地球上的生命從何而來？這是人類有自我意識後就在不停追尋的基本哲學命題和科學問題。

著名物理學家埃爾溫·薛定諤的《生命是什麼？——活細胞的物理學觀》一書曾經啟發了很多物理學家轉行開展生物學研究，其中就包括因共同發現DNA雙螺旋結構而獲得1962年諾貝爾獎的英國生物學家和物理學家弗朗西斯·克里克。

生命是什麼？

總的來說，生命是一種靠能量輸入維持高度負熵的化學分子集合體。它必須同時具備兩方面的特徵：生命活性和遺傳繁殖能力。

生命活性，通俗點說就是要活著，它本質上是由蛋白質等生物大分子催化的化學反應過程。生命遺傳與繁殖的核心是DNA和RNA，這些遺傳物質靠一個叫中心法則的機制完成資訊的遺傳與表達。地球生命因此具有共同的起源。

生命如何起源？

關於生命的起源，一個基本的事實是有機生命世界起源於無機非生命物質。組成地球生命的基本元素碳、氮和氧，最早形成於宇宙的第一代恆星內部的核反應過程。生命最早出現於宇宙的第二代恆星的行星系統。太陽系是宇宙的第三代恆星，肯定是滿足這一要求的。但生命到底是如何從無機物發展而來的呢？這一過程是在地球上發生的嗎？

兩種流行假說

關於地球生命起源，一般說來有兩類模型比較流行：化學起源說和宇宙胚種論(Panspermia)。

〇 化學起源說

化學起源說最早是由生物化學家亞歷山大·伊萬諾維奇·奧巴林提出的。地球生命的起源被分為四個步驟：在地球大氣中合成有機分子，如氨基酸，核苷酸的鹼基；有機小分子合成有機大分子；生物大分子物質組裝成多分子體系；多分子體系組裝成原始生命。

化學起源說得到了廣泛的認可，現在仍然是比較流行的觀點。米勒實驗也證明在地球早期的環境中，確實可以透過複雜的化學反應產生出氨基酸等有機物。

〇 宇宙胚種假說

這個假說認為地球最早的生命就來自於外太空，地外生命可以在星際或行星際之間輸運。其思想萌芽更古老，可以追溯到希臘哲學家阿那克薩哥拉，後來貝採利烏斯、開爾文、亥姆霍茲和阿倫尼烏斯等科學家都曾先後提出類似的概念。

宇宙空間的環境是比較惡劣的，在其中輸運的生命體必須具有非常強的環境適應能力。在地球上也有類似的生物，科學家稱之為嗜極生物。這些生物可以在一些極端環境中生存下來，比如高溫、嚴寒、高鹽、高壓、高輻射和高真空等。

科隆德國航空航天中心的科學家曾將細菌的孢子與粘土、紅砂岩、火星隕石或模擬的火星土壤混合形成團塊，透過衛星將其暴露於外層空間。經過兩週，研究人員發現這些細菌孢子都活著。這表明在生命傳輸過程中，被岩石或者彗星包裹的生物體是可以活下來的。

然而，宇宙胚種論並沒有真正解決生命種子的起源問題。另外在這個模型中地球生命起源過程太過偶然。如果地球生命的種子來自於整個銀河系的話，那麼生命形式的多樣性可能會是非常大的。但是地球生命公用一套遺傳表達體系，且有共同的起源。這些都是這個模型的問題。

新思路：星雲中繼假說

為了解決宇宙胚種論中一些不盡如人意的問題，筆者提出了一個新的假說：星雲中繼假說。

首先，假設從無機非生命到有機生命體的過程非常漫長，時標可達數十億年。這一過程不發生在地球早期，而是太陽的前身恆星時期。我們知道太陽系起源自被稱之為前太陽星雲（pre-solar nebula）的分子云，分子云是上一階段的恆星死亡後形成的。我們認為上一階段的恆星也有行星系統，無機物到有機生命體的過程發生在其中的行星上。行星際塵埃和行星大氣中的微生物碰撞，可以將後者撞出行星的引力系統。所以這些原始生命會很快散佈到星際空間。太陽的前身恆星死亡的時候會進一步把這些原始生命吹散到整個星雲中。

這個模型和宇宙胚種論的主要差異在於：生命種子在宇宙胚種論中是在空間上的傳輸，而在我們的模型中是時間上的承續。這個模型具有非常明確的理論預言：同源的生命種子充斥在整個太陽系中，太陽系內所有環境適合的天體都存在和地球生命同源的生命形式。

任何一個假說，只有經過檢驗，才能轉化為科學理論。

檢驗該模型的最理想天體可能是木衛二（Europa，歐羅巴），其表面覆蓋著的厚厚的冰層下面有100公里深的液態海洋，富含溶解離子，特別是鎂、鈉、鉀和氯等，和地球海洋的成分有些類似。木衛二的內部熱量，比如火山活動，可能是防止地下海洋凍結的原因，這些熱源還可以為生命活動提供必不可少的能源。地下海洋的水和其中的微生物可以透過類似噴泉的過程到達地表，應該是易於搜尋的。

如果在木衛二上發現和地球生命同源的生命形式，我們的星雲中繼假說可能更靠譜。如果發現的是和地球完全不同源的生命形式，宇宙胚種論也許更有說服力。

美國國家航空航天局NASA將於2023年發射“歐羅巴快帆”(Europa Clipper)，計劃利用3年時間探測木衛二上究竟是否存在生命，以及存在什麼形式的生命。讓我們拭目以待吧。

此外，形成於原行星盤的古老彗星內也可能還儲存有生命在原太陽星雲的證據或者痕跡。原則上來說，在原行星盤上形成的所有天體，都可以作為搜尋地外生命或其化石遺蹟的候選天體。

參考文獻:

Alexander Oparin, "The Origin of Life", ISBN 9780486495224.J. B. S. Haldane, "The origin of life", The Rationalist Annual,148, 3–10.Davies R. E. (1988) Acta Astron, 17,129-135.Stanley L. Miller, "Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions", Science (1953),117, 3046: 528-9Lei Feng, Nebula-Relay hypothesis: primitive life in nebula and origin of life on Earth, 《天文學報》已接受, arXiv：[1910.06396]

作者簡介

主編：毛瑞青

輪值主編：張水乃