关于生命起源有哪些说法？
当时的新闻报道听起来就像人们觉得只要你好好摇一摇，生命就会从瓶子里爬出来。时间证明，事情根本没有那么简单。尽管又经过了半个世纪的研究，今天我们离合成生命还像1953年时一样遥远——更不用说我们已经有这种能力了。科学家们现在非常确定，早期的大气不像米勒和尤里的混合气体那样适合生命的形成，而是一种非常不活跃的氮气和二氧化碳的混合物。有人用这些更具挑战性的气体再次做了米勒的实验，到目前为止只产生了一种非常原始的氨基酸。无论如何，问题不在于氨基酸的产生，而在于蛋白质。
你把氨基酸串在一起，就得到蛋白质。我们需要大量的蛋白质。其实谁也不确定，但人体内可能有多达1万种蛋白质，每一种都是小小的奇迹。根据任何概率定律，蛋白质都不应该存在。为了制造蛋白质，你必须按照特定的顺序排列氨基酸(根据一个悠久的传统，我在这里应该称之为“生命的积木”)，就像你在拼写一个单词时必须按照特定的顺序排列字母一样。问题是，由氨基酸字母组成的单词往往特别长。要拼出“胶原蛋白”(一种常见的蛋白质名称)这个名字，只需要按正确的顺序排列8个字母。要制造胶原蛋白，可以将1055个氨基酸分子以绝对准确的顺序排列。但是——这是一个明显而关键的问题——你不制造胶原蛋白。它会自发形成，没有你的指导，不可能从这里开始。
坦白说，1055个氨基酸分子自发排列成胶原蛋白那样一个分子的概率为零。这种事情完全不可能发生。要理解它有多不可能，请想象一下拉斯维加斯的一台普通老虎机，但将其大大扩展——准确地说，扩展到27米左右——以便容纳1055个轮子，而不是通常的三个或四个，每个轮子有20个符号(每个符号代表一种常见的氨基酸)。在1055符号排列成正确的顺序之前，你要拉多少次把手？其实拉多少次都没关系。即使你把轮子的数量减少到200个，这实际上是蛋白质分子中包含的氨基酸分子的典型数量，所有200个符号按照特定顺序排列的概率是10-260。这个数字本身比宇宙中原子的总数还要大。
总之，蛋白质是一个非常复杂的实体。血红蛋白只有146个氨基酸分子长，按照蛋白质的标准也只是个侏儒。但是，即使这样，氨基酸的排列也有10190种可能。因此，剑桥大学化学家马克斯·佩鲁特(Max Peroots)花了23年时间——大致相当于一个人的职业生涯——才解开了这个谜。随便制造哪怕一个蛋白质分子似乎都是极其不可能的——天文学家弗雷德·霍伊尔打了一个绝妙的比方，就像一股旋风穿过一个旧仓库，留下一架组装完好的大型客机。
但是，我们说的蛋白质有几十万个，也许是654.38+0万个。据我们所知，每一个都是独一无二的，独一无二的，对维持你的健康和幸福至关重要。让我们从这里继续讨论。为了有用，蛋白质分子不仅要将氨基酸分子排列成适当的顺序，还要进行化学折叠工作，将自己折叠成特定的形状。即使实现了这种复杂的结构，蛋白质分子对你还是没用的，除非它能自我复制，而蛋白质分子不能。要实现这一点，你需要DNA。DNA是复制方面的专家——它可以在几秒钟内自我复制，但没有其他技能。所以，我们处于一个矛盾的境地。蛋白质分子离不开DNA，DNA离不开蛋白质什么也做不了。那么，是否应该认为它们是为了相互支持而同时产生的呢？如果是，哇，太好了！
此外，没有细胞膜，DNA、蛋白质和其他重要元素就无法生长。原子或分子不会独立实现生命。从你身上拿走一个原子，它就像一粒沙子一样没有生命。只有当许多原子聚集在一起，并留在营养丰富的细胞中，这些不同的物质才能参加令人惊叹的舞蹈，我们称之为生命。没有细胞，它们只是有趣的化学物质。但是没有这些化学物质，细胞是没有用的。正如戴维斯所说:“如果万物都需要其他一切，那么分子社会最初是如何产生的？”这就像你厨房里的所有原料不知何故聚在一起，自己烤成了一个蛋糕——如果有必要，蛋糕会分裂，产生更多的蛋糕。因此，我们称生命为奇迹也就不足为奇了。不足为奇的是，我们刚刚开始理解。
那么，是什么促成了这种神奇的复杂结构呢？哎呀，一种可能性是，也许它并不像乍看上去那么神奇。以那些不可思议的蛋白质分子为例。我们假设我们看到的奇迹般的排列是在它形成之后才出现的。如果在那个大老虎机里，可以控制一些轮子，就像一个保龄球手可以控制几根前途无量的木柱一样，会怎么样？换句话说，如果蛋白质不是一下子形成的，而是慢慢进化的呢？
请想象一下，如果你把构成一个人的所有材料——碳、氢、氧等都拿出来。，把它们放在有水的容器里，然后用力摇晃，一个完整的人就出来了。那太不可思议了。唉，这基本上是由霍伊尔和其他人(包括许多热情的神创论者)提出的。他们认为蛋白质是自发形成的。蛋白质不是——也不可能——以这种方式形成。正如理查德·道金斯(Richard Dawkins)在《盲目的钟表匠》(The Blind Clockmaker)一书中所说，一定存在某种累积选择过程，使得氨基酸聚集成块。两三个氨基酸分子可能是为了一个简单的目的而连接在一起，经过一段时间后，它们会撞成一个类似的小群体，而在这个过程中，“发现”号做了一些改进。
这种与生命相关的化学反应其实无处不在。我们也许不能像斯坦利·米勒和哈罗德·尤里那样在实验室里制造它，但宇宙可以轻而易举地做到。自然界中的许多分子聚集在一起形成长链，称为聚合物。糖分子经常聚在一起变成淀粉。水晶可以做很多栩栩如生的事情——复制，对环境刺激做出反应，呈现复杂的图案。当然，它们从不制造生命本身，但它们反复表明，复杂的结构是一种自然的、自发的、完全可靠的东西。整个宇宙中可能有也可能没有大量的生命，但不乏有序的自发聚集。它存在于一切事物中，从对称的雪花到土星美丽的光环。
大自然在聚合事物方面是如此充满活力，以至于许多科学家现在认为生命比我们想象的更加不可避免——用比利时生物化学家、诺贝尔奖获得者克里斯蒂安·德迪夫的话说:“只要条件合适，物质的具体表现必然会发生。”德迪夫认为，在每个星系中，很有可能会遇到大约654.38+0万次这样的情况。
当然，在赋予我们生命的化学物质中，没有什么非常奇怪的。如果你想制造另一个生命体，不管是金鱼、生菜还是人，你实际上只需要四种元素:碳、氢、氧、氮，再加上少数其他东西，主要是硫、磷、钙、铁。将30多种这种混合物放在一起，形成糖、酸和其他基本化合物，你就可以制造出任何有生命的东西。正如道金斯所说，“制造生物的物质没有什么特别的。生物是分子的结合体，和其他东西没什么区别。”
归根结底，生活是不可思议的，令人满意的，甚至是奇迹般的，但也不是完全不可能的——我们用自己简单的存在反复证明了这一点。没有错，关于生命起源的许多细节仍然难以解释。你在书中读到的关于生命的必要条件的一切都包括水——从达尔文认为是生命起源的“小池塘”到现在被广泛认为是生命起源的冒泡的海洋喷射流。但他们都忽略了一个事实:把单体变成聚合物涉及到一个反应，这个反应在生物学上叫做“脱水缩合”(换句话说，开始制造蛋白质)。就像一篇重要的生物学文章说的，可能会有点不舒服:“研究人员一致认为，在原始的海洋中，其实在任何含水的介质中，由于质量作用定律，这样的反应在能量方面都不是很有利。”这有点像把糖放入一杯水中，然后期待它形成一块方糖。这是不应该发生的，但它却以某种方式在自然界发生了。这一切的化学过程是什么？这个问题已经超出了本书的主旨。我们只要知道，如果你把单体弄湿，它不会变成聚合物——除非在地球上制造生命。这是怎么发生的，为什么会发生，而不是那样？这是生物学上一个没有答案的大问题。
近几十年来，地球科学有了许多极其惊人的发现。其中之一，发现号，在地球历史早期孕育了生命。直到20世纪50年代，人们还认为生命存在不超过6亿年。到20世纪70年代，一些大胆的人认为25亿年前可能存在生命。然而，今天的38.5亿年确实早得惊人。地球表面直到大约39亿年前才变成固体。
“我们只能从如此快的速度推断，细菌生命在条件适宜的星球上进化并不‘困难’。”史蒂芬·杰·古尔德在1996的《纽约时报》上说，他曾在其他场合说过，我们不得不得出一个结论:“生命会尽快产生，这在化学中是必然会发生的。”
事实上，生活节奏如此之快，以至于一些权威人士认为一定有什么帮助了他们——也许是一个很大的帮助。早期生命来自太空的说法由来已久，偶尔甚至让历史眼前一亮。早在1871，开尔文勋爵本人就在英国科学促进会的一次会议上提出了这种可能性。他认为:“生命的种子可能是被陨石带到地球上的。”然而，这个观点只是一个极端的观点，直到1969年9月的一个星期天。那一天，成千上万的澳大利亚人惊讶地听到一连串隆隆的声音，并看到一个火球从东向西划过天空。火球发出奇怪的嘎嘎声，并留下一股气味。一些人认为它看起来像甲基化酒精，而另一些人则认为它很可怕。
火球在murchison上空爆炸，然后石头雨点般落下，有些重达5公斤以上。默奇森是一个600人的小镇，位于墨尔本北部的古尔本峡谷。幸运的是，没有人受伤。那种陨石很罕见，叫做碳质球粒陨石。镇上的人非常乐于助人，捡起了大约90公斤。这个时候真的是最合适的。不到两个月前，“阿波罗11”刚刚返回地球，带回了满满一袋月球岩石，于是世界各地的实验室都在焦急地等待——实际上是叫嚣——来自天外的石头。
已经发现默奇森陨石的年龄已经达到了45亿年，上面点缀着氨基酸——总共有74种，其中8种与地球上蛋白质的形成有关。2001年末，在陨石坠落30多年后，美国加州艾姆斯研究中心宣布默奇森陨石中还含有一系列被称为多羟基化合物的复杂糖类。这种糖以前从未在地球以外发现过。
自1969年以来，数颗碳质球粒陨石进入地球轨道——其中一颗于5438年6月+2000年10月坠毁于加拿大育空地区的塔吉什湖附近，北美许多地区的人们都亲眼目睹了这一场景——这也证明了宇宙中其实存在丰富的有机化合物。现在认为，哈雷彗星约有25%是有机分子。如果这样的陨石经常落在一个合适的地方，比如地球，你就拥有了生命所需的基本元素。
胚胎论的观点存在两个问题——即生命起源于外太空的理论。第一，它没有回答生命是如何产生的问题，只是把责任转移到了其他地方。第二，即使是胚胎理论最受尊敬的支持者有时也会走向推测的地步。当然可以说这是非常轻率的。DNA结构的两位发现者之一弗朗西斯·克里克(Francis crick)和他的同事莱斯利·奥格尔(Leslie ogle)认为“聪明的外星人故意在地球上播下了生命的种子”。格里宾将这种观点称为“处于科学地位的边缘”——换句话说，如果它不是由一位诺贝尔奖获得者提出的，人们会认为它简直是荒谬的。弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)和他的同事钱德拉·维克拉马辛格(Chandra Wickramasingh)认为，外层空间不仅给我们带来了生命，还带来了许多疾病，如流感和腺鼠疫，这进一步削弱了胚胎学的影响。生物化学家可以很容易地反驳这些观点。
不管是什么导致了生命的开始，它只发生过一次。这是生物学上最不寻常的事实，也许是我们所知道的最不寻常的事实。有生命的一切，无论是植物还是动物，都可以追溯到同一个原始的抽动。在非常遥远的过去，在某个时刻，一个化学物质的小胶囊搅动了，于是就有了生命。它吸收养分，轻轻拍打几下，经历短暂的存在。这么多事情，可能以前就发生过，或者发生过很多次。然而，这个祖先鲍晓做了另一件不寻常的事情:它把自己一分为二，生下了一个后代。一小袋遗传物质从一个生命体转移到另一个生命体，从那以后就这样持续下去，从未停止。这是创造我们所有人的时刻。生物学家有时称之为“大出生”。
“无论你走到世界的哪个角落，无论你看到什么动物、植物、虫子或者不可描述的东西，只要它有生命，它就会使用同样的字典，知道同样的代码。所有生命都是一家人。”马特·里德利说。我们都是同一个基因把戏的结果。那种把戏已经代代相传了将近40亿年。最后你甚至可以学到一点人类遗传的知识，拼凑出一个充满错误的酵母细胞。真正的酵母细胞会把它当成自己的同类一样投入工作。从非常真实的意义上来说，确实是自己的同类。
一位友好的同位素地球化学家办公室的书架上放着《生命的黎明》,或者类似生命的东西。她叫维多利亚·班尼特。她的办公室位于堪培拉的澳大利亚国立大学地球科学系大楼。贝内特女士是美国人，她于1989年从加州来到澳大利亚国立大学，签了两年的合同，此后一直在那里工作。2001年底我去拜访她的时候，她递给我一块不起眼的又重又大的石头。它由带有细条纹的白色应时和一种叫做辉石的灰绿色物质组成。这块石头来自格陵兰的阿基利亚岛。1997年，在那个岛上发现了极其古老的岩石。这些岩石有38.5亿年的历史，是迄今发现的最古老的海洋沉积物。
“我们不能确定，过去你拿着的东西里是否有微生物。你必须打破它才能明白。”班尼特对我说:“但它来自过去挖掘出最古老生命的同一个矿井，所以里面很可能有生命。”无论你怎么仔细寻找，都找不到真正的微生物化石。唉，任何简单的生物都会在把海洋污泥变成石头的过程中被烤掉。如果我们敲碎岩石，在显微镜下仔细观察，只会看到微生物留下的化学物质——碳同位素和一种叫做磷灰石的磷酸盐。两者合在一起，说明那块岩石里曾经有一个生物的小世界。“至于那些生物长什么样，我们只能猜测，”班尼特说。“这可能是最基本的生活——但它毕竟也是生活。它活了。已经育成了。”
最后到了我们这一代。
如果你要进入非常古老的岩石，就像贝内特女士无疑做的那样，澳大利亚国立大学一直是首选。这主要归功于一个名叫比尔·康普顿的足智多谋的人。他现在已经退休，但在20世纪70年代，他建立了世界上第一个“灵敏的高清离子显微镜探测器”——或者更亲切地称为虾，其首字母缩写。这种仪器用于测定一种叫做锆石的微小矿石中铀的衰变率。锆石存在于除玄武岩以外的大部分岩石中，寿命非常长，可以在除俯冲之外的任何自然过程中存活。大部分地壳在某个时候已经滑回地球内部，但偶尔——例如在西澳大利亚和格陵兰——地质学家会发现一直留在地表的岩石。康普生的仪器可以以无与伦比的精确度测定这些岩石的年代。“虾”的样品是在地球科学系的车间里制作成型的。看起来是为了省钱用零件组装的，但是效果还是挺好的。第一次正式测试是在1982年，从西澳大利亚确定了迄今为止发现的最古老岩石的年龄，结果是43亿年。
“用全新的技术如此快速地找到如此重要的东西，”班尼特告诉我，“当时引起了轰动。”
她领我进楼道看了看现在的型号:《虾米2》。这是一个又大又重的不锈钢仪器，可能有3.5米长，1.5米高，像深海探测器一样坚固。来自新西兰坎特伯雷大学的鲍勃坐在前控制台，盯着屏幕上一串不断变化的数据。他告诉我他从早上4点就在那里了。现在才早上9点，他要值班到中午。《虾米2》全天24小时播放。迄今为止有如此多的岩石。如果你问两个地球化学家这个工作是怎么做的，他们会说同位素丰度，电离度等等，听起来很可爱，但是不太好理解。然而，简单来说，他们可以通过用一串带电原子轰击样品来确定锆石样品中铅和铀含量的细微差异，从而准确确定岩石的年龄。Bob告诉我，读取一条锆数据大约需要17分钟；为了获得可靠的数据，你必须把每块锆石读几十遍。其实这个过程看起来和去中心化有着几乎一样的工作量和刺激，就像去洗衣店一样。然而，鲍勃似乎很高兴。事实上，来自新西兰的人似乎很开心。
地球科学系的院子是一个古怪的组合——部分是办公室，部分是实验室，部分是仪器室。“以前所有的东西都是在这里制造的，”她说。“我们甚至有自己的玻璃吹制工，但他已经退休了。但我们还有两个敲石头的正式工人。”她发现我脸上有点惊讶的表情。“我们有很多石头要敲。你必须做非常仔细的准备，以确保那些石头没有被之前的样品污染——它们上面没有灰尘，而且它们是干净的。这是一个非常严谨的过程。”她给我看了一些石头破碎机。那些机器真的很干净，虽然那两个碎石工人显然是去喝咖啡了。碎石机旁边有几个大箱子，里面装着各种形状大小的石头。澳大利亚国立大学真的是在和很多石头打交道。
当我们在转让后回到贝内特的办公室时，我注意到她的墙上挂着一张海报，这张海报以艺术家丰富的想象力展示了35亿年前的地球。那时候，生活才刚刚开始。那个远古时代在地球科学上被称为太古代。这幅画展现了一个奇特的场景，一座巨大的活火山，耀眼的红色天空和下面冒着蒸汽的古铜色大海。前景中的阴影充满了一种被称为叠层石的细菌寄生岩石。它看起来不像是一个有希望产生和孕育生命的地方。我问她这幅画是否准确。
“哦，有一派认为那时候其实很凉快，因为太阳弱多了。(后来我被告知，生物学家开玩笑地把这种观点称为“中国的餐馆问题”——因为我们有一个昏暗的太阳。没有大气层，即使太阳很弱，紫外线也会在早期撕碎任何分子键。然而，在那里，”她轻轻地拍了拍叠层石，“生命几乎就在表面。这是一个谜。”
“所以，我们并不真正了解当时的世界是什么样的？”
“嗯。”她想了一下，同意了。
“不管怎么说，反正好像对生活没什么好处。”
她和蔼地点了点头:“但一定有适合生命的东西，否则我们不会来到这个世界。”
那种环境肯定不适合我们。如果你从时光机出来，踏入那个古老的太古代世界，你会立刻缩回去，因为那时候的地球上没有空气供我们呼吸，就像今天的火星上一样。而且地球上到处都是盐酸和硫酸散发出的有毒气体，强烈到可以腐蚀衣服，让皮肤起水泡。地球上不会有维多利亚·贝内特办公室海报中描绘的干净明亮的风景。当时大气中充满了浑浊的化学物质，阳光几乎无法到达地面。借助经常擦身而过的明亮闪电，你只能在短时间内看到有限的东西。总之，这就是地球，只是我们不会认它为自己的。
在太古代世界，根本没有结婚纪念日。在20亿年里，细菌是唯一的生命形式。他们生活，他们繁殖，他们的数量增加，但他们没有表现出发展到另一个更具挑战性的生存水平的特殊趋势。在生命最初1亿年的某个时刻，蓝细菌，或蓝绿藻，学会了利用大量现有资源——尤其是水中丰富的氢。它们吸收水分子，吃氢气，排出氧气，在这个过程中，它们发明了光合作用。正如玛格丽特和萨根所指出的，“光合作用无疑是这个星球生命史上创造的最重要的代谢方式”——光合作用是由细菌而不是植物发明的。
随着蓝藻的增多，世界开始充满了O2，发现氧气是一种有毒的微生物是一个很大的惊喜——那时候那种微生物无处不在。在厌氧(或无氧)的世界里，氧气是剧毒的。我们的白细胞实际上是利用氧气来杀死入侵的细菌。氧气从根本上来说是有毒的，我们经常会惊讶地听到，因为很多人觉得呼吸氧气很舒服，但那只是因为我们已经逐渐进化到会用氧气了。对于其他事情来说，这是一件可怕的事情。它会损坏黄油并使铁生锈。甚至我们对氧气的耐受力也是有限的。我们细胞中的氧气浓度只有大气中的十分之一。
能够利用氧气的新细菌有两个优点。氧气可以提高产生能量的效率，并且它破坏竞争微生物。有的退守到厌氧泥泞的沼泽和湖底世界；有的也是这样，但后来(很久以后)带着消化搬到了你我这样的地方。相当数量的这些原始实体此时正生活在你的体内，帮助消化你的食物，但它们讨厌哪怕一点点O2。还有数不清的其他细菌没有适应能力，最后都死掉了。
蓝藻逃脱成功。起初，它们产生的额外氧气并没有在大气中积累，而是与铁结合成为氧化铁，沉入原来的海底。几百万年来，世界真的生锈了——这种现象被条状铁矿生动地记录了下来，但今天却为世界提供了那么多的铁矿。在几千万年里，没有更多的事情发生。如果你回到元古代早期的世界，你不会发现很多地球未来生命非常有希望的迹象。也许，你会在隐蔽的池塘里这里那里遇到一层薄薄的活着的浮渣，或者你会在海边的岩石上看到一层闪亮的绿色和棕色的东西，但除此之外，依然没有生命的痕迹。
然而，大约35亿年前，某种更强的东西变得明显。只要海水很浅，可见的结构就开始出现。当蓝藻完成它们通常的化学过程后，它们开始有点粘。这种粘性粘附在微小的灰尘和沙粒上，它们一起形成了一种有点奇怪的固体结构——浅水中的叠层石，就像维多利亚·贝内特办公室墙上挂的画中的那些。叠层石有各种形状和大小。叠层石有时看起来像一个巨大的花椰菜，有时看起来像一个毛茸茸的垫子(叠层石在希腊语中是垫子的意思)；有时，叠层石呈圆柱形，伸出水面几十米——偶尔高达100米。从各种表现形式来看，叠层石是一种活石。叠层岩石代表了世界上第一个合作项目。有些种类的原始生物生活在地表，而有些生活在地下。一方利用另一方创造的条件。世界上有了第一个生态系统。
多年来，科学家们从化石结构中了解了叠层石。然而，在1961年，他们在澳大利亚遥远的西北海岸沙克湾发现了一个活着的叠层石社会，这真是一个惊喜。这完全出乎意料——如此出乎意料，以至于科学家们花了几年时间才完全意识到他们的发现。然而今天，沙克湾已经成为了一个旅游胜地——至少是一个不相关的地方可能成为的那种。木板制成的人行道延伸至海湾，游客可以走在水面上，好好看看叠层石，在水下静静地呼吸。叠层石暗淡无光，呈灰色，看起来像一团牛粪。然而，看看35亿年前留在地球上的生物，这是一个耀眼的时刻。正如理查德·福特所说，“这的确是一次穿越时间的旅行。如果世界与它真正的奇迹合拍，这一幕将和吉萨金字塔一样闻名遐迩。”虽然你根本猜不到，但这些深色的岩石充满了生命。据估计(唉，明显是估计)每平方米岩石上生活着36亿个微生物。如果你仔细观察，有时可以看到一串小气泡从水中冒出来。那是他们在释放氧气。在20亿年的时间里，这小小的努力使地球大气中的氧气含量增加到了20%，为生命史上下一个更复杂的篇章铺平了道路。
人们认为沙克湾的叠层石可能是地球上进化最慢的生物，它们一定是现在最稀有的生物之一。在为更复杂的生命形式创造条件后，它们随后几乎在任何地方都受到其他生物的排挤，而那些其他生物的存在恰恰是使之成为可能的原因。它们存在于沙克湾，因为那里的水对通常吃它们的生物来说太咸了。)
为什么生活要花这么长时间变得复杂？一个原因是，这个世界必须等到简单的生物让大气充满足够的氧气。“生物不会全力以赴去做这项工作。”福泰说。大约过了20亿年，也就是地球历史的40%左右，大气中的氧气浓度才达到现在的水平。然而，一旦条件成熟，显然突然间，一个全新的细胞出现了——那个细胞包含一个细胞核和其他几个部分，统称为“细胞器”(来自希腊语，意为“小玩意”)。据信，这一过程始于一种草率或冒险的细菌。它要么被入侵，要么被其他细菌捕获。结果双方都很满意。据信，被捕获的细菌已经变成了线粒体。这种线状粒子