| 我是谁？我从哪里来？我到哪里去？这是看门大爷都知道的三大终极问题。实际上，我们现在还不清楚，地球上的生命是如何起源的。是地球自发产生的，还是从外星来的？如果是地球自发产生的，那么是在什么地方，什么条件下？最近中国科学家有一个大发现，可能有助于解开生命起源之谜：在海底的热液中，观测到了超临界（supercritical）二氧化碳（生命起源是否和超临界二氧化碳有关？）。这在头条热榜上，也引起了很多关注。2020年5月8日，Science Bulletin 第11期以封面文章的形式发表了题为“Discovery of supercritical carbon dioxide in a hydrothermal system”的文章（http://engine.scichina.com/doi/10.1016/j.scib.2020.03.023），报道了中国科学院海洋研究所阎军和孙卫东研究员课题组合作首次在热液系统观测到自然状态下超临界二氧化碳流体的喷发海底热液好理解，就是海底喷出的热的液体。但是，什么叫做超临界？这大概是大多数人首先想问的问题。对此简单的解释是，超临界是物理化学中的一个概念，跟气体的液化有关。如果你想把气体变成液体，你有两种办法：一个是降低温度，另一个是提高压强。一般情况下，这两种办法中的任何一个都可以实现液化，例如平常见到的水蒸气就是这样。但一般人不知道的是，如果温度高到某个程度，单独提高压强就不能液化了，无论你把压强加到多高都不行。这个温度就叫做临界温度。如果你想把高于临界温度的气体液化，就必须首先把它降温到临界温度以下。在临界温度上刚好能把气体液化的压强，就叫做临界压强。任何物质都存在临界温度和临界压强。当温度和压强都高于临界值的时候，这种状态就叫做超临界流体。回答是：在这种状态下，气体和液体的界限消失了。因为它可以通过连续变化变成普通的气体，也可以通过连续变化变成普通的液体，中间都没有任何突变。而平时见到的气液变化，例如水蒸气变成水，或者酒精蒸汽变成液态的酒精，都是突变。所以超临界流体是一种特殊的状态，有些性质像气体，有些性质像液体。这是物理化学中一个非常有趣的结果。具体而言，超临界流体的密度跟液体接近（也就是说比气体大得多），而扩散系数却跟气体接近（也就是说比液体大得多）。因此，超临界流体很适合用来传输物质和热量，是非常好的反应介质。例如中国的火电技术世界领先，煤耗低，排放少，就是因为超临界流体的特性。2015年10月，美国《电力杂志》将上海外高桥第三发电厂评选为2015年度世界顶级火力发电厂，因为它是全球第一个将1度电的煤耗降到280克以下的发电厂（https://new.qq.com/omn/20180130/20180130B0O4H0.html）。平时，我们用得最多的溶剂是水。但在超临界的工业中，超临界二氧化碳用得比超临界水多得多。因为二氧化碳的临界温度是31.26摄氏度，临界压强是72.9个大气压，水的临界温度是374摄氏度，临界压强是218个大气压。二氧化碳的临界温度和临界压强都比水的低，所以更方便应用。了解了这些背景，下面的问题是：超临界二氧化碳为什么会跟生命起源有联系？文章中解释了，这次是在海底热液中发现了超临界二氧化碳的喷发，其中包含了大量的氮气、甲烷、硫化氢等物质。这里的关键是氮气，这是第一次发现的。以前早就有理论猜测，地球上最早的生命可能就是在海洋热液中产生的，它们的能量来源是直接利用热液中的热量，而不是现在主流的光合作用。这个理论看起来很合理，但以前的困难在于：在热液中没有找到氮元素。没有氮元素，怎么会有氨基酸呢？如大家所知，氨基酸是蛋白质的基本单元。所以，这是这个理论最致命的问题。现在发现超临界二氧化碳热液中含有氮气，就补上了这个缺点。从超临界二氧化碳、水和氮气等无机物，就可以产生氨基酸等有机物，最终形成生命。顺便说一句，报道这个成果的杂志叫做《Science Bulletin》。这是中国科学院办的英文期刊，其实就是以前的《科学通报》。陈景润对哥德巴赫猜想的突破，最初就是在《科学通报》上发表的。大家可以想一想，如果超临界二氧化碳的生命起源成立，那么最大的后果是什么？我觉得，最大的后果就是，宇宙中可能充满了生命，因为具有这样条件的星球可能会很多。就像《三体》中罗辑从冰块中爬上来仰望星空时，突然明白了宇宙的真相，这是人类的觉醒时刻。最后，欢迎大家关注我们的账号“科技袁人”。我们面对的是一个生命如同繁星点点的宇宙，还是荒芜如同沙漠的宇宙？这正是一个终极问题。 |