您当前的位置: 首页 >  博客资讯

如果物种是不断演化而来的,那么第一个生命是如何出现的?

1953年,一个实验震惊全球,它似乎解决了生物学的终极问题――生命是哪来的?但它错了。

原始地球实验

实验由米勒与尤列主导,灵感来源于木星。木星质量是地球的318倍,巨大的引力可以轻易吸住大气层,经久不散。同为太阳系混沌初开的行星,木星的大气成分就是地球初期遗留至今的样板。

米勒在实验中照搬了木星的大气成分,并模拟了下雨、闪电、海水等地球环境。仅一周后,冷却液中便发现了有机物,包括生命的基本单位――氨基酸。基于此,远古洪荒亿万年岁月里,地球演化出生命似乎也不是什么难事。

月球颠覆了米勒

实验不久后,人类多次在月球上取回了月岩,发现与地球岩石一般无二,这一下子解开了月球起源之谜,也颠覆了米勒的实验。

44亿年前,地球轨道附近还有颗火星大小的原行星泰娅(Theia)。它与原地球碰撞,核心没入地球,像双手托举着地核,大量碎片抛洒到太空,在引力作用下围绕着地球,最终汇聚成月球。

连岩石都飞溅出去,何况大气层。木星灵感顿时成为了虚妄,而且没有大气也就无法阻挡太阳紫外线,因此大气中不可能诞生生命。

同时还有另一个问题,简单来说一瓶氨基酸丰富的牛奶放在那里,无论多久它都不会出现生命,因为它无法逆转熵增。

生命是什么?

薛定谔曾在《生命是什么》书中写到“生命以负熵为生”。熵,热力学角度解释为系统内热量相对于温度的变化率,另一种角度是系统内的混乱程度。

封闭的房间中,有杯热水,热水会自发地将热量传递给室内空气(熵增)。如果想要维持热水的温度,要对热水进行加热(熵减),这就是水逆转熵增(攫取负熵)的过程。

从混乱程度来讲,一瓶矿泉水滴了一滴墨,开始大部分地方还处于“纯净”状态,然后墨分子会逐渐扩散(熵增),最终水分子与墨分子达到平衡,也就是混乱最大化。

生命精密又高度有序,同样是2斤,吃进去的和排出去的,你说哪个更有序?能量与物质代谢就是从环境中攫取负熵,排出低级形态能量的过程。那么生命之初,甚至未出现前,根本不存在能量代谢机制,生命如何攫取负熵?

海底深处的冰与火之歌

上世纪70年代,太平洋中央的群岛居民发现海底总是渗出暖流。1979年,美国殿堂级科学家比肖夫乘潜艇下去查看,这一看便震惊了世界。

在阳光尽无、暗无天日的深海之底,冒着大量的烟。烟囱附近生物繁盛景象丝毫不逊色于亚马逊雨林。最关键的是这里处处透露地球生命的底层逻辑。

图:搓脚石,火山岩

首先是烟囱附近的岩石,结构疏松,孔隙比一般的“搓脚石”要小得多。巧不巧,这些孔隙直径刚好与生物的细胞一样大。

烟囱底部像是一口烧糊了的锅。锅的下面是地幔“燃气灶”1200度的高温。地下的强碱性物质,通过孔隙向上输送,而海水呈酸性。

这原本应该是“水火不容”的酸碱中和反应,然而在碱性物还没从锅底喷出就被歼灭大半。因为酸性海水会通过疏松孔隙渗入“锅底”,与还没出锅、往上爬的强碱物质相遇进行缓慢反应。

同时锅底的高温使得海水在反应瞬间就被蒸发,300~400度的水蒸气带着中和后的金属离子,硫化氢等物质冲出地底,来到海底,这就是黑烟与暖流的由来。

天然的能量流动――负熵

这个锅被科学家称为深海热泉口,或深海热液喷口。泉口底部酸碱反应中,带酸性的氢离子不断被消耗,意味着泉底氢离子浓度较低,而酸性海水中蕴含大量氢离子。基于熵增定理,氢离子会由高浓度向低浓度流动,跟着海水不断渗入岩石下进行补充。

岩石之外浓度高(水位高),岩石之下浓度低(水位低),那岩石孔隙不就是一座水坝吗?水流就是氢离子定向流动。

只要地球不凉透,“燃气灶”就不会熄火,氢离子的流动就不会停。水坝可以稳定水流发电,岩石则利用孔隙使氢离子缓慢、稳定流动,就像是一股股电流。这就是天然的负熵,熵增的源泉是地球的内热。

巧不巧,如今地球生物供能的方式――三羧酸循环,就是一个更加细腻的酸碱中和反应,底层构架就是氢离子的定向流动。

图:ATP合成酶

更确切地说是如今生物是利用氢离子的定向流动,推动ATP合成酶(转轮)为细胞供能。被孔隙驯服的不仅只有氢离子,还有海底丰富的硫化物与金属离子,它们都是生成有机物的最好的原材料与催化剂。

生命的起源

在生命尚未出现之前,稳定的负熵就在深海热泉口期盼着。即便这样都经过了亿万年才随机合成出会汲取周围物质与能量,进行自我复制的分子――RNA。这便是生命旅程的开始,它在后来不断自我复制、迭代中,一路升级,越走越远。