地球生命起源之谜

骑UFO看外星人

地球生命起源之谜：前些年，美国宇航局NASA科学家称：他在陨石里发现了来自太空的外星微生物化石。他同时还坚称，这些微小的生命形式不是地球的 污染物，而是在彗星、月球和其他星球上生活的活体有机生物的遗留物。胡佛的论文引起了人们的极大关注。如果这项研究成果得到证实，可能意味着宇宙到处都存在生命迹象，地球上的生命或许来自太阳系的其他地方，随着彗星或小行星一类的太空岩石来到地球。不过，很快就有科学家对此提出了质疑。

地球上的生命是如何起源的？这是地球上所有奥秘中最大的奥秘。由于缺乏地球早期生命体化石以及相关的地质学证据，我们至今仍不清楚地球上最初的生命是怎样出现的，出现在哪里，其形态是什么样的……地球生命起源的诸多奥秘依然扑朔迷离。

①最初的地球生命是怎样出现的？

②地球生命起源于海底热液口？

③地球生命起源于外太空？

④还有另外的地球生命起源形式吗？

最初的地球生命是怎样出现的？

这是地球生命起源奥秘中最有趣也最困难的一个谜题。在人类的各种文化中都有解释生命起源的故事。

中世纪的欧洲学者认为，一些小动物如昆虫、两栖动物和老鼠，是“自发产生”的，即非生命成分自然地“自我组装”，比如从旧衣服堆或垃圾堆中产生生命。1668年，意大利医生弗朗西斯科·雷迪对这种说法提出了质疑，他发现蛆虫是从苍蝇产下的卵中孵化出来，而不是从腐烂物质中自然形成的。到19世纪60年代，法国微生物学家巴斯德进行了一系列实验，彻底否定了生命“自发产生”理论。

1871年，达尔文在一封信中写道：“最初的生命体有可能是在一个温暖的小池塘中出现的，这个池塘中可能同时具有各种化学物质（如氨水、含磷的盐等）和闪电、光亮、热量一类的东西。经过一系列复杂的化学反应后，蛋白质合成物出现了，它们开始经历若干更复杂的变化。”此后，无数科学家前仆后继，逐渐完善着达尔文想象中的那个孕育地球生命的“温暖的小池塘”。其中，最有影响力的是人是俄罗斯科学家奥巴林和英国科学家霍尔丹。

奥巴林和霍尔丹推断，生命产生之初的地球早期大气中没有氧（或有很少的氧），但却有可以通过化学反应产生氢原子的其他高浓度气体成分，而氢原子是合成创造生命的化合物所必不可少的。据此，科学家认为，促进原子和分子重新排列进入有机生命形式的能量来自于阳光、闪电或地热。

为了检验上述理论，1953年，美国芝加哥大学的物理学研究生斯坦利·米勒设计了一个实验：在密封玻璃容器中充满地球早期大气中存在的各种气体，容器底部是沸腾的水，水的上方通过仪器产生电火花穿越气体混合物。经过一星期的反应，米勒发现，在气体中和水中都形成了氨基酸。氨基酸是构成地球生命的基本成分之一，构成生命的蛋白质和酶都是以氨基酸为基础的。

不过，后来的科学家发现，在生命产生之前，地球早期大气可能根本不像奥巴林、霍尔丹和米勒认为的那样已经为生命的诞生做好了准备。他们推断，火山活动给早期大气中增添了一氧化碳、二氧化碳、氮，以及少量的氧。近年来，科学家在实验室条件下模拟数十亿年前的地球早期大气，已产生了有机体中发现的所有20种氨基酸。

但是，在没有生命存在的情况下，这些氨基酸是如何连接在一起形成更复杂的化合物，进而成为地球早期生命体的呢？实际上，问题并不在于氨基酸，而在于蛋白质，所有活细胞都是由蛋白质组成的。氨基酸以化学方式利用特定的酶连在一起形成某种蛋白质。没有酶，氨基酸就无法以化学家称之为聚合作用的方式连接起来。那么在早期地球上，没有酶的帮助，氨基酸是如何连接在一起的呢？一种可能性就是，氨基酸与炽热的砂子、黏土或其他矿物结合在一起。实验室实验表明，氨基酸和其他高分子聚合物的稀释液滴落到温暖的沙地、黏土或其他矿物质上，以这种方式连接起来形成较大的被称为类蛋白的分子。可以想象，在达尔文设想的“温暖的小池塘”里，自发形成的“氨基酸汤液”飞溅在炽热火山岩石上的情景，黏土和黄铁矿也为生命最基本成分形成更大的分子提供了一个很好的“平台”。

氨基酸和其他有机化合物的形成被推定为生命起源的一个必要步骤，这一点是确定无疑的，至少是所有生命体都依赖于DNA 和RNA 进行复制这一发展过程中的一环（请参阅“相关链接”）。科学家由此推测，一旦第一个可以进行自我复制的分子出现，进化就主宰了之后的生命发展之路，最适应于当地环境条件的特定分子能够最有效地进行自我复制，直至原始细胞出现。一旦细胞产生，通过自然选择和生存竞争，地球上多种多样的生命形式便纷纷开始出现。

连接、

蛋白质是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。机体中的每一个细胞和所有重要组成部分都有蛋白质参与。蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都是由20种氨基酸按不同比例组合而成的。氨基酸赋予蛋白质特定的分子结构形态，使它的分子具有生化活性。

基因是编码蛋白质或RNA等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位，是染色体的一段DNA序列。也就是说，生物的遗传信息都储存在细胞核内的DNA中。细胞分裂时，为了确保每一代的细胞具备相同的遗传信息，DNA必须通过自我复制使子代细胞带有同样数量的DNA，这一过程被称为“复制”。细胞在执行某种生物功能时，需要特定的蛋白质来完成，此时DNA将信息传递给RNA（这一过程被称为“转录”），然后RNA按照特定的信息通过氨基酸的不同组合来组成特定的蛋白质（这一过程被称为“翻译”）。这样，DNA中的不同遗传信息就可以根据需要翻译成不同的蛋白质，而不同的蛋白质则在机体内执行不同的生物功能。这即“生物中心法则” ——细胞内的信息按照预定顺序流动：DNA将遗传信息转录给RNA，RNA严格按照DNA的遗传信息，通过氨基酸的不同组合合成蛋白质。

DNA的中文名称是脱氧核糖核酸，英文名称是Deoxyribonucleic acid。RNA的中文名称是核糖核酸，英文名称是Ribonucleic acid。DNA是由一个一个核苷酸连结成双螺旋分子结构的大分子。RNA也是由许多核苷酸连成的长长的大分子，但没有DNA长，分子量也小得多。蛋白质是由氨基酸单分子连起来的大分子。

地球生命起源于海底热液口？

有关地球生命起源最引人注目的话题之一是：简单的有机化合物是在什么地方演变为更复杂的聚合物，进而成为地球早期生命体的？

达尔文设想，地球生命是在“温暖的小池塘”中产生的，但也有科学家认为，刚诞生不久的地球是一个不适合生命生存的荒凉地方，大气中没有氧气，也没有如今能够阻挡大量有害紫外线辐射的臭氧层，所以他们认为，最有可能产生生命的环境是深海热液口。

1976年，科学家乘坐“阿尔文号”潜艇潜入深海底，在那里发现了一些裂缝，被熔岩加热到几百摄氏度高温、富含矿物质的海水源源不断地从裂缝中喷涌而出。这就是被称之为“海底热液口”的地方。科学家还发现，在海底热液口附近，存在着一个奇特的生态系统，在那里聚集了大量海洋生物，包括巨大的管蠕虫、盲虾和噬硫细菌。

1996年，矿物学家鲍勃·哈森开始了一项实验，旨在证明：海底热液口附近是生命诞生的理想之地。哈森认为，海底热液口的高温高压环境，丰富的矿物质资源，以及裂缝中源源不断喷涌上来并立即与冰冷的海水交融在一起的热水，这种种复杂的环境条件表明，这里很可能是地球生命起源的地方。为了测试这一理论，哈森和他的同事们使用了一种被叫做“压力弹”的设备。“压力弹”在技术术语上被叫做“内部加热气体介质压力容器”，看上去就像一口超级厨房高压锅，可产生超过1800℃的高温和相当于海平面气压10000倍的高压。

做实验时，哈森将水、一种被叫做丙酮酸盐的有机化学物质，以及一种能产生二氧化碳的粉末装进一个由金子做成的小胶囊内，然后将小胶囊放进设定在480℃、2000个大气压的“压力弹”中。两小时后，他取出胶囊，发现里面的东西已经变成了数以万计的不同的化合物。之后，哈森和同事们又用氮、氨以及其他早期存在于地球上的分子进行实验，最终创造出了各种各样的有机分子，包括各种氨基酸和糖类，这些都是构成生命体的基本物质。

哈森的“压力弹”实验标志着一个重要的转折点。44年前，米勒在装满“地球早期大气”的玻璃试瓶里，用电火花模拟闪电，成功地创造出了含有氨基酸的“生命原汤”。而现在，哈森的“压力弹”实验则表明，不仅仅是雷电，生命的基本分子还可能在各种场所形成，包括海底热液口附近，火山口中，甚至在陨石上。

在科学家看来，在地球上形成生命的基本元素如碳、氢、氮等并不难，难的是：这些基本元素是如何组合在一起的？还有，氨基酸以多种形式出现，但其中只有一些被生物体用来构成蛋白质，那它们又是如何发现和找到彼此的呢？

哈森认为，各种分子漂浮在浩瀚海水——“生命原汤”之中，但那决不是什么浓厚醇香的炖牛肉汤，它非常稀薄，只是在一片汪洋大海中，这里或那里偶尔飘浮着几个分子而已。可以说，在茫茫大海中，分子与分子相遇，产生化学反应，并最终形成较大结构的机会可谓无限之小。哈森推测，海底的岩石，即在海底热液口周围堆积起来的矿床，很可能是帮助孤单的氨基酸互相寻找到彼此的最好媒介——矿物岩石拥有纹理，有的光滑、有光泽，有的粗糙、凹凸不平，表面附着各种分子；氢原子若即若离地徘徊在矿物岩石的附近，与其上的各种分子发生反应；某种氨基酸被矿物分子所吸引，形成一个键，足够多的键形成一种蛋白质……目前，哈森及其同事正在实验室里对不同的矿物质和分子加以组合，一遍又一遍地做实验，以重复地球早期海洋里曾经发生过的那些事儿。

哈森还从另一个角度探索生命起源的奥秘，这就是：生命是如何促进了矿物的演化？我们知道，在太阳系形成之前，宇宙尘埃粒子中大约只有十几种矿物质，包括金刚石和石墨等；当太阳形成之时，又形成了大约50种矿物质。在地球上，火山爆发喷发物形成玄武岩，板块构造运动促成了铜、铅和锌等矿床的形成。哈森认为，在恒星爆炸、行星形成和地球板块运动的壮丽史诗中，这些矿物质都扮演了重要的角色。接下来，生命活动起到了关键作用。光合作用将氧气引入大气中，进而进入地壳中，促成了一些新种类的矿物质，如绿松石、孔雀石和蓝铜矿等的形成。苔藓和藻类爬上陆地，使岩石碎裂，形成黏土，更大的植物得以生长，土壤也向纵深发展，如此等等。如今地球上的矿物质大约有4400种，其中超过2/3的产生是因为生命的存在改变了这个星球，其中一些完全是由活的生物体死亡后形成的。

哈森认为，海底热液口附近复杂的环境正是生命诞生的理想之地——喷涌而出的热水与岩石附近冰冷的海水产生相互作用，矿床表面提供坚实的表面，让新形成的氨基酸拥有一个能够聚集在一起的落脚之处。他说，“长期以来，有机化学家一直利用试管来进行化学反应实验，而生命起源所利用的则是岩石、水和大气。一旦生命有了立足点，多样化的环境因素就成为演变发展的推动力量。”矿物质演变并增多，生命出现并向多样化发展，于是，三叶虫、鲸鱼、灵长类动物相继登上了地球历史舞台。

地球生命起源于外太空？

有科学家认为，地球上的生命或许来自太阳系的其他地方，是随着彗星或小行星一类的太空岩石来到地球的。

目前科学家普遍认为，地球生命根源于某些特定无机物的组合。在混沌之初，“生命原汤”中的各种物质经历了一系列化学反应，最终形成了氨基酸等结构复杂的有机化合物。自19世纪，有科学家发现，这些富含碳元素的有机化合物同一些陨石的组成成分十分类似，于是提出了地球生命可能来自外太空的观点。

小行星带被认为是地球生命起源较为理想的发生空间。小行星带介于火星和木星之间，远离形成过程中的行星的高温高压环境。一些科学家推测，小行星带中的小行星不断发生激烈碰撞，产生的陨石携带着一些物质运行在太阳系中，其中一些最终坠落到了地球上，正是这些“太空来客”提供了地球生命形成所不可缺少的各种有机成分。

陨石分为球粒陨石和非球粒陨石两类。科学家认为，球粒陨石对生命起源有着较为重要的意义，因为其中含有氨基酸和其他化合物，它们撞击地球产生热和冲击波，可以在地球早期大气中激起合成有机化合物的化学反应。1969年，一颗陨石陨落在维多利亚的默奇森地区，科学家在这颗陨石中发现了多种氨基酸。默奇森陨石属于碳质球粒陨石，极可能是来自彗星的残余物质。这是科学家首次在陨石中发现氨基酸。科学家还在默奇森陨石中发现了与微生物极为相似的微体化石，被一些微生物学家认为是来自太空的微观生命。

科学家在其他的碳质球粒陨石中也找到了各种形态的微生物化石，长条形的，圆形的等，与地球上的微生物非常相似。这些陨石样本被一些科学家认为提供了地球生命起源于外太空的宝贵证据。

2010年，美国科学家在一块叫做“Ureilite”的陨石中发现了19种氨基酸。令科学家惊讶的是，他们在Ureilite陨石中既发现了“左手性”的氨基酸，也发现了“右手性”的氨基酸。氨基酸中的原子排列呈立体组合，有L型（左旋）和D型（右旋）两种，呈相互镜像关系，如我们的左手和右手对称一样，因此也被分别称作 “左手性”和“右手性”。研究发现，除了少数动物的特定器官内含有少量的“右手性”氨基酸之外，构成地球生命体的氨基酸几乎都是“左手性”的。有科学家据此认为，这些氨基酸肯定来自外太空，而不是在地球上被“污染”的。

2011年2月，一个美国科学家小组宣布，他们从1995年在南极洲地区发现的一块编号为“Grave Nunataks 95229”的陨石中提取了4克岩石粉末样本进行化学分析，结果发现样本中含有丰富的氮元素，而构成生命基本要素的DNA和蛋白质中都含有氮元素。一些科学家认为，这为地球生命起源于外太空的说法提供了进一步的有力证据。

2011年3月，美国宇航局科学家理查德·胡佛宣称，他在陨石中发现了地外生命的痕迹。这位天体生物学家曾花费10年时间对陨落在世界各处荒凉角落的陨石进行研究分析。胡佛称，他将发现自南极、西伯利亚和阿拉斯加的碳质球粒陨石进行切片，然后用扫描隧道显微镜进行观察，结果发现了“大型的复杂丝状体”，这种类似地球上能产生氧气的蓝藻细菌的外星微生物化石或可证明宇宙中外星生物的存在。如果这项研究成果得到确认，它将为“胚种论”提供有力支持。该理论认为，细菌可以在休眠状态下隐藏于陨石中进行超长距离的星际旅行，而当它们最终落到一个新的行星上后，在条件适宜的情况下，便有机会复苏并实现“生命种子”的星际传播。

胡佛的这一研究成果引起了极大的关注，但同时也受到了很多科学家的质疑。美国航天局的顶级科学家很快发表声明说，没有科学证据能够支持他们的同事所宣布的这一惊人发现。他们认为对这个说法最简单的解释是:这些陨石碎片上确实存在微生物,但它们是地球上的微生物。也就是说,这些陨石在降落后被地球的微生物“污染”了。

事实上，之前也有过相似的消息，但最终都被证实是错误的。如在上世纪60年代就有人称在一块陨石中发现了一个“胚种舱”，但后来证明是被人故意粘上去的。

还有另外的地球生命起源形式吗？

科学家普遍认同，地球上的所有生命都起源于一个共同的祖先。会不会还有不同的地球生命起源形式呢？

2010年，英国皇家学会在伦敦召开了主题为“探测地外生命及其对科学和社会的影响”的研讨会。会议的主要议题是“搜索来自外星人的信号”、“搜寻地球另一个生命起源”和“探讨寻找外星生命的社会意义”。美国亚利桑那大学的保罗·戴维斯教授在会上提出了“在地球上搜索‘影子生物圈’” 的想法

何谓“影子生物圈”？即指存在于地球或地球之外，与已知生命形式毫不相关的独立的生命源的后代。到哪里去寻找“影子生物圈”呢？科学家指出，并非乘坐星际飞船到太空中许多光年之外的地方去寻找，而是在我们的地球上寻找。

我们所熟悉的各种各样的多细胞生物都起源于一个共同的祖先，没有人怀疑这一点，其根据主要源自于生物化学和分子生物学，比如栎树、鲸鱼、蘑菇和细菌看起来是完全不同的物种，但从生物化学和分子生物学的角度来看，它们的内部机制却是相同的，都用DNA和RNA存储信息，用ATP分子（ATP即三磷酸腺苷，是各种活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物）储存和释放能量，等等。生物学家还发现，许多截然不同的物种，它们的基因却极为相似，比如人类与小鼠相同的基因达63％，人类与酵母相同的基因达38％。

无论是动物园里的动物，庭院里的植物，还是天空中的飞鸟和海里的鱼，它们都是同一种生命形式——多细胞生物。不过，多细胞生物只是地球生命的一部分，地球生命的绝大部分是微生物。

在显微镜下，我们可以发现构成微生物的生物化学结构：DNA，蛋白质，核糖体，和你我身体的基本构成是一样的。但是，地球上充满了这些微小的生物体，仅1立方厘米的土壤内就可能含有种类多达数百万种、数量多达数十亿的微生物，其中绝大多数都还没有被归类，更不用说进行研究了，在这中间会不会有我们所不知道的生命形式呢？

问题还在于，进化在很大程度上存在偶然性，不同起源的生命体很可能有着完全不同的生物化学结构，“影子生物圈”有可能被淹没在常规形式的生命中。

那么，我们应该如何去寻找我们所不知道的生命形式？一个可行的方法是：到传统生命无法生存的极端环境中去探索，比如沙漠、冰原、高空大气层和火山口。

在过去30年里，生物学家不断惊讶地发现，在一些以前被认为足以致命的环境中，一些生命却欣欣向荣，繁衍不息。20世纪60年代后期，在美国黄石国家公园的温泉中，发现了可承受90℃高温的微生物（被称为嗜热菌）。更为惊奇的是，1976年，在深海热液口附近，首次发现了生活在高达350℃热液中的微生物。科学家还相继发现了能够承受极端寒冷、耐腐蚀以及耐辐射等的微生物。这些发现表明，生命的生存空间比我们以往所认为的要宽广得多。

不过，研究证明，迄今发现的这些极端微生物仍然是地球上的常规生命形式，和你我一样，都源自于同样的生命之树。假如存在一个“影子生物圈”，其生存环境甚至超越了迄今已发现的最顽强生命的生存极限，情况又会怎样呢？一个很好的例子是温度。我们知道，温度超过120℃，DNA和蛋白质就会被破坏和瓦解，一系列分子修复和保护机制也会遭到破坏。但是，超级嗜热菌的耐热极限达到约130℃。另一个例子是深度。20世纪80年代，天体物理学家托马斯·戈尔德在监管一个实验性石油钻井工程时，在钻孔几千米深处发现了生命。之后几年里，其他研究人员也纷纷在岩石孔隙中寻找到生活在地下深处的微生物，并在1000米深处的海底岩石中发现：每立方厘米中含有数以百万计的微生物！科学家推测，地球上有着一些与世隔绝或几乎与世隔绝的地下生态系统，每一个生态系统都自成一体，自我维持，并基本上隔绝于我们所熟悉的地球生物圈。

目前至少已有三个这样的生态系统被发现——深埋于地下，几乎完全与地面生物圈隔绝。生活在其中的微生物群落以氢为能量——地下水与炽热的岩石接触产生氢，或者通过岩石的辐射作用产生氢。这些生物体从氢和溶解的二氧化碳获得能量，并释放甲烷为其排泄物。这些生物体中有许多是嗜热菌或超级嗜热菌，越接近地壳深处，它们能耐受的温度越高。

遗憾的是，这三个与世隔绝的地下生态系统仍被认为属于常规地球生态系统。不过，“奇异生命”形式有可能生存在其他一些地方，包括高层大气、寒冷干燥的高原和高山顶（高山顶上高通量的紫外线辐射是普通生命形式所无法承受的）、温度低于-40℃的冰沉积层，被有毒金属严重污染、令普通生命形式无法生存的湖泊，等等。在未来的钻探工程中，无论是陆地上还是海上，完全都有可能发现生存着“奇异生命”的“影子生态圈”。

寻找“奇异生命”形式的另一个问题是，它们可能与常规生命生活在同一个生物圈中，使甄别的难度很大，如像科幻小说中所描写的那样，生活在我们中间的外星人，与地球人看上去没有什么区别。而且一个小人国版本的“外星人渗透”事件有可能真的存在于我们的地球上：看上去就像普通细菌的“奇异微生物”，与普通细菌居住在同一个环境中，人们或者已经看到它们了，但没有认出它们来。

我们不知道“影子生命”到底是什么样的，这是一个极大的挑战。因此，寻找“影子生命”的另一个方法就是：设计出探测其他生物化学结构的手段——两种微生物也许看上去完全相同，但它们在生物化学结构上未必完全相同。目前只有美国宇航局的微生物学家进行了这类实验——寻找“镜像生命”。普通生命体几乎无一例外都采用右旋糖和左旋氨基酸，并避免形成它们的镜像等价物，可如果“影子生命”是以相反的偏好发展呢？以“手性”为线索寻找“影子生命”，不失为一种明显而简单的技术。

2004年，美国生物学家克雷格·文特尔参加了人类基因组测序，当他宣布他从提取自北大西洋相当贫瘠的马尾藻海中的海水样本中分离出了120万个新的基因、1800种之前尚未确认的微生物时，整个科学界都为之震动了。文特尔说：“我们正在寻找火星上的生命，但我们其实连地球上究竟还有些什么生命都不知道。”

几个正在进行的海洋采样研究项目为发现海洋中的“影子生命”提供了绝好的机会。科学家在密切关注二氧化碳积累对海洋生物多样性的影响的同时，还将研究来自世界各地的深海微生物。如果我们能发现另一种生命起源的形式，将成为生物学史上最轰动的事件，对科学特别是天体生物学的发展产生巨大的影响，因为我们可以由此肯定：茫茫宇宙中充满了多种形式的生命。

关于地球生命起源还有许多问题需要解答，同一问题在科学界也还存在不同的观点。生命起源奥秘似乎很难破译，但科学家相信，只要坚持不懈，地球生命起源之谜最终可以被破解。