生命起源于海底？

在汪洋大海之下數(shù)百米深的地層內(nèi)，隱藏著一塊致密的巖石，上面有一些肉眼無法辨認(rèn)的小孔。它所在的地方與地獄相差無幾，漆黑一片，高壓高溫，沒有一丁點(diǎn)兒氧氣，只有溶解了金屬的液體緩緩流淌……這里可不是什么風(fēng)水寶地，更難想象無比脆弱的生命能從這里萌生。

這幅圖景和人們的預(yù)想大相徑庭。達(dá)爾文曾經(jīng)在寫給同行的一封信中猜想生命源于一個(gè)“溫暖的小池塘”。61年前，美國生物學(xué)家斯坦利·米勒的著名實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了“原始湯”的可能。他模擬了地球早期的大氣環(huán)境，成功地使有機(jī)分子“無中生有”。

然而，生物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家心中的疑團(tuán)越來越重。世間萬物是否起源于地下深處？這個(gè)假設(shè)在幾年前根本是天方夜譚，因?yàn)閺淖置嫔蟻碚f，地球上的生命就應(yīng)該誕生在地面上，誕生在由陸地和江河湖海組成的薄殼上，即使把天上的烏、地下的蟲都考慮進(jìn)去，總共也就從地面以上數(shù)百米到地下數(shù)十米的范圍。難道還有活物能夠在這個(gè)范圍之外生存嗎？我們似乎唯有將視線轉(zhuǎn)向縹緲的太空。

可誰又能料到，我們第一次在這個(gè)生態(tài)薄殼之外發(fā)現(xiàn)生命，并非在“天外”，而是在地球內(nèi)部！1987年，科學(xué)家首度在美國東南部薩凡納河河床底下500米處發(fā)現(xiàn)了微生物，20世紀(jì)90年代又在太平洋的深海沉積物中找到了細(xì)菌?！霸诘厍蛏系娜魏蔚胤酱蛞粋€(gè)深2000米的洞，我們都能找到微生物，可能數(shù)量很少，但一定存在?！狈▏锇旱谝淮髮W(xué)的伊莎貝爾·丹尼爾說道。

生命地表起源說岌岌可危

事實(shí)上，隨著地質(zhì)學(xué)家對地下巖石層的探索越深入，“出土”微生物給生物學(xué)家?guī)淼捏@喜也就越多。它們成功占領(lǐng)了這片死氣沉沉的區(qū)域，蟄居在巖隙石縫里，依靠礦物和水接觸后產(chǎn)生的化學(xué)能維生。于是，一個(gè)猜想油然而生：這些地下生命是否最先誕生？萬物是否起源于巖石，而非“原始湯”？生命是否從地球內(nèi)部萌芽，而非地球表面？

這一假設(shè)看似驚世駭俗，其實(shí)背后有一系列不斷增加的實(shí)驗(yàn)室成果和現(xiàn)場勘察結(jié)果支持。巴黎地球物理學(xué)院今昔地球生物圈團(tuán)隊(duì)的成員貝內(nèi)迪克特·梅內(nèi)茲及其同事對此卓有貢獻(xiàn)。他們研究的是與生物和礦物相關(guān)的新交叉學(xué)科，因此被稱為“地球生物學(xué)家”。他們繼續(xù)當(dāng)年斯坦利·米勒為證實(shí)“原始湯”假設(shè)所做的工作，試圖證明如地獄般的地底環(huán)境有利于復(fù)雜分子（氨基酸、糖、堿基……）誕生，而它們對生命來說恰恰是必不可少的。

地球生物學(xué)家正在取得極為可觀的成果。他們采集海洋地殼的巖石樣本進(jìn)行分析，為此在焦金爍石的地幔里下挖數(shù)百米。在這些礦物表面或縱橫交錯(cuò)的石縫中，他們發(fā)現(xiàn)了豐富多樣的有機(jī)分子。

仰仗尖端分析手段（拉曼光譜學(xué)、各種同步輻射技術(shù)、掃描電子顯微鏡）獲得的數(shù)據(jù)告訴我們，這些分子并非全部源自生物，其中有些源自礦物；這些巖石“分泌物”甚至可以證明在地球深處發(fā)生過能催生復(fù)雜有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)。雖然研究人員的分析尚未結(jié)束，但第一批結(jié)果表明，地幔中的巖石在某些條件下的確能夠“分泌”生命分子。

這一結(jié)論足以令生命起源大討論再掀熱潮，或者更確切地說，重續(xù)未來的論戰(zhàn)。史上第一個(gè)生命起源假設(shè)“原始湯”聚焦于地球與大氣接觸的液體表面。然而，用德國生物學(xué)家根特·瓦赫特斯豪澤的話來說，問題在于“這鍋湯太清澈了，結(jié)果可想而知”。誠然，我們現(xiàn)在知道基本生命分子可在早期地球條件下形成，并在海洋里生長演化。我們也知道這些分子可能從天而降，比如隕石雨。可是接下來呢？對“原始湯”理論持異議者認(rèn)為，這些分子在水中的濃度極低，很有可能永遠(yuǎn)無法相遇，很難引起激烈復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)并創(chuàng)造生命。事實(shí)上，無論這些懸浮分子的數(shù)量多么龐大、種類多么繁多，生物學(xué)家還是未能看到細(xì)胞機(jī)制自發(fā)出現(xiàn)。他們無法建立一條令人信服的事件鏈，解釋生命起源前分子如何轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩募?xì)胞。

其他假設(shè)也紛紛出爐，其中海洋熱泉說備受矚目。在漆黑一片的茫茫深海中，涌出海底的巖漿創(chuàng)造的極端條件與早期地球環(huán)境相差無幾，然而生命依然在此繁衍不息。人們據(jù)此推測，富含鐵和硫的礦物表面促成了生命的誕生。但該環(huán)境的酸度和溫度卻使異議蜂起：從地下噴涌而出的水經(jīng)周圍巖漿的加熱，溫度往往超過300℃，對生命一點(diǎn)都不友好。

因此，2005年在大西洋中名為“失落之城”的深海熱液點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的新型深海熱泉引起了廣泛關(guān)注。它富含金屬和鹽分，呈堿性，溫度不超過90℃。換句話說，這是一個(gè)與生命相容的環(huán)境。于是一個(gè)新假設(shè)應(yīng)運(yùn)而生：這些海底“煙囪”的噴口，海水和深海熱液交匯的區(qū)域，也許正是生命誕生的搖籃。

持生命地下起源說的人認(rèn)為，最后一種假說可能最符合事實(shí)，只是我們必須繼續(xù)深挖這一特殊液體的源頭——海洋地殼內(nèi)部，研究其中的巖石。貝內(nèi)迪克特·梅內(nèi)茲及其同事就曾對這些采集到的巖石樣本進(jìn)行分析。

與深海熱液相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)早已為科學(xué)家所了解。因?yàn)檫@一反應(yīng)能生成的巖石外表發(fā)綠，呈鱗片狀，與蛇皮很相似，所以被稱為“蛇紋石化作用”，最近成為學(xué)界討論的焦點(diǎn)?！?0年前，蛇紋石化作用被視為平淡無奇的復(fù)雜蝕變反應(yīng)，但它實(shí)際上蘊(yùn)藏著很多可能性，因?yàn)檫@一反應(yīng)能產(chǎn)生大量氫氣。”貝內(nèi)迪克特·梅內(nèi)茲強(qiáng)調(diào)，“近幾年它成了大熱門，相關(guān)論文層出不窮，科學(xué)界還召開了專家云集的國際研討會。”堅(jiān)信生命起源于地球內(nèi)部的人認(rèn)為，蛇紋石化作用能直接提供生命誕生所需的能量和原料。

當(dāng)海水遇上海洋地幔

當(dāng)深埋在地殼下數(shù)千米的海洋地幔巖石和海水接觸時(shí)，這一重要反應(yīng)就發(fā)生了。其效果令人嘆為觀止。首先，蛇紋石化作用產(chǎn)生極大熱量：1千克巖石和海水接觸后能產(chǎn)生50千卡熱量，足以將1升水的溫度提高50℃。其次，它能導(dǎo)致大規(guī)模膨脹：巖石觸水后開裂，體積增加30%，生成許多縫隙，海水伺機(jī)不斷滲入，在被加熱的同時(shí)與巖石交換各種化學(xué)元素，最后匯入熱泉回到海洋。所以，2%至3%的海水始終在地球的縫隙里流動不息。

該反應(yīng)的最后一個(gè)重要結(jié)果是產(chǎn)生大量氫。“分子氫非?；钴S，能夠與周圍環(huán)境中的二氧化碳反應(yīng)?！必悆?nèi)迪克特·梅內(nèi)茲解釋道。不論是海水還是從地幔深處逸出的氣體，它們都含有二氧化碳，遇氫可生成甲烷和一整隊(duì)有機(jī)分子。這在理論上無懈可擊，貝內(nèi)迪克特·梅內(nèi)茲在深海巖石里發(fā)現(xiàn)的有機(jī)分子為此提供了活生生的證據(jù)。endprint

當(dāng)然，即使證明巖石“分泌”有機(jī)分子，我們也不能將蛇紋石化作用與生命誕生的助推劑畫上等號。巴黎第十一大學(xué)基因與演化生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究員普利菲卡西翁·洛佩茲·加西亞認(rèn)為，對此必須采取謹(jǐn)慎態(tài)度：“在20世紀(jì)50年代，我們會認(rèn)為從礦物中合成有機(jī)分子是重大發(fā)現(xiàn)?？墒菚r(shí)至今日，這些有機(jī)物質(zhì)比比皆是，甚至連彗星和隕石上也不乏它們的蹤跡。要證明生命從何而起，我們必須弄清所有化學(xué)細(xì)節(jié)，這可比尋找碳基分子難多了?！贝_實(shí)，生命起源于地球內(nèi)部的完整假設(shè)還在醞釀之中，但主要是因?yàn)檫@片“世外之地”才剛剛進(jìn)入科學(xué)家的視野。10年前，我們還以為海洋地殼中死氣沉沉！即使現(xiàn)在，我們也只能通過少數(shù)鉆井了解這片區(qū)域?？傊?，這一代價(jià)高昂的復(fù)雜探索尚停留在起步階段。

研究者的興奮點(diǎn)

話雖如此，但事實(shí)證明許多生命誕生必不可少的成分存在于地底深處，或至少能夠適應(yīng)那樣的環(huán)境，這讓不少研究者興奮不已。沒錯(cuò)，地底不缺有機(jī)物，巖石內(nèi)有液體流動，金屬含量充沛——在生命起源研究中，我們往往忽視金屬的重要性，但它們很有可能曾經(jīng)充當(dāng)了化學(xué)反應(yīng)的重要催化劑，尤其是鐵、鎳、鉻、鈷。同樣，地底也能找到化學(xué)能。

萬事俱備，只欠東風(fēng)。生命誕生還需要兩個(gè)決定性因素。首先是“區(qū)隔”（如膜），因?yàn)橐粋€(gè)生命體哪怕再原始，也必然是大量快速化學(xué)反應(yīng)的場所。如果剛起步的生物化學(xué)反應(yīng)沒有外殼包裹，那么當(dāng)分子之間不再接觸時(shí)反應(yīng)就會停止。其次，必須有能夠攜帶和傳輸信息的分子，就像現(xiàn)代生物中的DNA。

巖石絕妙地解決了“區(qū)隔”難題。“我們在電子顯微鏡下清晰地看到，巖石中的孔隙多如牛毛，這些都是溶解形成的細(xì)孔，直徑數(shù)微米，與細(xì)胞直徑相仿?！必悆?nèi)迪克特·梅內(nèi)茲強(qiáng)調(diào)。巴黎第六大學(xué)的瑪麗·克里斯汀·莫雷爾是法國生命起源探索領(lǐng)域的權(quán)威之一，她進(jìn)一步表示：“這類孔洞完全可被視為容器，化合物在那里積聚，信息在那里儲存。漸漸地，隔離‘膜成形，最終誕生第一批細(xì)胞?！?/p>

遺傳系統(tǒng)的雛形

普利菲卡西翁·洛佩茲·加西亞注意到，該礦物環(huán)境特殊的化學(xué)組成令其能夠合成許多“兩親”有機(jī)分子。也就是說，分子的一端與水分子相斥，另一端與水分子相吸。一層這樣的親水分子能夠徹底脫離形成時(shí)所依附的礦物表面，隨后在疏水力的作用下“閉合”成一個(gè)泡囊。雖然這樣的泡囊還算不上細(xì)胞，但隨著泡囊內(nèi)容物和膜的成分逐漸發(fā)生變化，最終將誕生細(xì)胞。“區(qū)隔”難題解決了，那么，遺傳信息呢？這樣的“準(zhǔn)細(xì)胞”會攜帶遺傳信息嗎？

同樣，遺傳信息也不成問題，即便一切假設(shè)還只是紙上談兵。生命初誕時(shí)的遺傳物質(zhì)其實(shí)極有可能是RNA，它既能攜帶信息，也能加速化學(xué)反應(yīng)。就其起源，科學(xué)家已進(jìn)行過大量研究。不過，因?yàn)檫@一環(huán)境探索起來難度很高，我們現(xiàn)在尚未掌握充分的直接證據(jù)。

“RNA攜帶四種常見含氮堿基。這些分子多見于隕石，很容易在實(shí)驗(yàn)室中合成?！爆旣悺た死锼雇　つ谞柦榻B道，“堿基被固定在由核糖搭成的支架上，后者可通過一個(gè)普通的有機(jī)分子獲取。但問題在于，這一甲醛聚糖反應(yīng)的效率很低。2008年，美國科學(xué)家斯蒂夫·貝納發(fā)現(xiàn)，硼酸鹽可以明顯提高反應(yīng)效率，為我們開啟了新的研究思路。”因?yàn)樵缙诘厍蛏钐幍膸r石里恰好富含硼元素。在最近發(fā)表的一篇題為《蛇紋巖和生命起源》的綜述文章中，斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)指出，在格陵蘭伊蘇阿考察點(diǎn)形成于38億年前的已知最古老的蛇紋巖附近，這種元素曾大量存在，這在時(shí)間上也與許多專家認(rèn)為的生命萌芽時(shí)期吻合。可是RNA能夠在惡劣的地底條件下幸存嗎？瑪麗·克里斯汀·莫雷爾很樂觀：“在適宜的環(huán)境條件下，RNA分子的生命力很強(qiáng)。我們已經(jīng)證明，達(dá)到一定含鹽度時(shí)——地殼下川流不息的液體便是如此——RNA能抵御至少100℃的高溫，耐壓性也有所提高?！?/p>

這一連串驚人的發(fā)現(xiàn)為解釋地球上最原始的生命細(xì)胞的出現(xiàn)指明了新方向，科學(xué)家看到了生命地下起源說的一線曙光：地幔巖石由于蛇紋石化作用產(chǎn)生能量和反應(yīng)物，巖石中的礦物充當(dāng)催化劑，就有可能生成各種有機(jī)分子。早期地球表面面臨隕石轟炸和火山噴發(fā)的內(nèi)外夾擊，環(huán)境惡劣，拒生物于千里之外，而地球內(nèi)部卻遠(yuǎn)離外界紛擾。新生的有機(jī)分子集中在巖石的孔隙中，發(fā)生了一系列復(fù)雜反應(yīng)，從而形成遺傳系統(tǒng)的雛形。而在此形成的原細(xì)胞可能會隨地下熱泉擴(kuò)散到其他地下區(qū)域，甚至匯入茫茫大海。

絕對證據(jù)遙不可及

關(guān)于生命起源地的問題，科學(xué)界觀點(diǎn)不一，一些門戶之見甚至到了僵化刻板的程度。在這樣的氛圍下，生命地下起源說還遠(yuǎn)未被大多數(shù)學(xué)者接受，但已經(jīng)引起了外星生命專家的興趣。“要想為現(xiàn)有假說分個(gè)高下，我們就必須集中精力完善實(shí)驗(yàn)以獲得更多數(shù)據(jù)，而不是一味推理?！鄙詈嵋赫f的擁護(hù)者尼克·萊恩如是說。這位英國生化學(xué)家在倫敦大學(xué)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室里模擬了一個(gè)海底熱泉，試圖通過改變其周圍環(huán)境制造出原細(xì)胞，可惜到目前為止仍一無所獲。

其他研究者也不甘人后。比如貝內(nèi)迪克特·梅內(nèi)茲帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)致力于不斷細(xì)化在地幔巖石的真實(shí)條件下自發(fā)生成的分子的特征，試圖找到它們生成所依賴的礦物或金屬催化劑。換句話說，研究人員在積累數(shù)據(jù)，以便在將來的某一天精確復(fù)現(xiàn)生命誕生的整個(gè)化學(xué)進(jìn)程。要知道，在生命起源的問題上，我們是等不到絕對證據(jù)的。杜塞爾多夫大學(xué)植物研究所的威廉·馬丁最近在《自然》雜志撰文提醒我們：“生命終會吞噬孕育它的‘腳手架，它會摧毀‘前生命。”因此，能夠在這場理論大混戰(zhàn)中一錘定音的證據(jù)早就灰飛煙滅了。

在新數(shù)據(jù)出爐之前，在生命地下起源的模型真正完成之前，有一點(diǎn)已經(jīng)確定無疑：不論世界末日如何降臨——小行星撞擊、宇宙射線導(dǎo)致不育、太陽日漸升溫把地球“烤熟”——地球深處的生物必將最晚消失。受溫?zé)岬馗沟谋幼o(hù)，哪怕地表生命消失殆盡，地下的生態(tài)系統(tǒng)仍能繼續(xù)它們暗無天日、源遠(yuǎn)流長、與世無爭的日子?；蛟S要到數(shù)百萬年后，地球生命之周期才會在這些可能見證了地球生命起源的巖石內(nèi)畫上句號。endprint