来源：原理

十几年前，Jim Carrey主演过一部喜剧电影《冒牌天神》（Bruce Almighty）。在剧中，不停抱怨命运不公的主角布鲁斯突然被允许做一天无所不能的“上帝”，负责管理整个世界的运行。很快，布鲁斯就被写着所有人愿望的便利贴淹没了。

图片来源：《冒牌天神》

图片来源：《冒牌天神》

不得不说，布鲁斯在剧中领到的这个任务可能只算得上是“上帝简单模式”。如果想要给布鲁斯一些真正的考验，不如把他的任务推回到生命起源的阶段，毕竟生命的那些最初时刻才是最神秘、最吸引人的。（当然，电影也可能就成了一部科幻片。）

虽然电影和故事只是一种虚构和畅想。但不可否认，生命的起源和早期进化一直是现代科学中最受关注的大问题之一。想要了解生命的起源，必须找到许多问题的答案，从生命起源的天体物理和行星背景，到前生命化学越来越复杂的发展，到第一批细胞的组装，再到达尔文进化论中的进化以及后来越来越复杂的生命形式的出现。

生命起源和早期进化的大致“时间轴”（横轴时间单位：十亿年）。| 图片设计：雯雯子；参考来源：《进化》

生命起源和早期进化的大致“时间轴”（横轴时间单位：十亿年）。| 图片设计：雯雯子；参考来源：《进化》

目前，我们已经对生命起源和早期进化的大致时间轴有了一定了解。主流学说认为，地球被认为在大约45亿年前形成，而生命很有可能起源于地球最后的主要增长阶段（约40亿年前）和最早的已知化学化石形成（约38亿年前）之间的2亿年中。

在过去的半个多世纪里，有关生命起源的研究蓬勃发展。但科学的进程从来不是直线发展的，其中有一些关键发现突破了我们的认知，也有一些发现颠覆了以往的观点，但它们的共同之处在于，它们都让我们越来越靠近生命的开端。

时间：1953年代表论文：A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions 代表科学家：Stanley L。 Miller et al。

时间：1953年代表论文：A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions 代表科学家：Stanley L。 Miller et al。

可以这么说，现代对生命起源的研究始于1953年。那一年，诺贝尔化学奖得主、化学家Harold Urey的博士生Stanley L。 Miller进行了迄今为止最著名的生物发生实验，改变了人们对前生命合成的看法。

生物发生的第一步，首先需要大量“零件”，这是最容易理解的一步。这些零件包括氨基酸、脂类、糖等等分子。Miller设计了一个简洁的仪器来模拟早期地球环境。沸水代表着冥古宙的海洋，简单的气体混合物模拟着地球原始的大气，电火花则模拟了闪电。在这种条件下，仅仅几天后，密封仪器中无色的水就变了颜色，其中开始含有许多复杂的有机分子混合物。原本透明的玻璃变得污迹斑斑，沾满了粘稠的黑色有机污泥。

Miller-Urey实验装置简单示意图。| 图片来源：Wikicommons

Miller-Urey实验装置简单示意图。| 图片来源：Wikicommons

Miller对这些化合物进行了分析，发现其中含有丰富的氨基酸等物质。随后，科学家在相似的条件中创造了一系列有机分子，这些实验确凿地表明，早期地球一定富含着生命的基本分子。这类实验成功建立起了一种范式，将生命的起源追溯到这样一种“原始汤”中，仿佛就是达尔文笔下的那个“温暖的小池塘”。

时间：1977年代表论文：Clustering of Suspension-Feeding Macrobenthos Near Abyssal Hydrothermal Vents at Oceanic Spreading Centers 代表科学家：Peter Lonsdale et al。

时间：1977年代表论文：Clustering of Suspension-Feeding Macrobenthos Near Abyssal Hydrothermal Vents at Oceanic Spreading Centers 代表科学家：Peter Lonsdale et al。

事实上，一些科学家认为，1953年的实验在某种程度上来说是“过于成功”，以至于不少专家曾一度认为，生命起源之谜已经基本被解开了。米勒的影响力一直很大，许多“米勒派”的科学家相信，闪电带来了“原始汤”，生命就是从这样的环境中诞生。

但答案显然没有那么简单。很快，新的发现似乎为生命诞生提供了另一种方案。

全球海底热液活动区的大致分布图。| 图片来源：Wikicommons

全球海底热液活动区的大致分布图。| 图片来源：Wikicommons

20世纪七八十年代，科学家在不见天日的深海海底，发现了充满生命的“黑烟囱”生态系统。这里富含矿物质的流体与炽热的火山地壳相互作用，形成喷口。这些喷口喷出的热流接触冰冷的海水时，会产生矿物沉淀，就好像冒着黑烟的大烟囱。在化学能的推动下，生命在这种不见阳光、远离地球表面的地方蓬勃发展。

现在我们已经知道，这些“烟囱”广泛地分布在海底，喷口附近的生态系统丰富多彩。人们也越来越意识到，在各种极端环境中，无论在酸性的池塘，还是沸腾的火山附近，或是冰冻的极地岩层中，生命比我们想象的更顽强和丰富，许多微生物甚至依赖来自矿物的微弱化学能就可以生存。一些科学家因此提出，为什么一定要假设生命就诞生于“温暖的小池塘”呢？事实上，生命的“零件”散落在宇宙的各个角落。

时间：1982年代表论文：Self-Splicing RNA： Autoexcision and Autocuclization of the Ribosomal RNA Intervening Sequence of Tetrahymena 代表科学家：Thomas Cech et al。

时间：1982年代表论文：Self-Splicing RNA： Autoexcision and Autocuclization of the Ribosomal RNA Intervening Sequence of Tetrahymena 代表科学家：Thomas Cech et al。

在对生命早期演化的研究中，长期以来隐藏着一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。

现如今，所有细胞生物都在使用DNA作为遗传物质，DNA携带的遗传信息能构造出蛋白质，从而实现生物的功能。DNA编码着合成蛋白质的信息，而DNA的复制又需要蛋白质的催化——那么，哪个先出现的？在生命的早期，是如何发展出这样复杂而完整的闭环的呢？

20世纪60年代，Francis Crick提出了一种可能的猜想，其中的关键就是RNA。在生命早期，RNA可能同时作为信息的载体和催化剂。这样的猜想不无道理，RNA与DNA很相似，它们同样可以承载遗传信息，但结构比DNA更简单，似乎带着更多“原始”的影子。

在不久之后，一些关键的线索出现了。1978年，Sidney Altman首次发现RNA在一种催化反应中是必需的。1982年，Thomas Cech首次证明RNA分子本身可以起到催化作用。Cech把一个未经处理的RNA分子放入没有蛋白质的试管中后，它开始了自我剪接。也就是说，RNA分子可以将自身切成碎片，并将遗传上重要的RNA片段重新连接在一起。目前，已知的RNA酶（也叫核酶）已有百种。Altman和Cech也因此被授予1989年诺贝尔化学奖。

这些证据有可能指向，在生命早期很有可能是一个RNA世界。那时，RNA是唯一的编码分子，它们随后在自我复制中进化出了更为稳定DNA分子，并让生命迈入了蛋白质世界。但这段故事的细节目前仍然很模糊，毕竟生命分子很难留下动植物那样的化石线索。现在，还有许多研究都在追寻这种从RNA到DNA的变化是如何产生的，并希望找到最古老蛋白质的线索。

时间：1999年　代表论文：2-Methyhopanoids as biomarkers for cyanobacterial oxygenic photosynthesis 代表科学家：Roger E。 Summons et al。

时间：1999年代表论文：2-Methyhopanoids as biomarkers for cyanobacterial oxygenic photosynthesis 代表科学家：Roger E。 Summons et al。

在探索生命起源的研究中，还有一些化合物被作为“分子标记”。比如，如果某一类化合物在活细胞之外很少出现，而在特定岩层中找到了它们的踪迹，就可以被看作是一种有说服力的生命证据。

藿烷类化合物在稳定细胞膜方面具有重要作用。| 图片来源：Wikicommons

藿烷类化合物在稳定细胞膜方面具有重要作用。| 图片来源：Wikicommons

藿烷类化合物（Hopanoids）就属于这样一类有机物。每个藿烷都有一个独特的骨架，藿烷类化合物在稳定保护性的细胞膜方面发挥着重要作用，这类物质可能是所有分子生物标记物中最具说服力的之一。

1999年，Roger Summons和团队在西澳大利亚25亿年前的黑色页岩中发现了藿烷分子变体。这里的岩石几乎没有受到过热量的改变，也没有受到地表生物或者地下水的污染，因此有可能让古老的生物分子保留下来。这些被称为2-甲基藿烷（2-Methyhopanoid）的分子只在光合蓝藻中被发现，而蓝藻是古地球上最主要的氧气制造者。

Summons认为，地球上的光合作用在25亿年前就开始了。这个年代与当时已知的氧气的增加是一致的。这项研究也为古生物学开辟了新的道路，科学家可以在保存下来的分子碎片中寻找光合作用的起源。

但对持怀疑态度的人来说，尽管样本所在的岩层条件优越，但污染仍会是个大问题。藿烷类化合物在地球上四处都是，在如此长久的地球历史中，我们并不能确定这些藿烷究竟是何时以何种方式到达那里的。

在生命起源的研究中有太多不确定性，因此类似的争论比比皆是，它们虽然看起来激烈，甚至针锋相对，但也总是很有趣，总能带来新的发现。

生命的起源只是第一步，非生命系统产生原始的生命形式，随后演化出成生物个体，并最终在地球上步入自然选择驱动的进化和多样化的轨道。这个过程经历了数十亿年，相关的研究自然也不是几篇论文就能囊括。也许有一天，我们或许能用一个更完整、更可靠的故事，最终回答生命起源的问题。但这个答案中的每一个字、每一句话的背后，一定都包含了无数的争论、推翻与重建。

关于生命起源的4项著名研究