《寻秘自然》02 文字版

上一集我们说到，生命想要出现，必须要具备两个条件。第一个条件，就是我们要找到一个环境，在这个环境中可以让小分子自由地活动，从而聚集在一起，形成大分子结构。也就是说，我们要找到一个液态环境。如果是在干燥的陆地上，那么由于重力的原因，只要分子稍微大一点，它们就很容易落到地上，这样一来它们就很难发生接触，形成更加复杂的大分子结构。第二个条件，就是在这个环境中我们还必须要拥有一个天然的物理屏障，这样一来才能让大分子稳定地聚集在一起，形成更加复杂的结构。要知道在纯粹的液态环境中，分子最终是一定会均匀地扩散在液体中的，这就好像我们把一块方糖扔到这瓶水中，那么糖分子最终一定会均匀地扩散在水中，而不可能反过来，它们重新又聚集成一块方糖。这个是由热力学第二定律决定的。

有些人可能会想，这些所谓的物理法则，是不是限制了科学家们的想象力，它是一种思维禁锢呢？其实不然啊！如果我们脱离已知的物理法则，去思考生命起源问题，那么就好像有一个人他不懂力学规律，但是他却想要造出火箭一样，他永远只能是空想。在地球上要满足第一个条件，科学家们首先想到的就是海洋，但问题是海洋很难满足第二个条件，海洋中的水太多了，分子无法自然聚集起来，这两种条件似乎存在着悖论，很难同时满足。直到 1977 年发生了一件奇特的事情，让生物学家们看到了一个过去从未想到过的奇特环境，这件事情就让所有的生物学家们感到激动不已。那这到底是一件什么样的事情呢？

1977年，阿尔文号潜艇来到著名的加拉帕格斯群岛附近的海域，深深地潜入将近 2500 米深的海底。在这片完全漆黑压力巨大的海底，科学家们发现数十个丘状体，不停地喷着黑色和白色的烟雾，含硫化物的炽热液体，从直径约 15 厘米的烟囱中喷出，温度超过 300 摄氏度。科学家们形象地把这些喷着烟雾的丘状体，统称为海底黑烟囱。令人震惊的是，在这样一个似乎是生命禁区的地方，却发现了生命！两年后的 1979 年，带着很多生物学家阿尔文号再次回到这里，对海底黑烟囱做了一次全面的考察，这次考察刷新了人类对生命的认知。在这样的一个极端环境中，却存在着一个完整的生物群落，从细菌到各种蠕虫，再到各种虾兵蟹将，那是应有尽有。这些生物不需要氧气，它们的能量来源是海底火山口的热量，以及各种硫化物。他们发现的嗜热细菌，能够在 350 摄氏度的高温海水中存活。这次发现彻底刷新了人们对生命的旧有认知，海底黑烟囱的发现，激发了一大波科学家的热情。他们最先想要解决的问题就是，这些黑烟囱到底是怎么出现的呢？

原来在深深的大洋底部，会存在着地壳板块与板块之间的裂缝，这些裂缝可以直通地底深处的岩浆池，所以当海水渗到这些裂缝中后，就会被加热到几百摄氏度，热的水比冷的水轻，所以这些滚烫的水就会从裂缝中喷涌而出，在这个过程中，来自地底深处的各种化学物质也被带了出来，这样一来，构成生命物质的各种化学原材料就有了，热水遇到了冷水就会被降温，然后那些被带出来的化学物质就会慢慢沉淀下来，在大洋的底部形成厚厚的沉积物，而这些沉积物往往有着非常疏松的结构，它们就像是珊瑚礁 布满了孔洞，也有点像海绵，而这些微小的孔洞就是一些天然的物理屏障，它们会形成一种类似喇叭口一样的结构，这样一来，物质就是进去容易出来难了。于是生命起源所需要的两个重要条件，就都奇迹般地同时具备了。

在黑烟囱附近有充足的水，分子可以自由地活动，然后又可以被密密麻麻的孔洞结构困住，使得小分子有机会碰撞聚合成大分子，大分子进一步聚合成更大的分子，复杂结构就在这样的碰撞聚合中逐渐形成了。实际上，在深深的大洋深处也并不是完全黑暗的，有一次，美国科学家在 5000 米深的海底他们把深潜器的灯光关闭了 5 分钟，在一片漆黑中，他们在热液口发现了光线，这种光线可能被最早的某一种生物利用了。果然，后来科学家们在黑烟囱附近发现，有一种虾的背上有感光区，它能够感知蓝绿光线。有科学家猜测，这可能就是光合作用的最早起源。可能你以为，要寻找生命起源于海底黑烟囱的证据，那就必须要到深深的大洋底部去。其实你别忘了，地球上的海洋与陆地一直都是在变迁的，远古时期的海底到了今天 那完全就有可能是陆地了。所以，我们完全有可能就在陆地上找到黑烟囱的遗迹。

2002 年的 5 月份，北京大学李江海教授的课题小组，就是在这里——兴隆县的安子岭，发现了距今 14.3 亿年前保存完整的海底黑烟囱的遗迹！14 亿年前，华北地区还是一片汪洋大海，河北兴隆一带，正处于大裂谷最深的海底，在海底黑烟囱的附近，生成了大量的硫化物矿石。这些从当地 700 多米深的地下挖出的符合海底黑烟囱特征的矿石，就是最好的证据。兴隆县黑烟囱遗迹被发现以后，吸引了大量的国内外研究者，很快，就有很多重要的研究成果陆续发表出来，例如，2007年8月的《冈瓦纳研究》上发表了一篇论文，它的作者是美国圣地亚哥大学的地质学家库斯基，他在这些黑烟囱的化石中发现的东西，几乎和今天我们在海床上发现的古生菌，和其他包含细菌的结构完全一样，这是黑烟囱假说的有力证据。

生命的黑烟囱起源假说，是目前科学界接受度最高的一种假说，在全世界任何一个自然科学博物馆，讲解员都会给你讲一个生命从海洋爬上陆地的故事。它甚至影响到了，我们探索外星生命的方向。如果说这个假说是成立的，那么在木卫二，也就是欧罗巴星，以及土卫二，恩科拉多斯星，它们冰封的大洋底下就完全有可能存在生命。不过，生命诞生于海底黑烟囱的这个理论，到目前为止，我们还只能说它是一种假说，因为一个理论决定它能不能成立，最关键的还是要看实验数据的支持，不过科学家们到目前为止，还并不能在实验室中给我们复现生命诞生的这一奇妙过程。其实黑烟囱起源说，并不是生命起源的唯一理论，最近这几年，就有一些学者他们提出了一种完全不同的生命起源理论。这是怎么一回事呢？咱们留到下集接着说。

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