先說結論：生命的起源有兩種假說：陸地熱泉說和深海黑煙囪說，但到目前為止還有待驗證。

著名的哲學三問“我是誰？我從哪裡來？要到哪裡去？”，哲學自身永遠無法給出答案，如果有一天我們能找到答案，那給出回答的一定是科學。

這一章的主題就是“我從哪裡來”，即生命的起源問題。

自從達爾文的進化論創立以來，科學家們一直面臨著一個終極謎題——第一個生命是怎麼誕生的？在這卷壯麗的生命演化詩篇中，進化論能解釋所有後面發生的事情，唯獨無法解釋這一切是怎麼開始的。

1953年，在芝加哥大學的一間實驗室中，有兩個人向這個謎題發起了衝鋒。其中一個叫米勒，他是一名研究生，還有一個是米勒的導師，諾獎得主尤里。當然，真正幹活的肯定是研究生米勒嘛。他們將水（H2O）、甲烷（CH4）、氨（NH3）、氫氣（H2）與一氧化碳（CO）這五種物質密封在無菌狀態下的玻璃管和燒瓶內，然後將他們連結形成一個迴路。

在這個精巧的裝置中，其中一個燒瓶裝著半滿的水，另一個則含有一對電極。米勒和尤里用這個裝置模擬太古時代的地球環境。他們首先將液態水加熱產生水蒸氣，然後將另一個燒瓶中的電極通電，產生電火花，這就模擬了閃電。水蒸氣經過電極之後，又再度凝結並重回到原先裝水的燒瓶中，使實驗得以迴圈進行。

一週後，水竟然變成了黃綠色。他們驚喜地發現，約有 10% 到 15% 的碳以有機化合物的形式存在，其中 2% 屬於氨基酸，以甘胺酸最多。而糖類、脂質與其他一些可構成核酸的原料也在實驗中形成了。米勒的導師尤里看到後非常興奮，他說：“我敢打賭，上帝就是這麼幹的”！

米勒-尤里實驗的結果一公佈，就在公眾中引起了極大的反響，生物學家們也紛紛奔走相告，進化論詩篇那缺失的序章終於給找到了，“我們從哪裡來”的問題終於告破了。當時的新聞報道讓人覺得，只要有人把一些化學物質放到一個瓶子中，然後用力搖一搖，生命就會從裡面爬出來一樣。

當然，過了沒多久，冷靜下來的科學家們，包括米勒自己也出來告訴那些歡喜過了頭的科普作家們，別高興得太早，我們離真相還差得遠呢。

首先，我們對原始大氣的成份其實一無所知，那五種物質和它們的配比基本上就是連猜帶蒙的。然後，即便我們的猜測是正確的，我們的實驗過程也都真實還原了遠古地球的環境，可是，我們也只是合成了一些小分子有機物啊，從氨基酸到蛋白質，從蛋白質到核酸（DNA和RNA），再到生命，那還差得十萬八千里啊。

不過，在那之後的二十多年中科學家們在研究生命起源時，目光依舊是停留在地球表面的，他們普遍認為地球原始大氣、原始海洋、還有閃電、火山、地震等等自然現象是生命誕生的基本條件，我們要搞清楚的無非就是這些物質和自然現象之間是如何發生相互作用，最終誕生了生命。

然而，到了 1977 年，一艘深海潛艇的偶然發現卻徹底轉變了人們的看法。這是怎麼回事呢？

話說美國有一艘傳奇潛艇叫阿爾文號。當年美國人曾經因為加油機和一架 B-52 轟炸機相撞導致一枚氫彈沉入地中海，這可不得了，要是給恐怖分子率先打撈上來那還了得。於是，阿爾文號一戰成名，在 1000 多米深的海底把氫彈給撈了上來。誰知英雄阿爾文號在 1968 年由於纜繩斷裂，沉沒於 1600 米的海底，幸好那次沒載人。11 個月後才被打撈上來，重灌上陣。

就是這艘傳奇的阿爾文號，1977 年來到了著名的加拉帕戈斯群島附近的海域，深潛入將近 2500 米深的海底。在這片完全漆黑、壓力巨大的海底，科學家們發現，數十個丘狀體不停地噴著黑色和白色煙霧，含硫化物的熾熱液體從直徑約 15 釐米的煙囪中噴出，溫度高達 350℃，科學家們形象地把這些噴著煙霧的丘狀體統稱為海底“黑煙囪”。

令人震驚的是，在這樣一個似乎是生命禁區的地方，卻發現了生命。

2 年後的 1979 年，阿爾文號載著很多生物學家再次回到這裡，對海底黑煙囪做了一次全面的考察，這次考察重新整理了人類對生命的認知。在這樣的一個極端環境中，卻存在著一個完整的生物群落，從細菌到各種蠕蟲，再到各種蝦兵蟹將，那是應有盡有。

這些生物不需要氧氣，他們的能量來源是海底火山口的熱量以及各種硫化物。他們發現的嗜熱細菌能夠在 350 攝氏度的高溫海水中存活。這次發現真是徹底重新整理了人們過去對生命的認知啊。

進一步的科學研究表明，海底黑煙囪的這種環境與地球早期的環境類似。於是，科學家們就提出了原始生命起源於海底黑煙囪的理論，而第一批誕生的生命——我們人類最早最早的祖先——就是嗜熱微生物。沿著這個方向，科學家們又找到了一些很重要的證據，例如

在大西洋深海的“黑煙囪”，發現有一種蝦的背上有感光區，能夠感知藍綠光線，這很可能就是光合作用的最早起源。另外，有一次美國科學家在 5000 米深的海底把深潛器的燈光關閉了 5 分鐘，在一片漆黑中，他們在熱液口發現了光線。這種光可能被最早的某一種生物利用了，這個時候光合作用效率高的優越性就顯示出來了，把生物的演化往前推進。

於是，在這樣的背景下，生命起源於海底黑煙囪的假說就越來越流行了，可以說，這也是目前在科學界接受度最高的一種生命起源假說。

它甚至影響了我們探索外星生命的方向，如果這個假說成立，那麼在太陽系中的木衛二（歐羅巴）和土衛二（恩科拉多斯）這兩顆衛星冰封的海底，就有可能存在生命。為了驗證這個推測，美國宇航局正在耗費巨資推動歐羅巴和恩科拉多斯的進一步探測計劃。

總體來說，不管生命是起源於海洋淺層，還是起源於海底黑煙囪，都是起源於海洋，這也是科學界最普遍的觀點，在全世界任何一個自然博物館，講解人員都會告訴觀眾們一個生命從海洋爬上陸地的故事。

然而這個觀點卻面臨著一個最大的問題，那就是：海洋裡面的水太多了，生命必須的分子在那裡散開得太快，快到來不及相互作用，快到無法形成細胞膜和原始的新陳代謝途徑。

最近這幾年，有一些學者就提出了一種完全不同的假說。他們認為，陸地上的水池才是更好的生命搖籃。

在古老地球的火山附近有著大量的熱泉和間歇泉形成的水池，這類水池乾溼交替、不斷迴圈，它的熱量可以催化各種化學反應，乾旱期可供簡單分子聚合成為複雜分子，溼潤期則可以讓這些聚合物四處流動，在這之後的乾旱期又能把聚合物困於細小的孔隙中，讓它們相互作用，甚至在脂肪酸構成的囊泡中進一步濃縮——而脂肪酸囊泡正是細胞膜的原型。

可以說，這是一個完全不同於生命海洋起源說的理論。對於同一種現象，有不同的科學解釋，這在科學的發展史上太常見了。但科學有一個最大的特點，就是看證據，決定一個理論命運的不是哪個權威的支援，也不是某種意識形態的支援，而是證據。誰的證據更多更好，誰就能最終勝出。我們來看看陸地起源說都有一些什麼樣的證據。

戴維·迪默早在十多年前就已經冒出了生命起源於陸地的想法。他是這樣想的：

當簡單的分子元件暴露於陸地熱泉獨特的乾溼迴圈中時，它們就會聚合成較長的、攜帶資訊的聚合物，比如核酸，這是原始生命生長和複製必不可少的物質。其他關鍵性的聚合物，比如多肽，也可能是在相同條件下由氨基酸形成的。還有一點至關重要，另有一種名叫脂類的基本結構分子可能會形成微小的囊泡，把攜帶資訊的聚合物裝在裡面，使其免受傷害。對於生命的誕生，這些化合物都是必不可少的。

為了驗證這個想法，迪默帶著團隊前往了俄羅斯遠東地區勘察加半島上的一座活火山，這座火山的名字叫穆特洛夫斯基火山（由於俄羅斯人取的名字都太長、太難念，我後面就簡稱為穆特火山）。

這個地方熱泉和間歇泉密佈，人跡罕至，是他們認為最接近地球 40 億年前環境的地方。迪默隨身帶了一瓶白色的粉末，粉末裡包含 4 種氨基酸、4 種鹼基，以及磷酸鹽、甘油和一種脂類。他們認為這些就是在地球的前生命時代能夠找到的原料。迪默把這瓶混合物倒入一個翻滾的熱泉泉眼。沒過幾分鐘，泉眼邊上就出現了一圈白沫。這些泡沫包含無數氣泡，每個氣泡裡都包裹著原始湯中的化合物。

迪默就想：如果這些氣泡在水池邊上乾涸掉，它們裡面那些挨在一起的物質會結合成聚合物嗎？這個階段可能為產生第一個生命打下基石嗎？

迪默回到自己的實驗室，和同事們一起把簡單的核苷酸和脂類相混合，以檢驗自己的想法。他們模仿穆特火山的熱泉條件，讓這些混合物處於類似的溫度和酸度下，經歷乾溼迴圈。

他們得到了較長的聚合物，長度從十個核苷酸到上百個。後來，迪默和同事使用X射線衍射技術分析了產物的結構，他們發現這些聚合物與核糖核酸（也就是RNA）非常相似。不僅如此，這些聚合物還被脂類封裝起來，形成了大量微小的囊泡，他們稱為“原細胞”。

儘管它們還不是生命，卻也明顯是通往生命的重要一步了。

迪默的實驗只用了幾個乾溼迴圈，得到的是相對來說較簡單的分子。他的同事戴預設為，更多的乾溼迴圈會為這些“原細胞”帶來另一個生物的關鍵特徵：適者生存。

戴默猜想，每一輪乾旱都會讓囊泡的脂類薄膜破開，讓囊泡內外的聚合物和營養物質相混合。一旦重新被水浸潤，脂類薄膜又會閉合，把成分不同的聚合物混合物封裹在裡面。每一組混合物都代表一場自然實驗。

原細胞越複雜，生存下來的機率就越大。那些適應性更強的原細胞會存活下來，並把它們的整套聚合物傳給下一代，從此攀上進化的階梯。這個模型就像是一種化學計算機，它“啟動”了生命的功能，而一切的開端則是以聚合物形式隨機寫就的“程式”。

2015 年的某一天，一個偶然的機遇，讓戴默又給這個模型增加了一個階段。有一天戴默在沙漠中穿行，偶然發現在巖壁上有一些乾巴巴的棕色微生物層，出於好奇，他往上面澆了點兒水，沒想到，它們竟然重返生機，變成了綠色的凝膠狀物質。

戴默意識到，如果在乾溼迴圈裡插一個半溼潤狀態，那麼在這種狀態下存活的原細胞就會擠作一團，成為與微生物凝膠相似的膠體，聚合物和營養分子也會穿越脂類薄膜，進行混合和交換。而這個由相互協作的原細胞們組成的群落更容易找到幫助自己生存的最佳分子。

喬基奇是澳洲天體生物學中心的女博士，範克拉嫩東克則是資深的地質學家。2014 年 6 月，他們共同來到澳洲西北部一個叫做皮爾巴拉的偏遠地區。在那裡，有一片古老的沉積岩層，有 34.8 億年的歷史，被稱為得雷瑟組。

在這層岩石中，有一些橙白相間皺褶的岩石叫矽華，是地表火山口間歇泉的產物。他們發現，這些石頭裡存在氣泡，是氣體陷入黏稠的膜中形成的，而這些膜很可能就是由遠古的類似細菌那樣的微生物製造的。

這些發現表明，那裡很可能發生過之前介紹過的三階段迴圈。 他們在 2017 年 5 月的 《自然通訊》雜誌上發表了這些證據。他們認為，既然德雷瑟曾經被地熱系統所主宰，地表曾密佈熱泉，那麼顯然它也曾擁有生命起源所需要的許多關鍵成分和有組織的結構。

迴圈流動的熱液為它提供了能源，這些熱液富含氫，由地下的岩漿加熱。岩石中有大量硼，這種元素是合成核糖的關鍵成分，而核糖對 RNA 這樣的核酸來說必不可少。

德雷瑟也有磷酸鹽，這些成分是從下層岩石中溶解出來，通過酸性的地下熱水輸送上來的。磷酸鹽是核酸的重要成分，也被所有生命以 ATP 形式加以利用。這個 ATP 就是三磷酸腺苷，是細胞內提供能量的分子。熱液噴口和火山湖蒸發留下的沉積物中更彙集了鋅元素和鎂元素，所有已知生物門類的細胞原生質中都有多種酶含有這兩種成分。

最後，德雷瑟還有粘土礦物，它的層狀結構, 帶有電荷，可以在製造有機分子時起到催化劑的作用。

作為一個與生命起源地條件相似的研究物件，德雷瑟最令人興奮的地方恐怕就在於它的多樣性。因為在生命起源這個科學領域，多樣性就是生命的佐料。德雷瑟現在確實只剩又乾又硬的石頭了，但在早期，像它這樣佈滿溫泉的地熱區卻擁有成百上千個池窪，每個水池的 PH 值和水溫都略有差異，每個水池裡的離子和其他化學成分都千差萬別。

在這些地熱區中，化學反應極為複雜，因為它們同時具備三個活躍的反應介面，

水巖介面氣水介面氣巖介面

地熱區不同地點的溫度也不盡相同。把所有這些因素都考慮進來，於是每天都會上演無數輪的乾溼迴圈，就像黃石公園著名的老忠實泉。在這種情況下，不停變化的池水化學成分，異常活躍的反應介面，間歇泉來回噴濺以致池水中的化合物反覆交換，更何況它的地下還有一個四通八達的縫隙網路。

簡單計算一下可知，有 100 個熱泉的地區，複雜的環境條件下，每年可以產生 100 萬種組合，甚至更多！

每個溫暖的小水窪都變成了一個“創新之池”，每個都是一片試驗田。在水窪中，能適應環境的分子組合會快速湧現、成功生長並自我複製；不適應的分子組合則會被踢出局，沒法更進一步。在“裝配”出第一版生命前，很可能已經有無數的分子組合出現並被淘汰了，而這個過程一般來說需要耗費幾億年的時光。

但是，從概率上來說，生命可能在僅僅 1000 萬年內就產生了。這個過程的第一步開始於 40 多億年前，那時地殼才剛剛穩定下來，火山活動頻繁的陸地星羅棋佈于海洋之中。

我們必須要知道，到目前為止，陸地熱泉說和深海黑煙囪說都還只是處在有待驗證階段的兩種科學假說。

科學有一個最大的特徵就是它可以自我完善自我糾錯。所有的假說，只要你有了初步的證據和自洽的邏輯論證，都可以登上歷史的舞臺，但這些理論必須使用全世界的科學家都能看得懂的語言。

我這裡所說的語言當然不是中文、英文這種語法語言，而是說有些理論宣稱只能用中文，並且只能了解了中國古代的傳統文化後才能理解，那麼這種理論就不是我所說的全世界的科學家都能看得懂的理論，這樣的理論也永遠不可能得到科學共同體的認可。

那麼科學又是如何自我糾錯的呢？

靠的就是同行評議和證據為王這兩種精神，你所提出的任何證據都必須是同行在獨立研究的情況下能復現的。

兩種生命起源的理論最終誰能勝出，現在還很難說。海底煙囪假說不僅沒有消亡，反而進展不斷。美國航空航天局噴氣動力實驗室的生物化學家麥克•拉塞爾（Mike Russell）將“阿爾文”最初有關黑煙囪的發現發展為一個更漂亮的模型。

根據他的想法，在海底煙囪岩石上的微小孔洞中形成的礦物薄膜，可以把噴出的鹼性液體與酸性更強的海水隔離開來。這將製造出相差數個 PH 值的酸性梯度，就像家用氨水和橙汁的酸鹼度差異一樣。

這種梯度是一種可供利用的能量，現在的細菌在細胞裡製造 ATP 的方式與此如出一轍。海底煙囪還有另一種能量來源，就是氫氣和二氧化碳等溶解在熱液中的氣體。

拉塞爾和同事提出，當古老海水中的二氧化碳和氫氣相混合時，電子從氫氣向二氧化碳轉移，可以合成更復雜的有機物。在他們看來，礦物薄膜構成的囊泡與細胞相似，而PH值梯度和氫氣所提供的能量最終能演化為最早生命所需的原始代謝途徑。

現在看來，陸地熱泉說和深海煙囪說都有深遠的影響。除了指導人類進一步探索地球生命的起源外，它們也為我們去太陽系中的其他行星及衛星尋找生命指出了不同的道路。

如果深海煙囪假說是對的，那麼土衛二和木衛二等衛星上的冰凍海洋就是值得關注的物件但如果我們的陸地熱泉假說是對的，那麼衛星的冰凍海洋就不太可能有生命，生命就更可能在火星誕生，畢竟火星上有過廣佈的火山，也有水，兩者相加即可構成熱泉

2008 年，美國航空航天局的“勇氣”號火星車的確在火星的哥倫比亞山發現了 36.5 億年前的熱泉沉積物。這與我們的德雷瑟熱泉差不多古老，而德雷瑟非常好地儲存了關於地球早期生命的證據。

對於深海煙囪假說和陸地熱泉假說，要判定孰是孰非還有很長的一段路要走。生命起源就像由很多塊圖案拼成的拼圖，每塊該放在哪裡，我們現在還了解得不夠。以德雷瑟為例，我們還不知道的是：

什麼原因讓某些元素在不同的池窪裡富集？地熱區域如何隨時間演化？在合成或降解有機分子時，不同的化學物質是如何相互作用的？

對於生命出現之前的那些溫暖小水窪中的化學過程，我們還需要設計更成熟的實驗，來研究複雜的有機分子是怎樣形成的，以及當它們包裹於薄膜中時，又是怎樣相互作用和結合的。

無論是在陸地還是海洋，物理和化學定律都為這個拼圖遊戲提供了有用的框架，而我們這一章中講到的地質和化學發現也在為這塊拼圖添磚加瓦。但是，只有把更多圖塊放到正確的位置，我們才能看到生命起源的清晰圖景。

令人欣慰的是，科學已經幫我們找到了通往答案的道路。

最後，我們來談一下這個問題：地球上最古老的生命是誕生於地球的哪個年齡。這個問題一直在被重新整理答案。如果你在網上搜索的話，會找到各種版本的答案。其中最流行的一個答案是 38 億年。

這個答案的出處是 1996 年的《自然》雜誌，一篇報道稱，在採自格陵蘭亞開利亞（Akilia）島的岩石中發現了生命的證據，這些岩石的同位素分析顯示了某些神祕微生物的代謝活動，這些岩石的年齡約 38 億年。

但這個只能算是間接證據，並不是直接證據，所以還是有一些爭議。

就在 2017 年 3 月，《自然》雜誌再次刊登了一篇論文，標題就是《地球上最古老的熱液滲出物沉澱早期生命的證據》，這是目前我可以查到的最新鮮的一篇有關地球最古老生命的、刊登在核心期刊上的論文，而且這篇論文已經被維基百科上的眾多有關生命起源的詞條所引用。

兩位倫敦大學學院的研究者宣稱，他們在加拿大的魁北克省的納沃基達克綠石帶（這個地名的原名是印第安語，我在請教了一位生活在加拿大的朋友後，自己音譯的，因為確實沒有標準的中文譯名）發現了 37.7 億年前至 42.8 億年前形成的微生物化石。

這些微生物化石從照片上看，就是一些細小的絲狀體、細小的管狀物、礦物顆粒和條狀物，它們的實際直徑大概只有頭髮絲的二分之一到十分之一。兩位研究者認為，這些結構能夠證明發現的絲狀物曾有生命痕跡。因為在迄今為止的科學發現中，只有生物結構才能解釋他們觀察到的組合物，磷灰石、碳酸鹽和石墨碳應當是從變質和氧化的生物質礦物中產生的。

這個發現是生命起源於深海黑煙囪的一個證據，因為這些岩石來自於深海熱液泉的沉積岩。論文的一位作者在接受路透社採訪時說：

“地球約在 45 億年前形成，海洋在約 44 億年前出現，如果微生物化石能夠證明誕生於 42.8 億年前，就提示了生命在海洋形成後隨即出現的可能。”

生命到底起源於陸地還是海洋，現在下結論還為時過早，或許是在陸地和海洋同時起源呢？

古老的哲學三問仍然會長期縈繞在人類的頭腦中。我相信，只要科學精神不死，人類終有一天能找到全部的答案。

全文完

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