面對地球長達 40 多億年的演化歷史，生命的誕生及生命誕生之初的環境對我們來說都是遙遠、神秘而又無法直觀感受到的。（關於地球年齡的測量，請閱讀：連結）要還原生命起源的真相，不僅需要多學科的合作，更需要大膽地假設和小心地求證。

神創論

放射性元素的半衰期表明地球的年齡約為 46 億年。生物究竟是如何誕生的？又是從何時開始誕生的？這是讓人著迷卻又難以得到完美解釋的話題。在科技不發達的古代，人們都渴望瞭解，大自然中的生物都來自哪裡？是神創造的？是自然產生的？還是由其他物種演變而來的？

在近代科學誕生之前，神創論佔據著重要的地位。當時人類沒有辦法用科學理論來解釋大自然中的種種神秘現象，於是就只能藉助於神的力量。

《聖經》中曾描述：上帝創造了日月星辰、山脈河流、樹木花草、飛禽走獸。然後上帝依照自己的模樣創造了亞當，又用亞當的一根肋骨創造了夏娃。

神創論的一個重要特點：所有已經創造好的物種是不會再發生變化的，即使有所變化，那也是在很小的範圍內發生一些改變，而不會變成另外的物種。

在科技並不發達的年代，對於眼前的世界，人類缺少最基本的認知，為了能夠解釋自然現象，人們只能大膽地幻想。

自然發生的小白鼠

在科技不發達的古代，關於生命起源萌生了很多在現在看來十分可笑的說法，這些觀點卻影響了學術界多年，支持者中不乏亞里士多德（Aristotle）和牛頓（Newton）這樣的科學巨匠。

當時有一種自然發生論，它最核心的觀點是：生命，尤其簡單的生命，是由無生命的物質自然發生的。

最早支援自然發生論的人是亞里士多德。亞里士多德認為物質是自然發生的，甚至還給各種物質的來源編制了一個目錄。

他認為，每一種物質的繁殖都需要“熱量”。高等動物是透過“動物熱”產生的，低等動物是在雨水、空氣和太陽熱的共同作用下從黏液和泥土中產生的。

在當時，這些觀點卻被認為是普適的真理。牛頓也曾為自然發生論搖旗吶喊，他認為植物是由逐漸變弱的彗星的尾巴形成的。

很多科學家都支援自然發生論。著名科學家海爾蒙特（Helmont）就曾提出：把糠和破布塞進一個瓶子裡，將瓶子放在床底下就會生出來小老鼠。

海爾蒙特是 17 世紀著名的化學家和哲學家，他是引導鍊金術向化學學科轉變過程中的重要人物，也是最早發現二氧化碳的人。他認為木頭等物質燃燒後得到的是野氣，也就是我們常說的二氧化碳。

海爾蒙特在化學方面的工作是突破性的，但是在生物自然發生論上卻摔了一個大跟頭。但是，應該把這些說法放在當時的歷史條件下去看，在科技極其落後的古代能夠進行這樣深入的思考，提出這樣的觀點，也是有一定貢獻的。

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“原始湯”中的生命

對於生命的起源，還有一種化學起源假說。

該假說的主要內容是，生命的誕生經歷了兩個主要階段：第一階段，在原始的大氣和海洋中，發生了前期的化學反應，形成了最原始的有機物和生物大分子體系；第二階段，這些大分子形成原始的生命。

化學起源假說中的原始地球海洋，充滿了各種不定的因素，裡面具備了化學反應發生的各種條件，也有大量的小分子物質，就像一鍋誕生生命的“原始湯”。

“原始湯”的理論是由蘇聯生物化學家亞歷山大·伊萬諾維奇·奧巴林（Oparin， Alexander Ivanovich）和印度生物學家霍爾丹（Haldane）共同提出的。而我們經常提及的“原始湯”實驗是由奧巴林所創造的。

奧巴林在 1936 年出版了《地球上生命的起源》，在該著作中，他提出了關於生命起源的假說。他認為在原始的地球大氣中，充斥著大量的宇宙射線、紫外線、閃電等一些蘊含著大量能量的能量源，在它們的作用下，原始大氣中的CO2、N2、H2S、H2、NH3 等不斷地發生著聚合反應，最終形成小分子化合物，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、核糖等，這些都是構成大分子生命物質的基本成分。

原始的地球就像一個反應容器，內部火山持續噴發，溫度很高，很多由火山噴發帶來的氣體，包括CH4、NH3、HCN、H2S、CO2等共同組成了原始的大氣，在強烈的紫外線、宇宙射線、高能粒子流、閃電等能量的作用下，合成了各種小分子化合物。

為了進一步驗證假說的正確性，科學家們嘗試模擬原始地球中的大氣和海洋環境，看看能不能將無機物合成簡單的生命基本物質，包括核酸和蛋白質的前驅體：氨基酸、多肽、核苷酸……

1953 年，美國芝加哥大學的研究生米勒（Miller）在導師的指導下，將水注入 500 毫升的燒瓶，同時把玻璃瓶中的空氣抽走，加入模擬原始地球還原性大氣的由CH4、NH3、H2等組成的混合氣體。

實驗中，他持續加熱燒瓶，讓水蒸氣和模擬原始大氣中的混合氣體透過密閉的管道進入另外一個容量為5升的大燒瓶中，接著透過電火花放電來模擬原始大氣中的雷電。

一週後，實驗團隊檢測聚集在容器底部的溶液，看有沒有簡單的物質生成，這些溶液就相當於生成的物質被雨水衝淋後形成的原始海洋。

結果發現，這些經過放電冷卻的溶液中存在 20 種有機物，其中包括 11 種氨基酸，而這 11 種氨基酸中有 4 種氨基酸是人體必需的氨基酸，它們分別是甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和穀氨酸。

這個結果證實了奧巴林和霍爾丹假說的正確性。米勒對假說中還原性大氣的成分進行了一些改動，他認為原始地球中還原性大氣的主要成分應該是CH4、N2，以及微量的NH3 和 H2O，因為大量的NH3會直接溶於水中。

隨後米勒和同事又做了大量的實驗，分別利用紫外線、β 射線、高溫等作為能源，同時更換混合氣體的成分，例如，用 H2S 替代 H2O，用 HCN 替代CH4，實驗的結果表明都能夠產生氨基酸小分子。氨基酸小分子產生之後，生命的起源就有了最基本的原料。

來自外太空的禮物

來自外太空的禮物

還有一種比較流行的觀點：生命起源於外太空，也就是常說的“泛生假說”，又被稱為“宇宙胚胎種源假說”。

1907 年，瑞典化學家斯萬特·奧古斯特·阿列紐斯（Svante AugustArrhenius）最先提出了“宇宙胚胎種源假說”。他提出了這樣一種觀點：在廣袤的太空中漂浮著大量的“生命胚種”，“生命胚種”就是生命最原始的形式，可以發展誕生出生命。

它們在太空中隨著太陽風、黑洞壓力等外力的作用四處飄蕩。有機會伴隨著隕石、彗星、星際塵埃等降落到一些星球的表面，如果恰好這個星球有合適的條件進行生命的孕育，那麼就會誕生出最原始的生命。這樣外太空的“生命胚種”就從一個星球傳播到了另外一個星球。而地球上的生命正好來源於外太空的“生命胚種”，造就了地球上繁盛而多樣的物種。

這種理論得到很多科學家的支援，包括美國國家航空航天局（National Aeronautics andSpace Administration， NASA）的天體物理學家，他們認為地球上的生命很可能是起源於 40 億年前墜入海洋的彗星。

地球上也存在很多隕石，其中被研究得最為廣泛的一顆是 1969 年墜落在澳大利亞默奇森鎮的被命名為“默奇森”的隕石。

這顆隕石中含有 70 多種氨基酸，包括常見的甘氨酸、穀氨酸、丙氨酸等，還包括兩種構成生命不可缺少的核酸分子：尿嘧啶和黃嘌呤。經過放射性碳測年分析，證實了這些分子都是在外太空就已經形成了，給“宇宙胚胎種源假說”提供了最直接的證據。

這樣的假說存在著一些難以解釋的問題。例如，在外太空中，存在著極具破壞性的射線，如紫外線等，它們對於生命物質，包括所說的“生命胚種”都有強烈的致死性，那麼這些原始的生命物質是如何存活下來的呢？另外，在進入地球的過程中，還要經歷一系列高溫、高熱的嚴酷環境的考驗，地球上當時的生存環境也未可知，這些簡單的蛋白質分子或者核酸分子能夠在這樣的環境下保持活性嗎？

這種說法還有待進一步的證實。

在毒與熱的深淵

關於生命的起源，還有一種假說得到了更多人的認可。這種假說認為生命應該是起源於原始的海洋底部。

1979 年，在太平洋中深達2000米的海底，發現了很多冒著黑色溶液的噴發口。黑色的溶液在被冰冷的海水冷卻之後，形成一種獨特的柱狀體。柱狀體附近存在很多原始的微生物群落，包括嗜硫細菌、古細菌等，它們可以透過氧化硫離子、錳離子、亞鐵離子等物質來獲取能量，將無機碳轉化為有機碳。海底湧出的礦物元素也給這些細菌的繁殖和生長提供養分，形成了一個特殊的生態系統。

海底噴出的液體，溫度高達 350 攝氏度，並且含有 H2S、CH4、CN等小分子，為非生物有機合成提供了條件。這些化能自養的細菌可以利用熱泉中噴出的硫化物中的能量去還原CO2，來製造有機物。

地質學的研究表明，海底熱液噴口附近的環境條件和原始地球的環境極其相似，因此，很多科學家猜測原始的生命很可能就是起源於海底的水熱環境中，而不是原先認為的原始大氣。這樣的環境中存在著大量豐富的還原性物質，可以透過氧化這些還原性的物質來提供能量，然後逐步地將無機物變成有機物，再從小分子合成大分子，繼而逐步地孕育出生命。

這種假說得到了來自基因組測序結果的支援和地質學研究的支援。美國伊利諾伊大學的研究人員卡爾·沃伊斯（Carl Woese）等對海底熱液口的細菌進行了基因組序列分析，得出結論：這些細菌是最簡單、最古老的古細菌原核生物，與真細菌和真核生物並列為第三界，足以說明它的古老歷史。

1996 年，美國基因組學研究所的研究人員也對太平洋海底的一種產甲烷的細菌進行了基因組序列分析，破譯了 1700 個基因密碼，確定了這類古細菌是與真細菌和真核生物不同的第三種分支，而且從起源的角度來說更為古老，藉此推斷這些古細菌是原始生命最早的形式。

另外，地質學上的證據也間接地支援了這一假說。在沒有經受變質作用的古老岩石上會儲存著生命活動所遺留下來的痕跡，這也是地質學中探索生命起源的重要依據。

1997 年，在格陵蘭的伊塔地區發現了被認為是極其古老的岩石，該岩石經過分析已經有 38。5 億年之久，也是迄今為止所發現的最為古老的海洋沉積物，在岩石中有明顯的生物存在的痕跡，而在這麼古老的年代就有生命活動的痕跡，也間接說明了生命起源於原始海洋底部的古細菌。

這種假說提出之後，也遭到了很多人的質疑。例如，有人認為在海底附近的高溫會對化學反應的進行起到促進作用，但是高溫也對組成生命體的蛋白質有著極強的破壞性；形成的黑色的柱狀體複合物壽命很短，只有幾十年的時間，這麼短的時間內是無法孕育出生命的，並且周圍的環境酸性太強，pH 值為 1~2，不利於生命的誕生；等等。

在生命起源的“百家爭鳴”之下，出現過幾次影響較大的科學爭論。

第一次是在自然發生論與生源論之間展開的。生源論是相對於自然發生論而言的，由法國生物學家路易斯·巴斯德（LouisPasteur）所提出，即生物不能夠自然發生，只能透過生物的繁殖產生。最終，巴斯德透過一系列精確實驗提供了確鑿的證據，宣告生源論的徹底勝出。

第二次爭論是宇宙胚胎種源假說與化學起源假說的爭論，由於在外太空廣泛存在的紫外線和宇宙射線對於生命物質具有強烈的殺傷作用，因此化學起源假說佔據了上風。

第三次爭論的主角也是這兩種理論，以奧巴林學說為代表的原始地表化學起源說已基本成熟並迅速推廣開來，伴隨著射電天文學和宇宙化學的飛速發展，宇宙中存在的大量有機物相繼被發現，宇宙胚胎種源假說又佔據了上風。

面對眾說紛紜的假說，生命起源的真相究竟是什麼，依然是一個未知數，也需要等待我們進一步的研究。

END

作者：劉銳

責編：咕嚕

釋出於：陝西