地球上的生命到底起源于哪里？ 现在其说不一，有闪电说、黏附说、深海泉说、冰盖说、RNA说、简单起源说和泛种论或外来生命说等7种说法。虽然各不相同，但都有一个共同之处，一致认为初期的地球生命来源于深海。 关注生命进化的达尔文很早就思考过这件事。1871年，他在给一位朋友的信中写道：＂生命最早很可能出现在一个小的热水池子里面。＂后来，这个＂小热水池子＂被人们叫做＂原始汤＂。 大约在30亿年前，在地球形成的初期，当降雨阶段停止以后，地球进入另一个发展阶段。那时的原始大气组成很丰富，有氨气、甲烷、氰化氢、硫化氢、氢气和水汽等，就是没有氧气。 大气中的这些成分进入海洋以后，在宇宙射线、太阳紫外线、高温、闪电等作用下，自然地合成一系列有机分子，如氨基酸、核苷酸、单糖和脂肪酸等，正是这些有机分子成就了生命，它们就是＂原始汤＂烹煮生命的基本佐料。 这个想法是否正确呢？须亲自熬制一锅这样的＂原始汤＂验证一番。从20世纪50年代起，科学家们真的进行了＂原始汤＂的实验。 想象中的＂地球行程的初期＂图景 1953年，芝加哥大学研究生斯坦利·米勒在写化学博士论文时，他和导师哈罗德·尤里教授共同完成了一次有趣的＂原始汤＂实验。 他们用两个长颈瓶一个盛着一点水代表远古的海洋，一个早期模拟地球大气，然后用橡皮管连接在一起，加上高压闪电模拟地球早期无生命时的情景。实验持续了几个星期，＂原始汤＂呈现黄绿色，发现甲烷中有15%的碳已转移，形成水溶性的有机小分子，其中包括4种氨基酸，以及氰化氢、甲醛、脂肪酸和糖等有机化合物。获得这样的结果，米勒和尤里欣喜万分，他们信心百倍地说：＂我们敢打赌，上帝就是这么干的。＂ 米勒和他的＂原始汤锅＂图 1953年5月15日，米勒以＂在原始地球条件下产生氨基酸的可能性＂为题，把他们的结果发表在《自然》杂志上。米勒的＂原始汤＂实验具有非常重要的意义，它显示了作为生命基础的几种重要材料的作用：氨基酸是组成蛋白质的主要成分，是形成生命不可缺少的有机物；甲醛则可以经过结合组成RNA的一种核糖；氰化氢也可以演化为生命体遗传物质中DNA的组成成分。在米勒的＂原始汤＂锅里，未来生命形成的材料已经基本齐备。它证明现今地球所有生命的祖先、孕育全人类文明的总源头确实可以从＂原始汤＂中熬制出来。 除了米勒-尤里实验外，实验室环境下的另一锅＂原始汤＂也熬制了出来，这一实验是由西班牙巴塞罗那大学的琼·奥罗完成的。 琼·奥罗 他通过加热氰胺溶液，证明在生命出现前有腺嘌呤形成，而腺嘌呤正是生命体中遗传物质核糖核酸（RNA）的组成成分。在1961年9月16日，他把这一结果发表在《自然》杂志上。 这两个实验都不复杂，也容易重复，它们证明：生命出现之前，先有有机小分子形成，这类有机小分子是构成生命的基本材料。这两个实验很容易让人产生误解，以为只要把瓶子晃一晃，生命就晃出来了，实际情况却复杂得多。有了生命的基本材料之后，地球生命进入最初形成期，这是一个从无到有，从简单生命中孕育出复杂生命的漫长过程。形成地球的生命还需要在复杂、广域的环境下进行，而生命的关键并不在于氨基酸，而是在蛋白质的形成上。 生命需要大量的蛋白质，而形成蛋白质需要大量的氨基酸分子。在人体中，蛋白质多达100万种，无论形成其中的哪一种，都可称为奇迹。为形成蛋白质，一般要让200个氨基酸按照特定顺序排序，这个概率值为10-200，几乎为零，这就是说，要想随意制造哪怕是一个蛋白质分子，似乎也是不可能的。天文学家弗雷德·霍伊尔打了个比方，就好像是一阵旋风掠过一家旧货栈，后面出现了一架装配好的大型客机。 概率小，并不等于零，大自然在聚合事物上从来都是干劲十足的，生命迟早要发生。在形成生命的长河中，海洋中的有机分子越积越多，在相互作用中先挤成小滴、小团，构筑成独立的多分子体系。此时，能自我复制的RNA开始形成，它们不断自我复制，进而形成蛋白质和脂类。蛋白质分子不但要把氨基酸分子按照顺序排列起来，还要边排列边打折，把自己叠合成特定的性质。这是最简单生命——细胞形成的关键一步，也是大自然必然的一步，因而不能叫做偶然发生的。 1987年，罗马大学的帕斯奎尔·斯坦诺为此做了实验证明。斯坦诺发现，当彼此拥挤的蛋白质遇到脂质物质，而脂质物质又遇到水时，它会自动变成脂质体。他们的实验统计，大约有千分之五的脂质体形成细胞膜，产生了近百种有机多分子体系，这是一种微球体，促使高级蛋白质和核酸形成。此时，有机生命步入现身的前夕。 通过这个实验，斯坦诺证明有机分子存在一种＂自组织性＂，正是这种＂自组织性＂成就了地球生命起源的关键一步——细胞开始形成。在这个过程中，RNA生物体产生了DNA，给出了生命发育过程的指令，最终在细胞分裂的生命传宗接代中出现了亲代相传的特征。 原始生命——细胞产生以后，＂原始汤＂又是如何孕育生命呢？答案或许就在深海热泉中。1977年，由来自伍兹·霍尔海洋研究所、俄勒岗大学、麻省理工学院、斯坦福大学和美国地质地理调查局所组成的考察队在厄瓜多尔的加拉帕戈斯群岛的海底不仅发现了海底热泉，还在深冷黑暗海底的热泉周围发现了从没见过的特别生物，这一发现的意义颇为重大。不少人认为，这里就是孕育地球生命的＂原始汤＂所在。 海底热泉 海底热泉周围的生态与太古生命起源时代非常相似，这里没有绿色植物、没有光合作用，因而也没有因光合作用而生的大量氧气。但热泉的矿液中含有大量的甲烷、氨等分子，在它的附近形成各种细菌，包括嗜热古菌和各种微生物，它们通过化学作用吸取地热能量，以这些小生物为食物圈的基础，形成＂原始汤＂的生态系统。从生态系统、能量条件、安全条件，以及物质条件等方面看，深海热泉是形成生命最理想的起源之地。 图所示为可以在122摄氏度下生存的嗜热古菌 像这样的许多小生物都生活在生命＂原始汤＂中 然而，有人质疑，在分子水平上，生命起源于这么深的热海泉似乎不太可能。人所共知，在很高的温度下，有机分子是不稳定的。它们一旦产生，在高热中很快被破坏。按常理，如果在深海中产生生命，温度起码应低于25摄氏度。这一理论的支持者认为，在热海泉处的有机分子并不形成在300摄氏度热海泉口上，而是在热海泉的极热处到附近4摄氏度深冷海区的渐变区内逐渐形成的。 在20世纪初期，瑞典化学家、曾获得诺贝尔化学奖的斯万特·阿伦尼斯（Svente Arrhenius）发展了一个理论，叫做＂泛种论＂（panspermia），又叫＂生命外来说＂。 斯万特·阿伦尼斯（Svente Arrhenius） 他认为地球生命最早由小行星或彗星所带来。然而，地球外层空间存在高强度辐射，且深冷，进入大气时摩擦又会产生的剧烈高温，与地球撞击时，还发生大撞击与大爆炸等现象，如果地球生命真由小行星或彗星带来，所携带的微生物须经过＂上刀山下火海＂那样＂千锤百炼＂。这些微生物能保住＂小命＂，躲过这几次浩劫，偶然地活下来的微乎其微。否则，这些＂小生命＂早在撞击地球前，一定偶然潜藏在陨石的内部。所以，外来的生命是偶然加上偶然的产物。 就算是在地球形成的初期，有外来生命来到地球，继续成活，显然很不容易。在30亿年前，地球上的太阳光辐射强度大约只有现在的30%，有人做了计算，如果当时地球的大气层像现在这样厚，那地球将处于冰冻状态，外来生命又是如何活下去的呢？ 美国斯克利普斯海洋学研究所的化学家杰佛瑞·巴达（Jeffrey Bada）以研究生命起源著称。 杰佛瑞·巴达（Jeffrey Bada） 他通过计算得出一个重要的结论，那时的海洋并不是完全冻结的，海洋的冻结区域在表面300米左右，而在海底还存留有液态水。人们可能会以为，在几百米的冰封之下，即使有液态水，也不利于生命的起源，但实际上，这个大冰盖反倒有利于早期生命存活。一个好处是厚厚的冰层挡住了太阳光中的紫外线，而紫外线对有机分子的杀伤力是极大的；另一个好处是避免地球形成初期各种大型撞击和火山频发等现象带来的破坏性。 30亿年前，太阳系各行星都在形成初期处于无序的运行状态，在地球生命的起源中，曾遭遇多次的剧烈撞击。依照探测所形成的灾变说理论，目前发现，在地球上因剧烈撞击而形成的大陨石坑就有175个，每次撞击之后，地球表面生物几乎要全部灭绝，地球生命形成的过程中，要重新开启数次，大冰盖正是起到了保护的作用。 此外，冰层下的水是冷的，这也有利于有机生命发展缓慢，持续时间更为长久，以等待关键反应发生时刻的到来。此时，在地球原始生命还处在海洋深处的阶段，大气的成分对于它们意义并不太大，大气只有在生命出离水面以后才开始发挥重要作用。依据以上这些想法，所谓生命的＂原始汤＂实际上只是深海大冰盖之下的一锅＂冷汤＂而已。 来源：《科学史上的365天》 作者：魏凤文 武轶 版权归原作者所有