來源：十點科學

　　地球上的生命可能起源于一鍋原始湯，生命的基本特征從中自發(fā)涌現(xiàn),。

　　作者|劉培源 集智俱樂部主編

　　我們是誰,，從哪里來，是人類世世代代追問的問題,。地球上的生命可能起源于一鍋原始湯,。

　　2020年9月，發(fā)表在《科學》雜志上的一項研究發(fā)現(xiàn),，僅僅利用水,、氮氣,、甲烷等6種簡單的無機物，讓它們相互發(fā)生化學反應,，不斷迭代下去，就可以產生多種催化劑,，它們同時又是化學反應的參與物,，從而形成一個自我催化、自我復制的化學循環(huán),。

我們從何處來？我們是誰,？我們向何處去,？|Paul Gauguin

　　生命起源于一鍋原始湯？

　　生命的起源一直是科學家關心的問題,。最初的地球,，顯然是沒有生命的。從簡單的無機物中,，如何孕育出復雜的生物體,？

　　早在19世紀，達爾文在寫給植物學家約瑟夫·胡克的信中就曾猜想,，或許地球生命起源于一個溫暖的小池塘,。在這個小池塘中，如果氨和磷酸鹽,、光,、熱、電等條件都具備,，就可以形成蛋白質這樣的生物大分子,。

　　達爾文的思想后來逐漸發(fā)展為關于生命起源的原始湯假說。簡而言之,，原始湯假說認為,，地球上的生命起源于一鍋無機物混合的原始湯：在原始地球環(huán)境下，簡單的無機物通過化學反應轉變?yōu)橛袡C物,，有機物發(fā)展為生物大分子,，直到出現(xiàn)一個最簡單、最原始的細胞,，最終演化出地球上繽紛多彩的各類生命形態(tài),。

　　1953年,，原始湯假說的一小部分——從無機物中產生有機物的過程被實驗證實。這就是我們在中學課本上學過的米勒-尤里實驗,。當時,，化學家尤里和米勒將多種無機物（水、甲烷,、氨氣,、氫氣和一氧化碳）密封于燒瓶內，然后用電極產生火花,，模擬原始大氣電閃雷鳴的環(huán)境,，觀察是否真的能合成有機物。結果驚人地發(fā)現(xiàn),，燒瓶中產生了蛋白質的基本組成成分——氨基酸,。

　　這個實驗極大地支持了原始湯假說，但原始大氣成分到底是怎樣的,，我們并不清楚,。科學家在考察過遠古地球的氣候,、溫度等因素后發(fā)現(xiàn),，氨氣、甲烷,、氫氣或許從未在同一時間段作為地球的主要氣體存在過,。在考慮到這些因素后，后來的實驗再也沒能復制米勒-尤里實驗的成功,，原始湯中也沒有自發(fā)產生氨基酸,。

　　原始湯假說似乎變得岌岌可危。幸好,，來自海底熱泉的研究為事情帶來了轉機,。

地球上的生命可能起源于一鍋原始湯,。|Wired

　　深海熱泉帶來轉機

　　上世紀70年代,，科學家在太平洋加拉帕戈斯裂谷看到了一幅奇異的景觀：這里蒸汽騰騰，煙霧繚繞,，雖是兩千多米深的海底,，卻煙囪林立，恍若置身火山口——這便是深海熱泉,。更令人驚奇的是,，熱泉周圍是一個生機勃勃的生命世界，聚集著細菌,、甲殼類,、 管蠕蟲和章魚等各種大小的生物,，種群密度堪比珊瑚礁生態(tài)。

　　在光線無法穿透的黑暗深海,，尚且有生命出現(xiàn),，從原始湯中形成生命，似乎也頗有可能,。

　　到了80年代,，第二類熱泉也映入科學家眼簾。不同于第一類熱泉由火山和巖漿形成,，第二類熱泉由海水滲透進巖石形成,。緩慢的海水侵蝕使得巖石形成奇特的紋路，在電子顯微鏡下呈現(xiàn)出大量微小的空腔,，與細胞尺寸相仿,，卻并非細胞遺跡。

　　科學家們猜測,，這些空腔可能是孕育生命的理想場所，大自然的第一鍋原始湯或許就曾盛放在這里,。最早的生命在演化出自己的細胞結構之前,，寄居在大自然提供的這些天然隔離屏障中，正如遠古人類寄居在洞穴里一樣,。

　　這些空腔的壁上富含硫鐵礦,，天然具有很強的催化能力，催化其中的生命物質自我復制,。而遺傳物質的復制是生命復制的核心,，正是它讓一個細胞發(fā)展為一團細胞，讓一棵樹蔓延出整片樹林,，讓一對鳥繁衍出整個島嶼的鳥,。

深海熱泉周圍是生機勃勃的生命世界,。|維基百科

　　生命起源的“雞生蛋”問題,，或許無需糾結

　　自然固然有自己的道路，在原始湯中成功孕育出能夠自我復制的生命,?？墒牵祟愃坪蹼y以窺見其智慧,。我們不得不苦苦思索,，米勒-尤里實驗斷掉的鏈條要如何連上，無機物究竟是怎樣產生出生物大分子,，并獲得自我復制的能力的,？

　　進入20世紀,，網(wǎng)絡科學迅速興起，給人們帶來啟發(fā),。正如連接是網(wǎng)絡的本質一樣,，科學家們猜測，在從原始湯孕育出生命的過程中,，關鍵的未必是幾種特定分子,，也可能是一批相互作用的不同分子。不同分子相互作用,，從中涌現(xiàn)出生命的基本特征——自我復制,。

　　2020年《科學》雜志上的論文為這種猜想提供了證據(jù)。研究者使用化學算法軟件,，僅僅以水,、氮氣、硫化氫,、氨氣,、氰化氫、甲烷這6種簡單物質作為起始反應物,，讓它們相互反應,，產生的新物質接著繼續(xù)參與反應，一代代持續(xù)下去,，形成一個龐大的化學網(wǎng)絡,，其中包含數(shù)萬種分子，有許多是生物體內存在的有機物,。

　　他們在分析后驚人地發(fā)現(xiàn),，在這個網(wǎng)絡中，竟然會產生多種催化劑,。它們既是催化劑,，也是化學反應的參與物，讓化學反應越來越快,，積累的物質越來越多,。也就是說，從簡單的無機物開始,，就可以自發(fā)形成自我催化,、自我復制的化學循環(huán)——這正是生命的自我復制能力的根基。

　　研究還發(fā)現(xiàn),，除了催化劑,，反應產物中還有表面活性劑。這是一類可以讓目標溶液表面張力顯著下降的物質,，可以改變浸潤性,、幫助增溶,、乳化、起泡等,。我們常見的洗滌劑,，主要成分就是表面活性劑。

　　你可能一時想不到表面活性劑和生命有什么聯(lián)系,，事實上,，細胞膜的主要功能成分就是表面活性劑。這層表面活性劑可能幫助形成生命和周遭環(huán)境之間最原始的邊界,，加速個體細胞生命的形成,。

　　模擬實驗讓我們看到，幾種簡單無機物相互反應,，不斷迭代,，就可以產生具備自我催化、自我復制能力的生物大分子,，以及表面活性劑這道生命屏障,。這也啟發(fā)我們，或許根本無需糾結生命起源領域的一個“雞生蛋”問題：具有自我復制能力的DNA和具有催化功能的蛋白質,，到底誰先產生,？情況可能是，一切都在原始湯中自發(fā)涌現(xiàn),。

　　雖然相關研究還相當初步，卻無疑讓我們窺見了生命起源的一道亮光,。

非生命和生命的邊界原本模糊不清。|Kent Foster / Science Source

　　非生命和生命的界線,，一開始可能并沒有那么清晰,。如今生機勃勃的生命世界，都是從無機物分子組成的一鍋原始湯中產生,。

　　下一次當我們漫步沙灘上,，看到散落的石頭、貝殼,，看到水草,、魚群，砂礫和空氣,，你會不會覺得,，那些非生命的物質，也都和我們更親近了一些,？