《寻秘自然》03 文字版



生命起源的两个不可缺少的条件，一个是液态环境，另一个是天然的物理屏障。在远古地球上，科学家们已经证实，在海底黑烟囱附近可以同时具备这两个条件。那么，难道除了黑烟囱附近，就没有其他地方也同时具备条件了吗？在黑烟囱假说出来后的很长一段时期，这个假说基本上处于垄断地位，没有与之竞争的假说。直到 2015 年前后，科学家们又提出了另外一种截然不同的假说：在古老地球的火山附近，有着大量的热泉和间歇泉形成的水池，这类水池干湿交替，不断循环，它的热量可以催化各种化学反应，干旱期可供简单分子聚合成为复杂分子，湿润期则可以让这些聚合物四处流动。在这之后的干旱期，又能把聚合物困于细小的孔隙中，让它们相互作用，甚至在脂肪酸构成的囊泡中，进一步浓缩，而脂肪酸囊泡正是细胞膜的原型。简单来说，他们认为生命并不是起源于海洋而是起源于陆地。

对于同一种现象有不同的科学理论作解释，这个在科学发展史上 那是太常见了。但是请大家记住，科学有一个最大的特点，就是看证据。决定一个理论的命运，关键不是看某个权威的支持，或者也并不是看某个意识形态的支持，而是看证据，谁的证据更多更好，那么谁的理论最终就能胜出。那么支持生命起源于陆地的证据到底有哪些呢？加利福尼亚大学圣克鲁兹分校生物分子工程系的戴维·迪莫，是最早提出陆地起源说的科学家之一。为了验证这个想法，迪莫前往了俄罗斯远东地区堪察加半岛上的一座活火山。这个地方热泉和间歇泉密布，人迹罕至，是他们认为最接近地球 38 亿年前环境的地方。

迪莫随身带了一小袋粉末，粉末里面包含着一些常见的化学物质，他们认为，这些就是在地球的前生命时代能够找到的原料。迪莫把这些混合物倒入一个翻滚的热泉泉眼，在泉眼边上出现了一圈白沫，这些泡沫中包含着无数气泡，每个气泡都包裹着原始汤中的化合物。如果这些气泡在水池边上干涸掉，它们里面那些挨在一起的物质会结合成聚合物吗？这个阶段有可能为产生第一个生命打下基石吗？迪莫回到自己的实验室，设计了一个模拟实验，来模拟这种陆地热泉的干湿循环的环境，他得到了一种较长的聚合物，而且这种聚合物还被脂类物质封装了起来，形成了大量微小的囊泡，他把它叫做原细胞。尽管这还不是生命，但显然也是通往生命重要的一步了。

每一轮干旱都会让囊泡的脂类薄膜破开，让囊泡内外的聚合物和营养物质相混合，一旦重新被水浸润，脂类薄膜又会闭合，把成分不同的聚合物混合物封裹在里面。每一组混合物都代表一场自然实验，原细胞越复杂，生存下来的几率就越大，那些适应性更强的原细胞会存活下来，并把它们的整套聚合物传给下一代，从此攀上进化的阶梯。这个模型就好像是一台化学计算机，它启动了生命的功能，而这一切的开端，则是以聚合物形式随机写就的程序。2015 年 3 月的《自然化学》期刊上，也刊登了一篇支持陆地起源说的论文，英国剑桥大学约翰·萨瑟兰的研究团队发现，只用一些很基础的化学物质，加上紫外线的照射，就可以制造出最重要的生命物质——核酸前体。也许构成核糖核酸的化学物质，没有人们想得那么难以形成，或许事实是构成其他材料的化学过程会更困难。萨瑟兰认为，早期的地球在陆地上的温暖水池中，更利于这些反应的发生。更重要的是，他指出，太阳的紫外线是生命形成的关键因素，而它不能到达深海热液喷口。

大家可能已经感觉出来了，无论是迪莫还是萨瑟兰的研究，其实都不是生命起源于陆地的直接证据，最多也只能说是，验证了一些他们的初步想法。但是我们的大自然是不是真的就是这么干成的呢？显然光有实验室的这些简单实验是远远不够的，我们还需要更多的证据。不过很快又有新的证据出现了，两位来自澳大利亚的科学家，在澳大利亚西北部的一个叫皮尔巴拉的偏远地区，发现了一片古老的沉积岩层，它有 34.8 亿年的历史，被称为德雷瑟组。在这层岩石中有一些橙白相间褶皱的岩石叫硅华，它们是地表火山口间歇泉的产物。他们发现，这些石头里存在气泡，是气体陷入粘稠的膜中形成的。而这些膜很可能就是由远古的类似细菌那样的微生物制造的。这些发现表明，那里很可能发生过迪莫在实验室中实现的那种干湿循环。

在 2017 年 5 月份的《自然通讯》杂志上，他们发表了这些证据。他们认为，在德雷瑟地区曾经被地热系统所主宰，那一定是密布着热泉，显然在这些地方，就肯定拥有生命起源所需要的那些关键成分，以及有组织的结构。来，让我们去探访一下，德雷瑟地区 作为生命起源的一个候选地，它最令人兴奋的地方就在于它的多样性。要知道，在生命起源这个科学领域，多样性就是生命的佐料。你别看现在的德雷瑟地区那满是又干又硬的石头，可是别忘了，在 30 多亿年前的地球 那可不是这样。像这样布满温泉的地热地区，它拥有成百上千个小池洼，而每一个小水池中，它们的酸碱值，还有它们的水温，都是不一样的。在这些地热地区，化学成分也是千差万别，所以这些地方的化学反应，那也是极为复杂的，而且每天都在上演着无数轮的干湿循环。所以在这种情况之下，不停交换的水池中的化学成分，还有异常活跃的反应界面，以及这些间歇泉不断的喷溅，导致水中的化合物，它们在反复地交换。更何况，在这些间歇泉的地底下，还有一个四通八达的缝隙网络。

如果我们做一个简单的计算就会发现，假如有 100 个这样子的温泉，那么每年都会产生至少数百万种不同的化学成分。我们要知道，到目前为止，生命起源的陆地热泉说和深海黑烟囱说，它们都还只是科学假说，它们都还缺乏充分的证据。科学有一个最重大的特征，那就是，它们都可以自我完善和自我纠错。任何一种假说，你只要有了初步的证据，还有自洽的逻辑，那么都可以登上历史的舞台。那么科学又是如何自我纠错的呢？靠的就是“同行评价”和“证据为王”这两种精神。所有的证据，都需要在同行独立研究的情况下能够复现才行。对于深海黑烟囱说和陆地热泉说，现在我们要判断它们谁对谁错，显然还有很长的一段路要走。生命起源就好像是，一张由很多个图案拼成的很大的拼图，每一块图案该放在什么地方，我们现在并不知道，还有太多的世界未解之谜等待着我们去解答。其中最关键的一个问题就是，第一个能够自我复制的分子它到底是怎么出现的呢？不过令人欣慰的是，科学正在帮助我们找到通往答案的道路，我相信总有一天，我们能够自信地回答这些问题。

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