 生命起源的各种假说。一般来说，生命起源大致有如下五种说法：自然发生论、神创论、化学起源说、宇生说和热泉生态系统说。其中，化学起源说是被广大学者普遍接受的生命起源假说。这一假说认为，地球上的生命是在地球温度逐步下降以后，在极其漫长的时间内，由非生命物质经过极其复杂的化学过程，一步一步地演变而成的。 这就是最经典的生命起源模式，也是大多数教科书中的内容。在这个模式中，原始气体冷凝汇流成海洋，然后火山爆发和闪电的能量使气体合成简单有机物；之后氨基酸聚合成肽链又重新回到水中，最后各种大分子进化成原核细胞、真核细胞、多细胞。 自然发生论，是19世纪前广泛流行的理论，这种学说认为，生命是从无生命物质自然发生的。例如，我国古代认为“腐草化为萤”，即萤火虫是从腐草堆中产生的，腐肉可生蛆等。有的人还通过“实验”证明，将谷粒、破旧衬衫塞入瓶中，放在阴暗的地方，21天后就产生了老鼠，并且这种“自然”发生的老鼠，和我们常见的老鼠完全相同。亚里士多德也是一个自然发生论者。他那个时代的哲学家们凭借对万物本源的思考，认为生命是无机世界的产物，是宇宙演化的结果，甚至提出了所有的生命都是来自于海洋。以及人是从鱼而来的。呵呵，你还别说，这个惊人猜测，几乎与我们现代科学的总体认知是惊人一致的。但是，我们只能认为这是一种巧合，不能认为进化的这条途径是他最先发现的。亚里士多德这些推理性的猜测，并没有提供任何可以验证的途径。 于是，在宗教统治的中世纪，物种很快被带上了神创论与不变论的帽子。神创论认为：上帝创造了万物，也创造了人。在《旧约全书》的第一章写道：上帝在七天之内创造了世间之万物。中世纪西方的那个时代，大家普遍接受这个观念，可以说一直到现在，这种观念还被很多人所接受。那个时候，人们对《圣经》中上帝造人的故事是深信不疑的，比如伊甸园的故事。据说，在1650年，一位爱尔兰大主教还根据圣经的描述，计算出上帝创世的确切时间是公元前4004年，而另一位牧师，甚至把创世时间更加精确地计算到公元前4004年10月23号上午九点钟。这当然不是真的，我们现在已经根据化石证据，计算出地球生命的起源，不晚于35亿年。 当然，在中国童话故事中，也有类似的女娲造人的传说。 科学并不相信生命是上帝创造的，也不可能是凭空产生的，但却是一个从无到有的过程，这迫使我们去寻找生命的根基。说到从无到有，宇宙也是一个“从无到有”的起源模式，这对于传统的“无始无终”宇宙观是一个冲击！当然，我们在说生命起源的时候，扯到宇宙，是不是有些跑题了。那么还是让我们拉回到地球吧。 地球的历史将近有46亿年，而地球上已知最古老岩石的年龄约为38亿年。这样就有8亿年历史没有留下岩石记录。也就是说，在如此广袤的地球表面，完全没有可以辨识的化石记录，甚至连它的近亲也早已化为乌有。所以，地球的起源及其地壳、大气与大洋的早期演化历史，只能根据间接证据去推断。我们看到，对于生命起源这个话题，很早就有各种假说，但大多已经被现代科学证明是错误的。即使一些今天看来还算合理的认识，也许明天就被推翻了。不过，这很正常，因为科学认识本来就是在一步一步的自我否定中发展起来的 现在，让我们看看生命诞生之前的地球是什么模样？那时候每天只有五六个小时，几乎是一种疯狂的自转；月亮低悬在空中，看起来比现在近得多，也大得多；几乎看不见星星，因为大气中充满了烟雾和尘埃，但明亮的流星时常划过灰暗的天空；太阳透过沉闷的烟雾，显得软弱无力。那时的地球，也许称为水球或者海球更为恰当，因为几乎全是水，只有几个小小的火ft岛高耸在波涛汹涌的海水中，巨大月亮操纵的潮汐可达数十米！海水常常沸腾翻滚，岩浆四射，这是一个失衡的世界，一个高烧不退的星球。 那么，地球早期到底发生了什么，才孕育了生命的最初形态？我们是独一无二的吗，还是说我们只不过是遍布宇宙的无数孵化场之一？从非生命世界到生命世界，这一部跨越实在太大了，人们普遍认为，地球区区46亿年的历史，根本不足于产生如此复杂的生命，甚至不惜舍近求远，到宇宙其他地方去寻找救赎。他们认为，生命源于其他地方，然后“感染”了的地球。但许多生物化学家并不同意这种看法。比如，曾经的诺贝尔奖得主克里斯汀安（ christian de duve ）认为：化学反应要么发生得很快，要么根本不会发生，生命花一万年时间诞生的可能性要比花一百万年诞生的可能性大得多！生命的基本反应一定是自发而快速进行的。
1953年，一位就读于芝加哥大学的博士生米勒，在导师尤里教授的帮助下，用实验证明了生命在最初是如何自然发生的，这就是著名的米勒-尤里实验。该实验对探索前生物分子的非生物合成具有相当大的启发性，至今依然是许多教科书中关于生命起源的经典案例。米勒和尤里推测，在几十亿年前的原始大气中，紫外线和放电是地球能量的主要来源。他们所选择的大气，是当时通过光谱测定所获得的木星大气组成：氨气、甲烷和氢气。在这团混合物中通入电火花来模拟闪电，并分别在几天、几周和几个月之后取样进行分析。当时的技术，对氨基酸化学分析已比较完善，因此这并没有什么难度。所以，这个实验一下子将复杂的生命起源变成了简单问题：对一堆简单的气体混合物进行通电，就让生命的基本元件氨基酸产生了，进入海洋成为富含氨基酸的一锅原始汤。这让当时的人们欣喜若狂！终于解决了生命起源的根基问题。
顺便说一下，1953年真可谓是生命科学研究具有非凡意义的一年。首先，25岁的沃森与37岁的克里克提出了DNA双螺旋模型，开创了分子生物学时代；其次，35岁的桑格报道了第一个蛋白质——胰岛素的氨基酸序列；再就是这个23岁的米勒描述了模拟原始大气环境中重要有机物——氨基酸的产生过程。
然而，当人们根据远古岩石的记录来推测原始大气的时候，发现地球从来没有被充满甲烷、氨气和氢气的大气覆盖过。人们于是改变混合气体的成分，使之更接近地球原始大气组分，重新进行类似的实验，结果令人伤心，几乎什么氨基酸也没有得到。于是，有关生命起源根基的问题，再次回到了外源说。因为充满甲烷、氨气和氢气的大气虽然在地球上不曾发生，但在其他星体中可能是司空见惯的。目前有许多的观测事实证明了这种猜测，彗星可携带生命分子撞向地球。
但是，这仍没有解决生命发生的问题，因为氨基酸并非生命本身。我们假设这些来自外星球的生命分子进入地球海洋，成为原始汤。难道在这样的条件下等待几百万年，生命就会自然而然的诞生吗？从热力学上来讲，不会。因为在这种条件下，这些分子只会不断分解；如果有闪电，也只会让本来黏在一起的分子分解得更快而已。这就是原始汤的最大问题：从热力学上来说，它是死的，没有驱动生命进入能量之巅的动力，不可能形成复杂的多聚物。打个比方，汽车中如果少了引擎，再高明的老司机也无法完成驾驶，是不是？所以，原始汤等待不来生命。
那么，这个驱动生命的引擎究竟在哪里呢？1977年，美国海军深海探测器“阿尔文号”对位于太平洋东部的洋底进行了考察。
他们惊奇地发现，在漆黑一片的谷底竟然有丰富的生命，海洋热泉口的生物，其种群密度几乎可以同热带雨林和珊瑚礁相媲美！
这里所说的海洋热泉口就是著名的“黑烟囱”：它们像摩天大楼一样高，上方不断地喷出黑烟，这些黑烟其实是灼热的金属硫化物，来自地壳深处的岩浆。那么，这里的泉口与海水界面的动态不稳定性，正是推动原始生命发育的引擎。也许答案慢慢明朗起来了：来自于外太空的生命分子，在地球上这种炼狱般的环境中进行装配和演化。
2016年，发表于科学周刊上的一篇论文支持了这种认识。文章认为：以前的绝大多数研究主要集中于寻找RNA、蛋白质和脂类类似物，或者某种新陈代谢与自催化的世界，还试图在实验室制造生命，但这些工作可能过于狭隘，仅集中于我们今天知道的生命生化过程。如果换一种思维方式，也许所需要探索的不仅仅是合理的化学方案，更应该考察新的物理过程和驱动力。这篇文章的确是一个新的视角。人类在寻找外星生命中，对宜居带太过追求了，也许那些环境只是适合生命存在，并不一定能创造生命。
当然这篇文章更重要地是谈到了生命的网络。网络必须是简单的，这挑战了传统认为高度复杂的分子结构需要跳跃地进化到生命。其实，简单网络的分子组分更容易出现。由简单分子组成的网络，可以显着减少地球生命出现所需的时间，并可能增加生命起源的概率。所以，我们可以将生命的开始描述为“用简单的机器来构建更复杂的机器”。非生命和生命系统都能进行复制，但基于DNA的生命网络可进行信息传播、进化和纠错。文章认为，要了解生命起源，可能需要研究简单的化学网络是如何转变为生命网络的。
另外，如果我们将深层生物圈的可能性也考虑进来，那么支持生命存在的可居住行星数量，也可能是现在估计的好几倍。的确，新的计算机模拟表明，离恒星较远的非类地行星，可以依靠其内部的热量保持地下水呈液态，以维持生命的存在。这挑战了在寒冷地带的行星不存在生命的观点。再者，如果星球足够大，内部可产生足够的热量，不管它离恒星有多远，仍可以在其深层储藏能够维持生命的液态水。这样的认识，似乎让我们的视野开阔了许多！
根据这样的新认识，科学家们甚至在地球上也找到了更多适合生命诞生的地方。例如，2011年，一项发表于美国科学院院报上的研究表明：在4025亿年前的早太古代，地球的早期生命可能来自于格陵兰岛的超级地壳带。因为科学家们在这里检测到了所有氨基酸形成所必需的化学成分。不仅这里的金属物质含量和环境温度非常有利于氨基酸的形成，而且金属锌所组成的化石结构也表明其很可能对氨基酸的形成具有一定的催化作用。其实，这样的故事还有很多很多，我们在这堂课中难于一一列举。
我们上述的所有故事都还只能认为是假说。有人说，我们也许永远也无法知道宇宙生命起源的奥妙，这听起来有些令人懊恼。根据目前我们对宇宙生命的认识来看，地球生命更像是一种例外，而不是一种规律。但是科学研究恰好是要研究规律而不是例外。现在我们有关生命起源的规律，只能从地球这唯一的例子中得出，这多少又有些令人遗憾和不安。显然，科学家们更渴望获得的认识是：生命不是孤单的偶然事件，而是全宇宙的常量，就像万有引力一样无处不在。如今离这个目标似乎还有不少的距离。 |
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