生命的起源｜生命的本質是什麼？我們從哪裡來？

生命是什麼？我們從哪裡來？

水是兩個氫原子和一個氧原子，通過共同的化學鍵拉在一起，我們呼吸的空氣是無數顆粒的混合物，還有灰塵和水蒸氣。

那麼是什麼組成了生命呢？是什麼構成了我們的基本本質？是什麼在40億年前將我們分隔開來，並繼續將我們與其他一切事物分隔開來?

毫無疑問，古代很多人都關心這些偉大的問題，但公元前七世紀左右，希臘人把它變成了可行的職業道路，希臘的許多哲學家，像伊壁鳩魯、盧克瑞修和柏拉圖，都專注於生命從何而來，不可否認的結論是生命產生生命。

但最初的生命如何而來？

公元前4世紀，亞里斯多德得出結論，生物是由無生命的物質自發產生，只要物質中含有沼氣和重要的熱蠕蟲。他推測是由腐爛的肥料中自發產生的，比如昆蟲、鰻魚，從潮溼的軟泥、腐爛的海藻中誕生。

儘管這在我們現在看來很不尋常，在近兩千年的時間裡，亞里斯多德關於自然發生的觀點，主導了人們對生命起源的思考。

科學家們追隨他的腳步，總結出了更複雜的高級生命形式的理論，就像17世紀早期的荷蘭科學家，讓·巴普蒂斯特·范·赫爾蒙，他認為把一件髒襯衫，放在裝有小麥胚芽的箱子裡21天，就會自然地產生活老鼠。

然而隨著時間的推移，自然生命的理論失去了人們的青睞，更科學、先進的技術，發現了動物在古老的、廢棄的土堆中出現的奇蹟，對於更小、更神秘的生物來說，細菌和奇怪的單細胞生物，阿米巴原蟲的自發產生難以被證實。

最後，在19世紀，法國生物學家路易斯·巴斯德設計了一個實驗，從一個充滿無生命物質的瓶子裡，排除任何外界的影響，一個真空的瓶子保持無菌狀態，自然生成的概念被證明是錯誤的，物質本身並不能產生生命。畢竟，直到今天，沒有實驗室能夠從中提取生命。

自然生命仍然是一個虛構的生命，只有生命繼續產生生命，然而，我們今天知道，地球在40多億年前形成，沒有生命、沒有任何生物，能夠在地震和火山頻發的環境中倖存下來。但今天我們在地球上，充滿了各種各樣的生物，從雨林到沙漠，從最高的山峰到最深的海洋深處。

所以很顯然在某種程度上，30億到40億年前，物質確實使生命成為歷史上自然產生的最後行為，成為地球上生命的起源，剩下的問題是生命如何產生的？從什麼時候開始的？

地球上的第一個生命肯定是最簡單的生命體，沒有老鼠能自發地在早期的地球生存，更不可能在地球上撒尿。為了破譯生命的起源，我們必須首先考慮，生命在其最基本的層面究竟是什麼，這是一項艱巨的任務，需要現代科學技術的共同努力。

在大多數教育系統中，人類學會了用他們的行為，來定義生物、動物、植物和真菌，它們採取措施保持自己生長和繁殖，但這並不是故事的全部，生物可能做這些事情，但不是唯一的。

根據這個定義，我們甚至可以把一些晶體、甚至計算機病毒歸類於生物，這不是地球上有機生命起源的標準的定義，相反，我們需要放大到微觀層面，來看看到生物是由什麼構成。

今天最簡單的生命形式細菌有兩種基本成分，一種自我複製的分子，比如DNA，它包含了製造另一種自身的指令，一種自我包含的新陳代謝，它提供了進行生命和複製的機制。

在這樣的定義下，我們捕捉地球上每一種生物的本質，一切都是由細胞組成的就像細菌細胞，它的核心是一個自我複製的分子，和一個自我維持的新陳代謝。

這個定義也給了病毒通往生命的道路上一個位置，即使它們不完全符合這個定義，這些微小的結構內部有一個自我複製的分子，就像所有其他生物一樣，但它們缺乏利用這個分子做任何事情的機制，所以，它們必須劫持其他生物，借用有機工廠，讓自己得以繁殖。

有些科學家會把它們歸為活物，有些則不會，有些甚至認為它們可能是生命起源之謎的一部分，介於生與死之間，所以自我複製分子和新陳代謝，或者是最初生命形式所需要的兩個發明，但它們不是簡單的發明。

我們的DNA是一個巨大複雜的宏觀分子，一條長長的雙鏈，由數百萬個更小更簡單的分子組成，它們自己用碳、氧、氫、氮原子等等，圍繞著這個巨大分子構建成現代代謝系統，對每個部分來說都是一個複雜的有機工廠，精確地調整到一個特定的功能，並依賴於其他一切來維持運轉。

當然，生命不可能從如此複雜的事物開始，它的起源必然要簡單得多，通過早期地球上存在的基本構件，或者是在年輕的海洋中首次形成的構件，所以為了找到真正的生命起源，我們必須回去研究這個年輕世界的化學成分。

在宇宙所有可能的元素中，94種自然地出現在我們的星球上，每一種元素的特徵，是它的行為和它對其他元素的親和力，以及建立或斷開連接所需要的能量。有些根本不反應，有些像矽一樣反應緩慢，需要大量的能量來重組分子，矽在地球上很豐富，但不適合改變活性生物的生命。

碳是一個更強的選擇，作為太陽系中最常見的第四種元素，它可以很容易地與其他碳原子形成牢固的鍵，以及與其他豐富的元素，氧、氫、氮強烈結合，地球上所有的生命，都是基於這種世界性的元素，與氧和氫結合在一起，現在被稱為有機分子。

糖，註定要成為我們基因分子的主幹，和細胞工廠的燃料，它由宇宙化學製成，形成於銀河系的恆星形成區域，它們在早期的海洋核基礎上，自由漂浮到簡單的氮中，含有化合物，這些化合物結合在一起，形成信息儲存的基礎，和自我複製的分子，這是生命指令手冊的分子語言。四種不同核鹼基的重複模式，編碼了在早期地球上生存、生長和繁殖的所有指令，它們可能是原始化學的自發產物。

最後，胺基酸在地球上的所有生命中普遍存在，它們是蛋白質的組成部分，幾乎所有的細胞機制都是由蛋白質構成。

為了證明這一點，在20世紀50年代，兩位美國科學家斯坦利·米勒和哈羅德·尤裡，設計了一個著名的實驗，試圖從他們認為的早期大氣的組成中，創造出這些胺基酸，他們從水、甲烷、氨和氫的混合物開始。讓電火花穿過這種混合物，在早期的地球上，同樣的情況可能是由一道閃電造成。

結果是產生了全新的化學物質，包括幾種胺基酸，構成了地球上所有生命的基本元素，他們證明了有機分子，實際上可以由無機物構成，所以這些基本元素以一種有機分子的形式，存在於地球早期的海洋中，但這本身並不是生命，分子必須以一種非常特殊的方式，聚集在一起形成自我複製分子和蛋白質機制，這是生命的關鍵，這也是今天的悖論。

幾乎所有的生物都使用DNA作為自我複製分子，分子中核鹼基的模式編碼了所有生長、繁殖和製造蛋白質的指令。

當然，要真正做到這些，它需要蛋白質機器來讀取指令，解釋指令並製造新的成分，所以需要蛋白質來讀取和複製DNA。但是首先需要DNA指令來製造蛋白質，這是最初的雞和蛋的終極難題，先有什麼，蛋白質、或者DNA？

我們回到了起點，我們的主要問題循環繼續，生命產生生命。

然而，真正的答案可能既不是DNA，也不是所有的蛋白質，今天科學家認為另一種分子填補了這個缺口，它是為我們的存在提供動力的複雜機制的真正原型，是地球上生命的真正開始。

在混亂的地球海洋深處，可能是第一次，一個分子成功的複製了自己，這是一種自我複製的單鏈分子，類似於它可以複製的DNA，但比可以複製的DNA簡單，它自身也不能形成三種結構，非常類似於今天生物所適用的蛋白質機制。

科學家們相信，這可能是一種捕獲了所有的分子，這些分子完成了早期新陳代謝，和自我複製的所有功能，其結果就是科學家們所說的R N A世界，在那裡所有的生物，都是由這種單鏈核基模式組成。

在生物起源前的海洋中，糖和核基的隨機組合在一起，我們通過化學反應自發地結合在一起，有些會再次分裂，但有些會停留在原地，並繼續生成一個長鏈，一個接一個的核基，有時鏈會影響自己的結構，捲曲或摺疊。

這樣，一種生命起源前的自然選擇，選擇了結構穩定、有用的分子，穩定鏈可以作為複製的模板，來製造另一個和自己完全相同的鏈，聚集起來的鏈，作為一個基本的機器來幫助複製，沿著一個完整的生態系統不同的反分子出現，增殖和多樣化更穩定的鏈，更成功地複製自己，漂浮在原始海洋中，但這也不是生命。

僅RNA生態系統是化學上的偶然，而不是自我維持的有機體，原始海洋中的任何化學失衡，都可能會崩潰和毀滅，整個世界都是如此。

即使是原始地球上最小的水坑，對於脆弱的分子鏈來說，也是一個很大的地方，新陳代謝化學反應所需要的化學物質，不可能再稀釋了，它們相互碰撞的機會微乎其微。有希望發生的反應，一直被漂浮在水中的其他化學物質所幹擾，所以新陳代謝要真正開始、反應，需要一個在與外界環境分離的環境中發生。

在化學物質集中的地方，諷刺的是，這些物質可以幫助控制內部的成分，所有的生物都依賴於這些獨立環境，這些環境中，有些只有一個，有些擁有數萬億分子鏈，就像早期細胞裡的分子，可能和今天看起來很不一樣。

現代細胞有無限的多樣性和複雜性，但最早的細胞要簡單得多，但它們很有可能是由類似的物質構成的，叫做脂肪酸。

這種物質在生物起源之前的化學反應中自發形成，但它們與周圍的水的相互作用，使它們成為特殊的脂肪酸分子有兩種結構，一種被水吸引，另一種被水排斥，那麼當脂肪酸發現自己浸沒在水裡的時候，它會怎麼做呢？

它不能把自己分開來滿足它兩極的天性，相反，它會自發地自我組織成球狀結構來尋求安慰，這些球狀結構保護著排斥水的部分，同時讓愛水的部分沐浴在溫暖的海水中。

脂肪酸可能不是早期地球上最豐富的分子，但它們自發的自我組織，讓它們變得很有希望，對於最早的原始細胞來說，較大的球體很容易包含複製的分子鏈，這是一個孤立和受保護的環境。

化學反應可以在這個新的、集中的內部環境中發生，受到自我組織的影響，它們內部的變化對本身產生了影響。

第一次試探性的代謝，產生了對化學穩定性的自然選擇，這意味著只有那些有利於自我保存，和永久持續的混合物才能留下來。

從聚集在年輕地球的揮發物表面，恆星誕生的原子和分子，形成的宏觀分子找到了繁殖的方法，並將它們的成功傳遞給新的一代，而生存唯一的目的是改進和成長，沿著這條路，就在這一次生命自發產生，物質產生了生命，允許生命在另外35億年裡產生生命，並持續下去。

當我們跟隨生命回到它最後的共同祖先時，我們就會發現，在地球上的什麼地方，這些進入生物體的試探性的第一步發生了。

但，最初的生命本身，可能是從外太空運輸過來的嗎？