能量,我為你提供源源不斷的有機物養分,它們之間的合作大大增強了生存能力,並在生物競爭當中逐漸佔據主導地位,而這種細菌經過數億年的演化就形成了我們今天生物細胞中的線粒體。

當然,相信內共生起源學說的前提是得相信達爾文的 生物進化論,相信奧帕瑞和霍爾丹的「 原生湯理論」,認為一切生命起源于海洋,而不是外星人或上帝創造的生命。如果以上結論均成立,我們便能夠得知,我們的祖先一開始並不需要氧氣也能勉強在世間立足,但有氧呼吸讓我們更好地適應了地球的環境,從而在生物競爭中脫穎而出。

現在我們知道了氧氣並非是生命所必須的,那麼我們看另一個問題: 外星人能利用氫氣氦氣來呼吸嗎?首先我們得弄明白呼吸的原理是什麼,對我們人類而言,呼吸包含兩種形式: 外呼吸和內呼吸。外呼吸是指肺通氣和肺換氣,氣體在血液中的運輸過程;內呼吸指的是組織細胞與血液間的氣體交換。

雖然過程不同,但它們的最終結果都是 消耗氧氣,分解有機物釋放能量的過程,氫氣在條件允許時能夠表現出跟氧氣類似的氧化性,但氦氣是一種惰性氣體,化學性質極為穩定,通常不與其他物質發生反應,所以 外星人有可能利用氫氣來呼吸,而氦氣幾乎沒有可能

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