5.1 矿物和生命的联系

 

第五章 生命的演化
5.1矿物和生命的联系

 

 

 

 

 

晶体

固态物质分为晶体和非晶体。从宏观上看，晶体都有自己独特的、呈对称性的形状，如食盐呈立方体；冰呈六角棱柱体；明矾呈八面体等。而非晶体的外形则是不规则的。晶体在不同的方向上有不同的物理性质，如机械强度、导热性、热膨胀、导电性等，称为各向异性。而非晶体的物理性质却表现为各向同性。晶体有固定的熔化温度—熔点（或凝固点），而非晶体则是随温度的升高逐渐由硬变软，而熔化，非晶体没有固定的熔点。

晶体和非晶体所以含有不同的物理性质，主要是由于它的微观结构不同。组成晶体的微粒──原子是对称排列的，形成很规则的几何空间点阵。空间点阵排列成不同的形状，就在宏观上呈现为晶体不同的独特几何形状。组成点阵的各个原子之间，都相互作用着，它们的作用主要是静电力。对每一个原子来说，其他原子对它作用的总效果，使它们都处在势能最低的状态，因此很稳定，宏观上就表现为形状固定，且不易改变。晶体内部原子有规则的排列，引起了晶体各向不同的物理性质。例如原子的规则排列可以使晶体内部出现若干个晶面，立方体的食盐就有三组与其边面平行的平面。如果外力沿平行晶面的方向作用，则晶体就很容易滑动（变形），这种变形还不易恢复，称为晶体的弹性。从这里可以看出沿晶面的方向，其弹性限度小，只要稍加力，就超出了其弹性限度，使其不能复原；而沿其他方向则弹性限度很大，能承受较大的压力、拉力而仍满足胡克定律。当晶体吸收热量时，由于不同方向原子排列疏密不同，间距不同，吸收的热量多少也不同，于是表现为有不同的传热系数和膨胀系数。

非晶体的内部组成是原子无规则的均匀排列，没有一个方向比另一个方向特殊，如同液体内的分子排列一样，形不成空间点阵，故表现为各向同性。

当晶体从外界吸收热量时，其内部分子、原子的平均动能增大，温度也开始升高，但并不破坏其空间点阵，仍保持有规则排列。继续吸热达到一定的温度──熔点时，其分子、原子运动的剧烈程度可以破坏其有规则的排列，空间点阵也开始解体，于是晶体开始变成液体。在晶体从固体向液体的转化过程中，吸收的热量用来一部分一部分地破坏晶体的空间点阵，所以固液混合物的温度并不升高。当晶体完全熔化后，随着从外界吸收热量，温度又开始升高。而非晶体由于分子、原子的排列不规则，吸收热量后不需要破坏其空间点阵，只用来提高平均动能，所以当从外界吸收热量时，便由硬变软，最后变成液体。玻璃、松香、沥青和橡胶就是常见的非晶体。

多数的固体晶体属于多晶体（也叫复晶体），它是由单晶体组成的。这种组成方式是无规则的，每个单晶体的取向不同。虽然每个单晶体仍保持原来的特性，但多晶体除有固定的熔点外，其他宏观物理特性就不再存在。这是因为组成多晶体的单晶体仍保持着分子、原子有规则的排列，温度达不到熔解温度时不会破坏其空间点阵，故仍存在熔解温度。而其他方面的宏观性质，则因为多晶体是由大量单晶体无规则排列成的，单晶体各方向上的特性平均后，没有一个方向比另一个方向上更占优势，故成为各向同性。各种金属就属于多晶体。它们没有固定的独特形状，表现为各向同性。

人类或起源于火星？神秘矿物开启生命进程

火星是一颗潜在的未来殖民星球，但科学家发现地球生命或起源于火星，当时的火星具备启动生命进程的条件，而地球还不具备

据国外媒体报道，科学家发现太阳系生命可能起源于火星，这颗红色的星球或许是生命的诞生地。科学家对火星上分布的钼矿物质调查显示，其与生命的起源存在关键性的联系，该物质在远古时期出现在火星表面上，而不是地球上，通过火星陨石的研究也进一步暗示地球生命或来源于火星。地球化学教师史蒂文·本纳认为这项新的调查发现表明地球上所有的生命或许起源于火星这颗红色星球，而携带生命的种子通过火星陨石降落在地球上，当地球进入适合生命居住的环境时，这些生命种子便开始复苏，并演化成今天的人类。

在一年一度的哥德斯密特大会上史蒂文·本纳教授揭示了钼元素的氧化物如何在行星化学演化史上存在，它与生命的起源存在联系，该会议由欧洲地球化学协会和地球化学学会组织举办。史蒂文·本纳教授认为钼氧化物矿产是一种催化剂，有助于有机分子演化成第一个“生命结构”，只有当其被高度氧化时，可进一步作用于早期的有机分子，使后者完成最重要的一次“飞跃”，形成有生命的结构。在三十多亿年前的火星上可存在这样的物质，地球上的环境无法满足钼氧化物矿物额存在，因为地球上氧气很少，无法将其氧化，但是火星可以，那时候的火星具有适合生命存在的环境，比如液态水。好奇号的调查已经发现远古火星是个湿润环境，科学家认为这些证据可指向太阳系生命的起源。

在生命起源的研究中，科学家提出了一个“焦油悖论”，该理论认为早期生命物质都是由有机体组成的，在外部能量源的作用下，有机体并不会向生命分子方向演化，反而会变成焦油类物质。此外，火星陨石的研究还发现，早期火星上存在硼元素是生命分子启动的关键因素，由此引发了第二个悖论，即某一时期的地球几乎被液态水覆盖，阻止了一定浓度的硼形成，该物质只发现在一些非常干燥的地方，比如死亡谷，由此科学家认为早期地球上不具备启动生命进程的条件，反而在湿润的火星更具有这样的潜力。

与此同时，科学家在地球上发现了火星陨石比之前认为的要年轻很多，这意味着火星上仍然在活跃的地质活动，加拿大安大略省皇家博物馆的火星陨石样本可追溯到2亿年前的火星熔岩流，但也有研究称一些火星岩石年龄或达到40亿岁。

氨基酸

简介

氨基酸分子为手性分子，有左旋和右旋两种光学异构体，称为L型（左型）和D型（右型）两种，通常应为左型右型数量相同。

氨基酸是一种生命分子。每一种氨基酸都有固定的化学组成，但却有两种不同空间的形式。这一点颇像人类的双手。我们把同一种氨基酸的两种不同形式分别称为左型和右型氨基酸。

研究

氨基酸是构成地球上生命的基础，自然存在的氨基酸分为左旋型和右旋型。然而，存在于地球上所有生物体中的氨基酸都为左旋型。根据常理分析，氨基酸化学反应需要左旋型氨基酸和右旋型氨基酸等量搭配作用，为什么地球生物体内氨基酸全部为左旋型，一直是生命起源领域一个困扰科学家多年的谜。

为了解开这个谜，国立天文台研究小组利用红外线偏光观测装置SIRPOL观测离地球1500光年外的猎户座星云。猎户座星云是孕育恒星的巨大星云，科学家在质量巨大的新生恒星IRc2星的附近发现了比太阳系大400倍的圆偏光，而质量较轻的新生形体周围则看不到圆偏光。

恒星形成领域的圆偏光被视为左旋型氨基酸形成的基础，该发现证明，太阳系形成初期，原始太阳系星云受到大质量恒星圆偏光的照射，从而形成的氨基酸全部为左旋型。另外，根据陨石同位体理论分析，这一发现也和太阳系形成于大质量星体附近的理论相契合。

 

 

 

 

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