在美國宇航局噴氣推進實驗室的起源和可居住性實驗室，您可以在試管中找到一個世界 - 特別是對早期地球的簡化模擬。通過重新創(chuàng)造大約4億年前在我們星球上發(fā)現(xiàn)的條件，科學家們可以縮小當時可能發(fā)生的化學反應的范圍 - 包括那些可能對這里生命出現(xiàn)至關重要的化學反應，或者可能預示著另一個世界存在生命的反應。

去年，JPL起源和宜居性實驗室的研究人員模擬了早期地球的化學反應，并進行了與新陳代謝有關的關鍵化學反應，新陳代謝是生物體將燃料（如陽光或食物）轉化為能量的過程。地球的第一批生命形式是否用與今天生物體相同的化學反應產生能量？

回答這個問題的第一步是找出這些反應在早期地球上是否可能。在生物體中，這種反應只發(fā)生在膜內（例如活細胞的保護墻），這只是為什么這些反應是否以及如何在生命形成之前發(fā)生是一個懸而未決的問題之一。

該實驗室的工作屬于一門被稱為天體生物學的學科：研究宇宙中生命的起源、進化、分布和未來。這些線索都聯(lián)系在一起，因此試圖了解生命在地球上是如何形成的，也將有助于科學家在其他地方尋找生命。事實上，在另一項研究中，實驗室團隊研究了了解地球上生命的起源如何幫助科學家解釋可能在另一個星球或月球上發(fā)現(xiàn)的有機分子（地球上生物的化學基礎）的外觀。

但是，模擬生命出現(xiàn)之前在地球上發(fā)現(xiàn)的條件并非易事。讓時光倒流意味著要考慮到生命是如何改變我們的星球的。

空氣中的東西

地球上基本上沒有一個地方不被某種形式的生命占據(jù)。微生物可以在海底、滾燙的間歇泉和專門用于清除這些生物的房間中找到。

生命形式也改變了我們星球的化學性質。試圖在實驗室中創(chuàng)造生命前條件的最大挑戰(zhàn)之一是處理氧氣的存在。在生命出現(xiàn)之前，地球大氣層中基本上不存在它，現(xiàn)在它無處不在，因為有如此多的生命形式產生它。因此，實驗室的所有生命起源實驗都必須在一個密封的盒子里進行，有一個氣閘，用于放入或取出物品。除了含有化學物質的試管外，任何用于分析這些化學物質的儀器都必須放在盒子里，因此團隊無法在這種情況下進行一些實驗。

此外，一次只能有一個人在盒子里工作，戴上內置在容器側面的厚橡膠手套來移動東西或使用設備。過濾器（需要定期清潔）捕獲雜散的氧原子。即使是水也必須經(jīng)過一個漫長的過程才能去除氧氣。

“科學就是重復，”JPL研究科學家Laurie Barge說，他是起源和可居住性實驗室的聯(lián)合負責人，“我們想一次又一次地做實驗，當你不得不花這么多時間確保甚至沒有一點氧氣進入你的試管時，這很難做到。

Barge和她的團隊花了幾個月的時間才證明，在這些早期地球條件下，可以發(fā)生一種涉及現(xiàn)代新陳代謝的化學反應。他們計劃繼續(xù)嘗試模擬新陳代謝過程中的每一步，在某些時候，他們可能會發(fā)現(xiàn)特定的反應只能在膜等保護結構內發(fā)生。這可能有助于縮小當膜在生命出現(xiàn)中變得必要時的范圍 - 回到過去。

科學家還有另一種方式可以了解地球上發(fā)生的化學反應，并可能為地球上的生命奠定基礎：通過研究一顆行星或月球，其原材料與早期地球上發(fā)現(xiàn)的成分大致相同。這個位置可能是我們太陽系中一顆沒有生命的衛(wèi)星，也可能是另一顆恒星周圍的行星。然后，Barge和她的同事可以在一個不受手套箱大小限制的環(huán)境中測試他們正在研究的想法。

“根據(jù)另一個世界的結果驗證和檢查我們的一些實驗室結果將非常有趣，”領導代謝工作的起源和可居住性實驗室的JPL研究科學家杰西卡韋伯說。“找到這樣的環(huán)境將有助于我們在實驗室實驗中更好地重建早期地球，這將使我們更接近回答一些關于我們自己星球上生命的大問題，并可能在其他星球上。