水是生命之源，但是為什麼水也是地球上第一個生命最大的威脅？

長期以來，許多科學家一直推測，地球上的第一批細胞出現在海洋中。但最近的研究表明，生命的關鍵分子及其核心過程只能在相對較淺的水域中形成。因為多項研究表明，生命的基本化學物質需要紫外線才能形成，並且水環境必須高度濃縮，甚至有時會完全變幹。

在實驗室實驗中，薩瑟蘭和其他科學家通過加熱簡單的碳基化學物質，使其經受紫外線輻射並間歇性乾燥，從而產生DNA、蛋白質和細胞的其他核心成分，但是尚未能夠在模仿海水的條件下合成如此廣泛的生物分子。

不斷湧現的證據使許多研究人員相信，生命出現在乾濕交替的陸地環境，而不是海洋。儘管水對於生命至關重要，但它也破壞了生命的核心組成部分。

原始湯

儘管生命沒有標準的定義，但大多數研究人員都認為生命需要幾個組成部分。其中一種最重要的是攜帶信息的分子——DNA，RNA或其他東西。當然，也必須有一種能複製這些分子的方法，儘管該過程可能不完善，可能出錯；此外，也許第一個生物可能已經能使用一種基於蛋白質的酶來養活和維持自身。最後，某些東西將這些不同的部分結合在一起，使它們與環境分開。

1920年代，許多研究人員認為生命起源於海洋，富含碳的化學混合物被稱為原始湯。這個觀點是由蘇聯的生物化學家亞歷山大·奧帕林和英國的遺傳學家霍爾丹提出的。每個人都把年輕的地球想像成一個巨大的化工廠，其中許多碳基化學物質溶解在早期海洋中。歐帕林認為會一些簡單的分子會形成越來越複雜的顆粒，最終形成碳水化合物和蛋白質。

1950年代，科學家開始對生命起源進行實驗室研究。1953年，美國芝加哥大學一位名叫斯坦利·米勒的年輕研究員進行一項著名的實驗，這個實驗證實生命起源於海洋的想法。

米勒用一個裝有水的玻璃燒瓶模仿海洋，並用另一個裝有甲烷，氨和氫的燒瓶模擬早期的大氣。試管連接燒瓶，電極模擬雷電。幾天的加熱和電擊足以製造甘氨酸，最簡單的胺基酸和蛋白質的必需成分。

圖註：·米勒用簡單的試驗裝置合成胺基酸。

但是隨著對細胞的深入研究，許多科學家發現這個想法存在一個根本問題：生命的基石分子可以在水中分解，這讓蛋白質和核酸在其關節處易受傷害。蛋白質由胺基酸鏈組成，而核酸是核苷酸鏈。如果將鏈條放在水中，大量的水將攻擊鏈環並最終使其斷裂。

1986年，已故的生物化學家羅伯特·夏皮羅在其著作《起源》中寫道：在碳化學中，水是大分子最大的敵人，因為分子可以被水分解。這就是水的悖論。

如今，合成生物學家凱特·阿達瑪拉認為：細胞通過限制水在細胞內的自由流動來解決分子被水分解。因此，流行的細胞質圖像通常是錯誤的。她補充說：「我們被告知，細胞質只是一個容納所有東西的袋子，所有東西都在遊動。那是不對的，所有東西都難以置信地包裹在細胞中，但是包裹這些物質的是凝膠而不是水袋。」

因此，如果生物必須保持對水的控制，則其含義顯而易見。生命可能是在陸地上形成，只有那裡斷斷續續地存在水。

陸緣說

在2009年，科學家找到生命起源於陸地的關鍵證據。科學家薩瑟蘭宣布他的團隊成功地製造出構成RNA四個核苷酸中的兩個。

薩瑟蘭將磷酸鹽和四種簡單的碳化學物溶解在水中，但高度濃縮，關鍵步驟需要紫外線輻射。通過這項實驗，他的團隊利用太陽光和一些高濃度的化學物質，製造出DNA的組成部分，而在此之前被認為這是不可能的。所以，薩瑟蘭認為這樣的生命反不可能在海洋深處發生，只能在陽光下充足的池塘或溪流中進行，因為只有在那裡，組成生命的簡單物質可以集中。

2019年，美國喬治亞州亞特蘭大市NSF-NASA化學進化中心的生物化學家Moran Frenkel-Pinter及其同事對這種方法進行擴展。他們證明，如果胺基酸變幹，胺基酸會自發連接形成蛋白樣鏈。與其他胺基酸相比，今天的蛋白質中發現的20種胺基酸更有可能發生這類反應。這意味著間歇性乾燥可以幫助解釋為什麼生命在數百種可能性中僅使用那些胺基酸。

乾濕循環

間歇性的乾燥也可以幫助驅動這些分子構件組裝的更複雜。沿著這些思路，1982年，加利福尼亞大學研究人員David Deamer和Gail Barchfeld研究另一類長鏈分子脂質如何自發組織形成包圍細胞的細胞膜。他們首先製造囊泡：球形斑點，其水質核心被兩個脂質層圍繞。然後研究人員將囊泡乾燥，脂質重新組織成多層結構，就像一疊煎餅。先前漂浮在水中的DNA鏈被困在兩層之間。當研究人員再次加水時，囊泡進行重整，DNA進入囊中。2008年，Deamer及其小組將核苷酸和脂質與水混合，然後進行乾濕循環。當脂質形成層時，核苷酸連接成RNA狀鏈。

這些反應在水中不會發生，只有在乾燥條件下進行。

其他研究指出另一個生命起源的關鍵因素：光。

合成生物學家傑克·索斯塔克（Jack Szostak）利用一些簡單細胞——包含少量化學物質，但可以生長，競爭和自我複製，進行一些實驗。如果這些原始細胞暴露在與陸地相似的條件下，它們將表現出更逼真的行為，即原始細胞可以利用光能以簡單的複製形式進行分裂。

同樣，在MRC分子生物學實驗室工作的克勞迪婭·邦菲奧（Claudia Bonfio）於2017年證明，紫外線輻射可以推動鐵硫簇的合成，這對許多蛋白質合成至關重要，鐵硫簇的合成可以驅動儲能分子ATP的合成，有助於為活細胞提供動力。但是如果將鐵硫分子簇暴露在水中，它們會破裂。

水要，但不要太多

上述這些研究推動科學家提出，生命始於光線充足，水量有限的陸地表面。但是，關於水的消耗量及其在生命起源中扮演的角色仍存在爭議。

乾燥的環境為蛋白質和RNA等分子的形成提供了機會。但是，簡單地製造RNA和其他分子並不是生命，生命必須形成一個自我維持的動態系統。

弗倫克爾-品特（Frenkel-Pinter）認為，水的破壞可能會助長這一趨勢，就像捕食動物比實操動物進化得更快，第一個生物分子可能已經進化出應對水的化學攻擊，甚至能利用水的破壞性。

在紐西蘭羅託魯瓦附近的地獄之門溫泉的一項研究中，來自熱液池的樣品經歷了乾燥和再潤溼的循環，從而促進了化學反應，產生類似RNA的分子。

弗倫克爾-品特的團隊研究結果表明：乾燥可以導致胺基酸自發連接。但是，研究小組也發現它們的原蛋白可以與RNA相互作用，兩者在水中都變得更加穩定。實際上，水扮演自然選擇，只有那些可以在水中生存的分子可以存在，其他分子則會被破壞。在每個潤溼周期中，較弱的分子或無法通過與他人結合而自我保護的分子被水破壞。而較大，更複雜的分子則被積累。

所以，她提出環境中的水不應那麼多，以至於生物分子被破壞得太快；但也不至於沒有那麼少，以至於生物分子沒有任何變化。

溫暖的小池塘

那麼，生命起源可能在哪裡發生？

開放的海洋海洋是不可行的，因為沒有辦法使化學物質濃縮。

自1980年代以來，地質學家麥可·羅素（Michael Russell）一直倡導生命始於海床的火山口，那裡溫暖的鹼性水從地殼地質構造中滲出。熱水和巖石之間的相互作用將提供化學能，該化學能首先會驅動簡單的代謝循環，製造和使用諸如RNA的化學物質。

羅素對薩瑟蘭的觀點持批評態度。羅素認為薩瑟蘭進行的只是奇妙的化學工作，這並不重要。那是因為現代生物體使用完全不同的化學過程來製造諸如RNA之類的物質。羅素認為首先出現的過程，而不是物質本身。

「生命，它會挑選非常特殊的分子。但是你不能從已知模板中挑選他們。你必須從頭開始製作它們，這就是生命。」 一旦形成RNA，蛋白質等，進化就將接管一切，並使原始生物能夠找到新方法來製造這些分子並維持自身。

同時，許多研究人員對羅素生命始於海底的說法表示反對，認為它缺乏實驗依據。

相比之下，模擬表麵條件的化學實驗已成為核酸，蛋白質和脂質的基礎，這些反應都不基於深海熱液噴口假設中。於是，生命起始於陸地小水域的想法正在增長。

科學家薩瑟蘭生命起源於隕石撞擊坑。隕石坑本來就是一個複雜的環境，表面的礦物可以充當催化劑，碳基化學物質可能會交替溶解在水中並在陽光下乾燥。薩瑟蘭說：「生命起源需要磷酸鹽，需要鐵。鐵鎳隕石很容易傳遞很多這些東西，而且撞擊還有一個優勢：隕石撞擊會衝擊大氣，產生氰化物。」

長期以來，迪姆（Deamer）一直倡導一種不同的建議：火山溫泉。他的早期實驗表明，脂質會在熱水中形成原細胞，池塘邊緣的乾濕循環將推動核酸的形成和複製。迪姆在現代火山溫泉中進行了幾次實驗，證明囊泡可能在溫泉水中形成，甚至包封核酸，但它們不會在海水中形成。同時也發現，當乾燥囊泡時，核苷酸能連接起來形成RNA樣鏈。

總結：生命起源仍是一個未解之謎，但是可以確定的是，水和陽光是生命起源的基本要素，而且越來越多的科學實驗證明生命可能於起源陸地潛水環境，而不是原始的海洋！

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