生命從哪來?科學家發現宇宙在自動生產生命原料

2026年,丹麥奧胡斯大學的兩個科學家在實驗室里造了個極端環境。

溫度-260°C,接近絕對零度。氣壓接近零,必須不停抽氣才能維持超高真空。然后用高能粒子轟擊里面的分子,模擬宇宙射線的輻射。

他們在模擬星際空間,那些距離地球幾千光年外的巨大塵埃云。

結果他們看到了一件讓人激動的事:蛋白質的基礎組件,肽鏈,在這種極端環境下自發形成了。

這個發現發表在《自然·天文學》上,意義重大。它意味著生命必需的復雜分子,不需要行星,不需要海洋,甚至不需要等恒星形成,就能在冰冷的星際塵埃上自己組裝起來。宇宙,可能到處都在"生產"生命的原料。

奧胡斯大學副教授塞爾吉奧·約佩洛和博士后阿爾弗雷德·托馬斯·霍普金森,在一個小真空腔里重現了星際空間的環境。這不容易。星際塵埃云的溫度是-260°C,只比絕對零度高十幾度。那里幾乎沒有氣壓,物質極其稀薄,而且充滿了高能宇宙射線,不停轟擊塵埃顆粒。

兩位科學家要在地球上重現這種環境,必須把真空腔冷卻到接近絕對零度,持續抽氣維持超高真空,然后用匈牙利的離子加速器產生的高能粒子模擬宇宙射線。他們想知道:在這種極端環境下,分子會發生什么反應?

"我們已經知道,簡單的氨基酸,比如甘氨酸,會在星際空間形成,"約佩洛說,"但我們想知道,更復雜的分子,比如肽,是否也能在塵埃顆粒表面自然形成,在這些塵埃參與恒星和行星形成之前。"

肽是什么?就是氨基酸連成的短鏈。當肽再連起來,就變成了蛋白質。而蛋白質是生命的基礎。尋找蛋白質的前體,就是在尋找生命的起源。

實驗開始了。研究人員把甘氨酸,最簡單的氨基酸,放進真空腔。然后用高能質子轟擊它,模擬宇宙射線的輻射。接著,他們看到了奇跡。

"我們看到甘氨酸分子開始相互反應,形成肽和水,"霍普金森說,"這表明同樣的過程在星際空間中也在發生。這是朝著蛋白質在塵埃顆粒上形成邁出的一步,而這些塵埃后來會形成巖石行星。"

換句話說,在星際空間的冰冷塵埃上,生命的積木正在自己組裝。這些塵埃后來會坍縮成恒星和行星。在這個過程中,那些微小的生命積木會一點點降落到新形成的巖石行星上。如果這些行星恰好在宜居帶,那么生命出現的概率就會大大提高。

這個發現為什么重要?因為它顛覆了以前的認知。"我們過去認為,只有非常簡單的分子能在這些塵埃云中形成,"約佩洛解釋說,"傳統觀點是,更復雜的分子要等到氣體開始凝聚成盤,最終形成恒星之后才會出現。但我們已經證明,情況顯然不是這樣。"

以前的理論認為,生命必需的復雜分子只能在行星形成之后,在海洋里,在適宜的溫度和壓力下,經過漫長時間才能合成。但奧胡斯大學的實驗表明:不需要行星,不需要海洋,不需要適宜的溫度。在-260°C的冰冷塵埃上,宇宙射線的轟擊就足以讓氨基酸自發連接成肽。

這意味著什么?意味著宇宙中這些基礎分子的數量,遠遠超出我們之前的想象。

想象一下這個場景。在距離地球幾千光年外的星際空間,漂浮著巨大的塵埃云。這些云團溫度極低,物質極其稀薄,看起來空無一物。但實際上,在這些塵埃顆粒的表面,化學反應正在發生。宇宙射線轟擊著冰凍的氨基酸分子,讓它們相互連接,形成肽鏈。這個過程不需要生命干預,不需要特殊條件,它自然發生。

然后,這些塵埃云慢慢坍縮。在幾百萬年的時間里,它們形成新的恒星系統。塵埃凝聚成行星,那些微小的肽鏈分子,就這樣降落到新誕生的巖石行星表面。如果這顆行星恰好在宜居帶,溫度適宜,有液態水,那么生命出現的概率就會大大提高。因為生命必需的基礎組件,已經準備好了。

"最終,這些氣體云會坍縮成恒星和行星,"約佩洛解釋說,"一點一點,這些微小的積木降落到新形成太陽系中的巖石行星上。如果這些行星恰好在宜居帶,那么生命出現的概率是真實存在的。也就是說,我們仍然不知道生命究竟如何開始,但像我們這樣的研究表明,生命所需的許多復雜分子,在太空中自然形成。"

發現肽能在太空中自然形成,看起來可能是個小發現。但氨基酸連接成肽的化學過程是普遍的,這意味著同樣的反應很可能也發生在其他更復雜的氨基酸上。"所有類型的氨基酸都通過同樣的反應連接成肽,"霍普金森說,"因此很可能其他肽也在星際空間自然形成。我們還沒有研究這個,但將來很可能會做。"

而且,氨基酸和肽不是生命唯一必需的積木。細胞膜、核堿基、核苷酸也都是必需的。這些是否也在太空中自然形成?目前還不知道,但約佩洛、霍普金森和他們在星際催化中心的同事們正在努力尋找答案。

"這些分子是生命的一些關鍵積木,"合作者、星際催化中心主任利夫·霍爾內克爾教授解釋說,"它們可能積極參與早期的前生物化學,催化進一步的反應,最終導向生命。"

這個發現對尋找外星生命意味著什么?意義重大。如果生命必需的復雜分子只能在特殊條件下,在行星海洋里經過漫長時間才能形成,那么宇宙中有生命的地方可能很少。但如果這些分子在星際塵埃上就能自發形成,在恒星和行星誕生之前就已經存在,那么情況就完全不同了。

這意味著每個新形成的行星系統,都有可能從一開始就擁有生命必需的基礎組件。這些組件不需要在行星上重新合成,它們已經準備好了,就等合適的條件讓它們組裝成生命。宇宙中潛在的生命搖籃,可能比我們想象的多得多。"我們已經發現許多生命積木在太空中形成,將來很可能還會發現更多,"約佩洛說。

奧胡斯大學的實驗揭示了一個深刻的事實:宇宙本身就是個巨大的化學工廠。在那些看似空無一物的星際塵埃云中,在-260°C的極寒環境里,在宇宙射線的持續轟擊下,化學反應正在發生。簡單分子在變成復雜分子,生命的積木在自己組裝。

這個過程不需要生命的指導,不需要智慧的設計,它只是自然規律的結果。在合適的條件下,化學反應會自發進行,復雜性會自發涌現。而宇宙提供了無數這樣的"合適條件"。在無數的塵埃云中,在無數的恒星形成區,同樣的化學反應可能正在同時發生。生命所需的原料,可能遍布整個宇宙。

"還有很多東西有待發現,但我們的研究團隊正在努力回答盡可能多的這些基本問題,"約佩洛說,"我們已經發現生命的許多積木在太空中形成,將來很可能還會發現更多。"

從星際塵埃到生命,這條路有多長?我們還不完全知道。但奧胡斯大學的研究告訴我們,這條路的第一步,宇宙已經自動走完了。氨基酸在星際塵埃上形成,宇宙射線把它們連接成肽,這些肽降落到新形成的行星上,在合適的條件下,它們可能進一步組裝成蛋白質,形成細胞膜,復制遺傳信息,最終點燃生命的火花。

每一步都有無數未知,但至少現在我們知道:第一步不是障礙。宇宙在自動完成它。如果地球上的生命起源于此,那么其他星球上的生命也可能起源于此。宇宙在批量生產生命的原料,而我們可能只是無數使用了這些原料的星球之一。

外星生命,可能比我們想象的要普遍得多。

參考

Alfred Thomas Hopkinson et al, An interstellar energetic and non-aqueous pathway to peptide formation, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-025-02765-7