地球生命从何而来？

近来有日本媒体报道，科学家已经在小行星龙宫（Ryugu，编号162173）样本中检测到了“生命之源”——20多种氨基酸的存在。众所周知，氨基酸是构成蛋白质的基本单元，蛋白质是构成一切地球生命的物质组分，因此氨基酸被认为是组成生命的基石。不难理解，地外生命成为了网友们最近热议的话题。此次话题关乎的根本是地球生命起源问题，这也是一代又一代的科学家穷尽一生想要回答的问题。

关于生命起源，目前科学界有三种流行的假说：

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化学起源假说

化学起源假说起初被称为“原始汤”（Primodial Soup）假说，由奥巴林（Alexander Oparin）和霍尔丹（J. B. S. Haldane）提出，认为地球上的生命由非生命物质经过长期演化而来。

1952年，美国芝加哥大学的研究生斯坦利·米勒（Stanley Miller）在他的导师、诺贝尔奖化学奖得主哈罗德·尤里（Harold Urey）的指导下进行了一项迄今为止最著名的生命起源实验，为化学起源假说提供了理论依据。他们将甲烷、氨气和氢气密封在一个无菌的硼硅酸盐玻璃大烧瓶里，与之连接另一个盛水的烧瓶。随后，米勒对水进行加热，产生的水蒸气混入大烧瓶中。同时通过电极不断放电，模拟闪电，创造出一个微型的地球原始大气环境，反应的产物通过冷凝后收集。很快，反应后的溶液在一天之后变成了粉色，一周后变成了深红色。结果显示，实验中产生了大量包含氨基酸在内的有机物[2]。我们已知的构成蛋白质的标准氨基酸共20种，而米勒-尤里实验创造出了其中5种。米勒学派由此认为，地球生命起源于原始海洋：无机物先转变为有机小分子，有机小分子逐渐发展为大分子，最后演变成为原始生命。

有趣的是，2021年，一个由西班牙和意大利科学家组成的团队重复了这个经典实验，发现了米勒遗漏的一个重要因素，那就是实验容器的材质对结果的影响。他们既使用了米勒用到的硼硅酸盐玻璃容器，又增加了特氟龙（聚四氟乙烯，具有较高的化学惰性）容器作对比。结果发现，使用玻璃容器的实验含有最多样的复杂有机反应产物，由此认为玻璃内表面的腐蚀影响了实验的结果。被释放进溶液的二氧化硅分子可能起到了催化剂的作用，加速了氮、碳和氢原子之间的化学反应，最终促成了有机分子的形成，论文发表在《科学报告》上[4]。文章认为，米勒-尤里实验中使用的硼硅酸盐玻璃容器更真实地模拟了地球环境，因为分布在地球表面的地壳九成以上由硅酸盐组成，实验中的玻璃就好比地球上的岩石，起到了催化反应的作用。

尽管米勒-尤里实验取得了开创性的进展，化学起源假说由此被广泛认可，但是有两大无法解释的缺陷：1. 米勒-尤里实验只是证明了在原始地球环境里，无机物是可以合成有机小分子的，并没有证明从有机小分子（如氨基酸）是如何演变成具有生物功能的大分子（蛋白质、核酸）的。换句话说，米勒解决了生物分子所需的基本单元，但距离生命起源的真正答案仍然很遥远，如何解释从有机分子产生到原始生命出现，是一个人类还暂时无法跨越的天堑。2. 地球年龄是45.5亿年，地球上最早的原始生命（如加拿大魁北克最古老的生命化石）可能是出现在40亿年前。即只有5亿年的时间从无机物到有原始生命，留给化学起源的时间可能太过短暂。

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宇宙胚种假说

1969年9月28日，一块富含有机物和水的碳质球粒陨石在澳大利亚默奇森（Murchison）小镇从天而降。默奇森陨石是人类已知的最罕见的陨石类型（CM2）之一，它原始的组分使之犹如时间胶囊，封存了早期太阳系的诸多信息（陨石：那些最负盛名的宇宙信使）。科学家已经在其中发现了超过100种氨基酸，包括常见的氨基酸如甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸，也包括一些罕见的氨基酸，例如异缬氨酸、叔亮氨酸以及二氨基酸类（新冠病毒来自流星？流星表示拒绝背锅！）。由此出现宇宙胚种假说：地球上的生命是小行星和彗星从外太空带来的。大量撞击地球的小天体，给早期地球播下了生命的种子，逐渐演化成了如今生机勃勃的景象。

宇宙胚种假说虽然诱人又神秘，但同样面临着两个无法解释的难题：1. 如果地球生命是陨石带来的，那么地球生命应是多种多样的。陨石中的氨基酸（非生物成因）含有等量的左旋和右旋两种空间构型，为什么地球生命（除极少数低等生命体如病毒外）偏偏只选择左旋氨基酸构建蛋白质，难道大自然独独偏爱“左撇子”？2. 宇宙胚种假说没有从根本上回答生命起源问题，即陨石里携带的生命是怎么产生的仍然没有答案。

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温暖的小池塘假说

现代生物学告诉我们，所有生命形式都有基本的细胞功能。DNA（脱氧核糖核酸）为新陈代谢提供化学蓝图，RNA（核糖核酸）作为信使将这些信息翻译到核糖体，并将氨基酸运送给核糖体合成蛋白质，由蛋白质执行细胞功能。DNA的复杂性使它不太可能出现在原始生命中。随着RNA作为某些病毒遗传物质载体的发现，以及对RNA分子的结构和功能的研究，科学家发现它既有DNA的自我复制能力，又具有蛋白质的催化性质，从而推测RNA可能是最古老的生命分子（RNA世界假说由Gilbert于1986年提出[5]），起初可能同时承担了DNA和蛋白质的功能，后来渐渐出现形态功能的分化，才衍生出后两者。

作为地球上每一个生物的遗传物质，DNA和RNA由5种碱基组成，分为嘌呤和嘧啶。2022年，借助更敏感的分析方法（采用冷水而不是高温甲酸提取），科学家在包括Murchison在内的碳质球粒陨石中找到了组成DNA和RNA的5种信息单元中此前一直未被发现的最后2种碱基：胞嘧啶和胸腺嘧啶，自此构成如今生命的全套碱基类型已全部在陨石中发现[6]。文章认为，碱基作为DNA和RNA的构建模块，在早期地球可以大大地促进地球原始生命的诞生。

温暖的小池塘假说（Warm Little Pond，最初由达尔文于1871年提出）结合了化学起源假说和宇宙胚种假说的优点，认为陨石（以及少量星际尘埃）带来碱基等有机物，在地球表面一些温暖的小池塘中，通过光解、水解、干湿循环等过程聚合形成RNA。科学家还建立了一套完整的数值模型来描述在温暖的小池塘中碱基的演化过程，结果认为RNA聚合物可以出现在41.7亿年前[7]，这与地球上最古老的生命出现的时间恰好吻合。

但显然，生命起源的答案远没有这么简单。也有观点认为，RNA可能产生于深海热液喷口，如白烟囱假说、黑烟囱假说。星云中继假说甚至认为，地球生命从上一代恒星中继承而来（生命起源的星云中继假说）。

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结语：

随着科学技术的发展，关于生命起源，人类已经取得了很大的进步。虽然目前组成地球生命DNA和RNA的5种碱基已经全部在陨石中发现，但是却一直无法打破非生命和生命之间的壁垒，无法合成蛋白质和DNA。人类在大自然面前也许正如牛顿所说仿佛是海边“捡贝壳的孩子”，又或者是刘慈欣在《三体》中农场里那些“鸡”。生命从何而来？地球出现生命是偶然还是必然？面对这一亘古之问，希望科学家、哲学家以及每一个仰望星空的人在追寻真理的路上永远保持敬畏、谦卑之心。