如果物種是不斷演化而來的,那麼第一個生命是如何出現…


如果物種是不斷演化而來的,那麼第一個生命是如何出現的?的頭圖

如果物種是不斷演化而來的,那麼第一個生命是如何出現的?

1953年,一個實驗震驚全球,它似乎解決了生物學的終極問題——生命是哪來的?但它錯了。

原始地球實驗

實驗由米勒與尤列主導,靈感來源於木星。木星質量是地球的318倍,巨大的引力可以輕易吸住大氣層,經久不散。同為太陽系混沌初開的行星,木星的大氣成分就是地球初期遺留至今的樣板。

米勒在實驗中照搬了木星的大氣成分,並模擬了下雨、閃電、海水等地球環境。僅一周後,冷卻液中便發現了有機物,包括生命的基本單位——氨基酸。基於此,遠古洪荒億萬年歲月裡,地球演化出生命似乎也不是什麼難事。

月球顛覆了米勒

實驗不久後,人類多次在月球上取回了月岩,發現與地球岩石一般無二,這一下子解開了月球起源之謎,也顛覆了米勒的實驗。

44億年前,地球軌道附近還有顆火星大小的原行星泰婭(Theia)。它與原地球碰撞,核心沒入地球,像雙手托舉著地核,大量碎片拋灑到太空,在引力作用下圍繞著地球,最終匯聚成月球。

連岩石都飛濺出去,何況大氣層。木星靈感頓時成為了虛妄,而且沒有大氣也就無法阻擋太陽紫外線,因此大氣中不可能誕生生命。

同時還有另一個問題,簡單來說一瓶氨基酸豐富的牛奶放在那裡,無論多久它都不會出現生命,因為它無法逆轉熵增。

生命是什麼?

薛定諤曾在《生命是什麼》書中寫到“生命以負熵為生”。熵,熱力學角度解釋為系統內熱量相對於溫度的變化率,另一種角度是系統內的混亂程度。

封閉的房間中,有杯熱水,熱水會自發地將熱量傳遞給室內空氣(熵增)。如果想要維持熱水的溫度,要對熱水進行加熱(熵減),這就是水逆轉熵增(攫取負熵)的過程。

從混亂程度來講,一瓶礦泉水滴了一滴墨,開始大部分地方還處於“純淨”狀態,然後墨分子會逐漸擴散(熵增),最終水分子與墨分子達到平衡,也就是混亂最大化。

生命精密又高度有序,同樣是2斤,吃進去的和排出去的,你說哪個更有序?能量與物質代謝就是從環境中攫取負熵,排出低級形態能量的過程。那么生命之初,甚至未出現前,根本不存在能量代謝機制,生命如何攫取負熵?

海底深處的冰與火之歌

上世紀70年代,太平洋中央的群島居民發現海底總是滲出暖流。 1979年,美國殿堂級科學家比肖夫乘潛艇下去查看,這一看便震驚了世界。

在陽光盡無、暗無天日的深海之底,冒著大量的煙。煙囪附近生物繁盛景象絲毫不遜色於亞馬遜雨林。最關鍵的是這里處處透露地球生命的底層邏輯。

圖:搓腳石,火山岩

首先是煙囪附近的岩石,結構疏鬆,孔隙比一般的“搓腳石”要小得多。巧不巧,這些孔隙直徑剛好與生物的細胞一樣大。

煙囪底部像是一口燒糊了的鍋。鍋的下面是地幔“燃氣灶”1200度的高溫。地下的強鹼性物質,通過孔隙向上輸送,而海水呈酸性。

這原本應該是“水火不容”的酸鹼中和反應,然而在鹼性物還沒從鍋底噴出就被殲滅大半。因為酸性海水會通過疏鬆孔隙滲入“鍋底”,與還沒出鍋、往上爬的強鹼物質相遇進行緩慢反應。

同時鍋底的高溫使得海水在反應瞬間就被蒸發,300~400度的水蒸氣帶著中和後的金屬離子,硫化氫等物質衝出地底,來到海底,這就是黑煙與暖流的由來。

天然的能量流動——負熵

這個鍋被科學家稱為深海熱泉口,或深海熱液噴口。泉口底部酸鹼反應中,帶酸性的氫離子不斷被消耗,意味著泉底氫離子濃度較低,而酸性海水中蘊含大量氫離子。基於熵增定理,氫離子會由高濃度向低濃度流動,跟著海水不斷滲入岩石下進行補充。

岩石之外濃度高(水位高),岩石之下濃度低(水位低),那岩石孔隙不就是一座水壩嗎?水流就是氫離子定向流動。

只要地球不涼透,“燃氣灶”就不會熄火,氫離子的流動就不會停。水壩可以穩定水流發電,岩石則利用孔隙使氫離子緩慢、穩定流動,就像是一股股電流。這就是天然的負熵,熵增的源泉是地球的內熱。

巧不巧,如今地球生物供能的方式——三羧酸循環,就是一個更加細膩的酸鹼中和反應,底層構架就是氫離子的定向流動。

圖:ATP合成酶

更確切地說是如今生物是利用氫離子的定向流動,推動ATP合成酶(轉輪)為細胞供能。被孔隙馴服的不僅只有氫離子,還有海底豐富的硫化物與金屬離子,它們都是生成有機物的最好的原材料與催化劑。

生命的起源

在生命尚未出現之前,穩定的負熵就在深海熱泉口期盼著。即便這樣都經過了億萬年才隨機合成出會汲取周圍物質與能量,進行自我複制的分子——RNA。這便是生命旅程的開始,它在後來不斷自我複制、迭代中,一路升級,越走越遠。