生命是什麼時候，從哪裡起源的？這一直是一個很有爭議的問題。目前人們對於生命起源的看法有兩種，一種是地外起源說；一種是地球起源說
一、地外起源說
《普羅米修斯》是我很喜歡的一部電影，電影的開頭講的是一個虛構的人類起源的故事：
一個外星人在地球上服下毒藥自殺，毒藥讓他全身都變成微小的有機分子，這些有機分子在隨後自由組合形成DNA，進而演化出如今的人類。很多人可能對於地球生命的起源也抱有類似的想法，他們認為地球生命起源於太空。當然，這只是一種最為樸（民）素（科）的生命地外起源說，這種說法認為地球生命起源於外星人或者是神（反正搞不清楚的事都推給外星人或者是神，這已經成了慣例了）。
當然，在民科版之外還有一個正經版本的地外起源說，它認為地球上最早的生命或者是構成生命的有機物，是來自於其他星球或者是星際塵埃。注意，在這個科學版本的說法裡，並沒有外星人之類的存在，科學家們的觀點是微生物或者是最初形成生命的有機物來源於宇宙。
不斷在隕石中發現的證據似乎也在印證著這一個說法。1969年一顆名為Murchison的隕石降落在澳大利亞，科學家們在這顆隕石的內部檢測出了5種氨基酸；隨後，人們陸陸續續從各種隕石中找到了更多的有機物，包括組成核酸的鹼基等，這些有機物的種類多達數萬種[1]；2019年，有科學家宣稱在隕石中發現了核糖，這是一種非常重要的物質，它是RNA的組成物質[2]；驚喜似乎還在持續，2020年2月底，科學家們在隕石中首次發現了蛋白質，這種蛋白質被稱為Hemolithin，蛋白質中含有鐵和鋰兩種元素，在蛋白質的尖端上形成一種鐵氧化物，可以利用光能將水分解為氧氣與氫氣，這個過程中產生的能量可以被生命體利用。
人類首次發現氨基酸的隕石—Murchison
首次發現蛋白質的隕石——Allende
蛋白質的結構
二、生命真的起源於地外嗎？
這些持續的發現好像確實在印證著生命起源於地外這個說法。然而，如果細細推敲的話，這個說法其實還有一些問題。
第一個問題是，隕石和地球上的同種有機物在分子結構上是存在差異的，許多都是同分異構體（分子式相同，結構不同）[1]；
同分異構體：分子式相同，結構不同
第二個問題是，手性的問題。隕石中的氨基酸和地球上的氨基酸在手性上是有差異的。什麼是手性呢？做個小實驗就懂了，舉起我們的左右手，掌心對掌心是可以貼合在一起的，但是如果都掌心向下，左右手放在一起，你就會發現此時就沒辦法貼合在一起了，這就是手性。在地球上的氨基酸，都只有左旋結構，但是隕石中的氨基酸則左旋和右旋結構都有[1]。
手性與非手性的區別
第三個問題是，在形成生命的化學演化過程中，可能需要比較多的有機物，這些隕石能不能為生命演化提供足夠的有機物？而早期地球的水熱環境無疑能夠穩定、大量地產生有機物，因此現在的主流更相信生命起源於地球這個說法。
不過，在隕石中發現的這些有機物告訴我們，可能在整個宇宙中有機物的形成是一件很普遍的事情，只要環境合適就有可能形成有機物，進而有機物繼續演化形成生命也並不是一件不可能的事情。而且，這些有機物很可能預示著，就算是找到外星生物，它們很可能也與我們一樣是碳基生物而不是硅基生物或者是砷基生物。
三、生命是如何起源的？
關於生命的起源，接收度最廣的一個說法是，在地球誕生的早期，海水溫度很高，而且地球的大氣環境比較惡劣，經常遇到電閃雷鳴，就在這種高溫和閃電的環境中，海水中的各種無機物發生化學反應形成了有機物小分子，隨後這些有機小分子繼續發生化學反應裝配成為有機大分子，繼而形成被膜包裹的細胞結構，這就是原始生命的起源。這個理論被稱為
化學進化理論。最初證實化學進化理論的要數著名的米勒實驗了，這個實驗在初高中的課本中應該就有：氨氣、甲烷、氫氣、水、二氧化碳等氣體在一個持續放電的瓶子中加熱，最後冷卻得到的液體中出現了氨基酸。後續的實驗中，人們得到了肽、核糖、核酸鹼基等多種生命形成所必需的物質。
米勒實驗示意
目前科學家們已經普遍接受了化學進化論的觀點，只不過對於化學進化發生的地點比較有爭議。
四、生命起源於哪裡？
在米勒實驗中，化學進化發生的地點在海水淺層，只有這裡才能與閃電和各種氣體直接接觸，但是問題在於那時候的地球上，空氣中沒有氧氣，自然也就沒有臭氧層，來自太空的紫外線和高能射線很容易就照射到海水中破壞已經形成的各種有機物。
那麼生命到底起源於哪裡呢？有些人認為起源於泥土，有些人認為起源於火山爆發，有些人認為起源於原始灼熱的富硫化物溶液的沸騰海洋[3]，不過持續的科學發現讓越來越多的人認識到生命其實更可能起源於海洋深處。
1967年，美國科學家在黃石公園的熱泉中發現了大量的嗜熱生物，這些生物生存的溫度很多時候都超過了60℃，因為蛋白質超過60℃就會變性，因此在此之前對生物能夠存活在60℃以上的環境是完全不敢想象的[4]；
黃石公園熱泉 圖/維基百科
嗜熱細菌 圖/Science Source
此後，得益於冷戰的持續，美蘇兩國對於海底的探索程度不斷加深。1977年，科學家們在東太平洋的洋中脊附近，發現了一個個聳立著的“煙囪“，這些煙囪的高度一般在2-5m，呈上細下粗的圓筒型，煙囪還不斷向外冒著白煙或黑煙。這些煙其實是溫度高達350°的含礦熱液，這些熱液噴湧而出，遇到周圍冷的海水後發生反應沉澱而成。——這些被稱為深海熱泉或者是”黑煙囪“。
海底黑煙囪 圖/USGS
這些深海熱泉其實是由於岩漿活動導致。在大洋底部，岩漿活動經常會非常強烈，它們從洋底噴湧而出，形成一座座海底的山嶺，這些山嶺連起來就形成了洋中脊。
從谷歌地球上可以直接看見洋中脊
在洋中脊附近，地殼薄弱，裂隙較多，海水沿著這些裂隙向下流動，接觸到這些熾熱的岩漿後向上湧出就形成了這些深海熱泉。
深海熱泉的形成示意圖
在深海熱泉周邊，溫度高，酸性大，而且含有硫化氫等有毒物質，而且這裡是深海，沒有陽光一片漆黑，科學家們在之前並不認為這裡會有生物活動。但是現實給了科學家們一個大大的驚喜：他們不僅發現了生物活動，還發現了一個完整的生態系統。這裡的生物生存不需要光照，嗜熱細菌們以熱泉噴出的硫化物為能量來源製造有機物，而其他的生物則以這些嗜熱細菌為食物維持生活。
深海熱泉附近的生物 圖/Marum
深海熱泉附近的生物 圖/NASA
深海熱泉的發現，讓科學家們認識到化學進化很有可能發生在深海熱泉附近，在這裡有各種各樣的無機物，而且海水的溫度比較穩定，還不容易受到諸如小行星撞擊、高能射線等的危害，因此是一個非常完美的化學進化場所。
2017年，科學家們在澳大利亞發現了一些微生物化石，這些微生物生活在37.7億年（甚至可能是42億年）前的深海熱泉附近，與如今的深海熱泉微生物非常相似[5]，這個化石證據無疑為生命的深海熱泉起源提供了有力證據。總而言之，生命的深海熱泉起源目前成為了最主流的學說。
深海熱泉生物化石[5]
五、生命何時出現？
關於生命出現的時間，一直很有爭議。根據化學進化的理論來說，當地球上出現原始海洋的時候（約44億年前），生命可能就隨之出現了，不過在41-38億年間持續3億年的小行星轟炸已經讓所有的證據蕩然無存。我們目前能夠找到的最早的疑似生命的證據是一些磺基化合物的代謝證據，這些證據保存在38億年前的岩石中[6]，但是這只是疑似的化石證據。
真正能夠比較確定的化石證據被稱為疊層石（又稱為微生物藻席），這是由於藍綠藻等生物聚集在一起生長，在它們生長代謝的過程中無機物堆積起來形成的層狀結構的藻席，藻席形成岩石後保存下來即成為疊層石。目前發現的疊層石證據證明，在35億年前，生命肯定已經存在了[6]。加上37.7億年前微生物化石的證據，我更傾向於相信生命在38億年前就已經出現這個說法。
藻類生長過程中的層狀結構 圖/Palaeocast
疊層石一般長這樣 圖/Wikimedia
澳大利亞鯊魚灣，正在生長中的疊層石 圖/Altcoopsys.org
參考文獻：
[1]楊晶,林楊挺,歐陽自遠.地外有機化合物[J].地學前緣,2014,21(06):165-187.
[2]Furukawa Yoshihiro,Chikaraishi Yoshito,Ohkouchi Naohiko,Ogawa Nanako O,Glavin Daniel P,Dworkin Jason P,Abe Chiaki,Nakamura Tomoki. Extraterrestrial ribose and other sugars in primitive meteorites.[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2019,116(49).
[3]齊文同,柯葉豔.早期地球的環境變化和生命的化學進化[J].古生物學報,2002(02):295-301.
[4]李三忠,許立青,張臻,孫文軍,戴黎明,郭玲莉,曹花花,張國偉.前寒武紀地球動力學(Ⅱ):早期地球[J].地學前緣,2015,22(06):10-26.
[5]Dodd, M., Papineau, D., Grenne, T. et al. Evidence for early life in Earth’s oldest hydrothermal vent precipitates. Nature 543, 60–64 (2017).
[6]史曉穎,李一良,曹長群,湯冬傑,史青.生命起源、早期演化階段與海洋環境演變[J].地學前緣,2016,23(06):128-139.
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