《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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