萬物是否起源於巖石,而非地球「原始湯」中?

在汪洋大海之下數百米深的地層內，隱藏著一塊緻密的巖石，上面有一些肉眼無法辨認的小孔。它所在的地方與地獄相差無幾，漆黑一片，高壓高溫，沒有一丁點兒氧氣，只有溶解了金屬的液體緩緩流淌……這裡可不是什麼風水寶地，更難想像無比脆弱的生命能從這裡萌生。

這幅圖景和人們的預想大相逕庭。達爾文曾經在寫給同行的一封信中猜想生命源於一個「溫暖的小池塘」。61年前，美國生物學家斯坦利·米勒的著名實驗驗證了「原始湯」的可能。他模擬了地球早期的大氣環境，成功地使有機分子「無中生有」。

然而，生物學家和地質學家心中的疑團越來越重。世間萬物是否起源於地下深處？這個假設在幾年前根本是天方夜譚，因為從字面上來說，地球上的生命就應該誕生在地面上，誕生在由陸地和江河湖海組成的薄殼上，即使把天上的烏、地下的蟲都考慮進去，總共也就從地面以上數百米到地下數十米的範圍。難道還有活物能夠在這個範圍之外生存嗎？我們似乎唯有將視線轉向縹緲的太空。

可誰又能料到，我們第一次在這個生態薄殼之外發現生命，並非在「天外」，而是在地球內部！1987年，科學家首度在美國東南部薩凡納河河床底下500米處發現了微生物，20世紀90年代又在太平洋的深海沉積物中找到了細菌。「在地球上的任何地方打一個深2000米的洞，我們都能找到微生物，可能數量很少，但一定存在。」法國裡昂第一大學的伊莎貝爾·丹尼爾說道。

生命地表起源說岌岌可危

事實上，隨著地質學家對地下巖石層的探索越深入，「出土」微生物給生物學家帶來的驚喜也就越多。它們成功佔領了這片死氣沉沉的區域，蟄居在巖隙石縫裡，依靠礦物和水接觸後產生的化學能維生。於是，一個猜想油然而生：這些地下生命是否最先誕生？萬物是否起源於巖石，而非「原始湯」？生命是否從地球內部萌芽，而非地球表面？

這一假設看似驚世駭俗，其實背後有一系列不斷增加的實驗室成果和現場勘察結果支持。巴黎地球物理學院今昔地球生物圈團隊的成員貝內迪克特·梅內茲及其同事對此卓有貢獻。他們研究的是與生物和礦物相關的新交叉學科，因此被稱為「地球生物學家」。他們繼續當年斯坦利·米勒為證實「原始湯」假設所做的工作，試圖證明如地獄般的地底環境有利於複雜分子（胺基酸、糖、鹼基……）誕生，而它們對生命來說恰恰是必不可少的。

地球生物學家正在取得極為可觀的成果。他們採集海洋地殼的巖石樣本進行分析，為此在焦金爍石的地幔裡下挖數百米。在這些礦物表面或縱橫交錯的石縫中，他們發現了豐富多樣的有機分子。

仰仗尖端分析手段（拉曼光譜學、各種同步輻射技術、掃描電子顯微鏡）獲得的數據告訴我們，這些分子並非全部源自生物，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生過能催生複雜有機化合物的化學反應。雖然研究人員的分析尚未結束，但第一批結果表明，地幔中的巖石在某些條件下的確能夠「分泌」生命分子。

這一結論足以令生命起源大討論再掀熱潮，或者更確切地說，重續未來的論戰。史上第一個生命起源假設「原始湯」聚焦於地球與大氣接觸的液體表面。然而，用德國生物學家根特·瓦赫特斯豪澤的話來說，問題在於「這鍋湯太清澈了，結果可想而知」。誠然，我們現在知道基本生命分子可在早期地球條件下形成，並在海洋裡生長演化。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」理論持異議者認為，這些分子在水中的濃度極低，很有可能永遠無法相遇，很難引起激烈複雜的化學反應並創造生命。事實上，無論這些懸浮分子的數量多麼龐大、種類多麼繁多，生物學家還是未能看到細胞機制自發出現。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變為有生命的細胞。

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

因此，2017年在大西洋中名為「失落之城」的深海熱液點發現的新型深海熱泉引起了廣泛關注。它富含金屬和鹽分，呈鹼性，溫度不超過90℃。換句話說，這是一個與生命相容的環境。於是一個新假設應運而生：這些海底「煙囪」的噴口，海水和深海熱液交匯的區域，也許正是生命誕生的搖籃。

持生命地下起源說的人認為，最後一種假說可能最符合事實，只是我們必須繼續深挖這一特殊液體的源頭——海洋地殼內部，研究其中的巖石。貝內迪克特·梅內茲及其同事就曾對這些採集到的巖石樣本進行分析。

與深海熱液相關的化學反應早已為科學家所了解。因為這一反應能生成的巖石外表發綠，呈鱗片狀，與蛇皮很相似，所以被稱為「蛇紋石化作用」，最近成為學界討論的焦點。「10年前，蛇紋石化作用被視為平淡無奇的複雜蝕變反應，但它實際上蘊藏著很多可能性，因為這一反應能產生大量氫氣。」貝內迪克特·梅內茲強調，「近幾年它成了大熱門，相關論文層出不窮，科學界還召開了專家雲集的國際研討會。」堅信生命起源於地球內部的人認為，蛇紋石化作用能直接提供生命誕生所需的能量和原料。

當海水遇上海洋地幔

當深埋在地殼下數千米的海洋地幔巖石和海水接觸時，這一重要反應就發生了。其效果令人嘆為觀止。首先，蛇紋石化作用產生極大熱量：1千克巖石和海水接觸後能產生50千卡熱量，足以將1升水的溫度提高50℃。其次，它能導致大規模膨脹：巖石觸水後開裂，體積增加30%，生成許多縫隙，海水伺機不斷滲入，在被加熱的同時與巖石交換各種化學元素，最後匯入熱泉回到海洋。所以，2%至3%的海水始終在地球的縫隙裡流動不息。

該反應的最後一個重要結果是產生大量氫。「分子氫非常活躍，能夠與周圍環境中的二氧化碳反應。」貝內迪克特·梅內茲解釋道。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有機分子。這在理論上無懈可擊，貝內迪克特·梅內茲在深海巖石裡發現的有機分子為此提供了活生生的證據。

當然，即使證明巖石「分泌」有機分子，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。巴黎第十一大學基因與演化生態學實驗室的研究員普利菲卡西翁·洛佩茲·加西亞認為，對此必須採取謹慎態度：「在20世紀50年代，我們會認為從礦物中合成有機分子是重大發現。可是時至今日，這些有機物質比比皆是，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細節，這可比尋找碳基分子難多了。」確實，生命起源於地球內部的完整假設還在醞釀之中，但主要是因為這片「世外之地」才剛剛進入科學家的視野。10年前，我們還以為海洋地殼中死氣沉沉！即使現在，我們也只能通過少數鑽井了解這片區域。總之，這一代價高昂的複雜探索尚停留在起步階段。

研究者的興奮點

話雖如此，但事實證明許多生命誕生必不可少的成分存在於地底深處，或至少能夠適應那樣的環境，這讓不少研究者興奮不已。沒錯，地底不缺有機物，巖石內有液體流動，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充當了化學反應的重要催化劑，尤其是鐵、鎳、鉻、鈷。同樣，地底也能找到化學能。

萬事俱備，只欠東風。生命誕生還需要兩個決定性因素。首先是「區隔」（如膜），因為一個生命體哪怕再原始，也必然是大量快速化學反應的場所。如果剛起步的生物化學反應沒有外殼包裹，那麼當分子之間不再接觸時反應就會停止。其次，必須有能夠攜帶和傳輸信息的分子，就像現代生物中的DNA。

巖石絕妙地解決了「區隔」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孔，直徑數微米，與細胞直徑相仿。」貝內迪克特·梅內茲強調。巴黎第六大學的瑪麗·克裡斯汀·莫雷爾是法國生命起源探索領域的權威之一，她進一步表示：「這類孔洞完全可被視為容器，化合物在那裡積聚，信息在那裡儲存。漸漸地，隔離『膜』成形，最終誕生第一批細胞。」

遺傳系統的雛形

普利菲卡西翁·洛佩茲·加西亞注意到，該礦物環境特殊的化學組成令其能夠合成許多「兩親」有機分子。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所依附的礦物表面，隨後在疏水力的作用下「閉合」成一個泡囊。雖然這樣的泡囊還算不上細胞，但隨著泡囊內容物和膜的成分逐漸發生變化，最終將誕生細胞。「區隔」難題解決了，那麼，遺傳信息呢？這樣的「準細胞」會攜帶遺傳信息嗎？

同樣，遺傳信息也不成問題，即便一切假設還只是紙上談兵。生命初誕時的遺傳物質其實極有可能是RNA，它既能攜帶信息，也能加速化學反應。就其起源，科學家已進行過大量研究。不過，因為這一環境探索起來難度很高，我們現在尚未掌握充分的直接證據。

「RNA攜帶四種常見含氮鹼基。這些分子多見於隕石，很容易在實驗室中合成。」瑪麗·克裡斯汀·莫雷爾介紹道，「鹼基被固定在由核糖搭成的支架上，後者可通過一個普通的有機分子獲取。但問題在於，這一甲醛聚糖反應的效率很低。2018年，美國科學家斯蒂夫·貝納發現，硼酸鹽可以明顯提高反應效率，為我們開啟了新的研究思路。」因為早期地球深處的巖石裡恰好富含硼元素。在最近發表的一篇題為《蛇紋巖和生命起源》的綜述文章中，史丹福大學的研究團隊指出，在格陵蘭伊蘇阿考察點形成於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，這在時間上也與許多專家認為的生命萌芽時期吻合。可是RNA能夠在惡劣的地底條件下倖存嗎？瑪麗·克裡斯汀·莫雷爾很樂觀：「在適宜的環境條件下，RNA分子的生命力很強。我們已經證明，達到一定含鹽度時——地殼下川流不息的液體便是如此——RNA能抵禦至少100℃的高溫，耐壓性也有所提高。」

這一連串驚人的發現為解釋地球上最原始的生命細胞的出現指明了新方向，科學家看到了生命地下起源說的一線曙光：地幔巖石由於蛇紋石化作用產生能量和反應物，巖石中的礦物充當催化劑，就有可能生成各種有機分子。早期地球表面面臨隕石轟炸和火山噴發的內外夾擊，環境惡劣，拒生物於千裡之外，而地球內部卻遠離外界紛擾。新生的有機分子集中在巖石的孔隙中，發生了一系列複雜反應，從而形成遺傳系統的雛形。而在此形成的原細胞可能會隨地下熱泉擴散到其他地下區域，甚至匯入茫茫大海。

絕對證據遙不可及

關於生命起源地的問題，科學界觀點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未被大多數學者接受，但已經引起了外星生命專家的興趣。「要想為現有假說分個高下，我們就必須集中精力完善實驗以獲得更多數據，而不是一味推理。」深海熱液說的擁護者尼克·萊恩如是說。這位英國生化學家在倫敦大學學院的實驗室裡模擬了一個海底熱泉，試圖通過改變其周圍環境製造出原細胞，可惜到目前為止仍一無所獲。

其他研究者也不甘人後。比如貝內迪克特·梅內茲帶領的團隊致力於不斷細化在地幔巖石的真實條件下自發生成的分子的特徵，試圖找到它們生成所依賴的礦物或金屬催化劑。換句話說，研究人員在積累數據，以便在將來的某一天精確復現生命誕生的整個化學進程。要知道，在生命起源的問題上，我們是等不到絕對證據的。杜塞道夫大學植物研究所的威廉·馬丁最近在《自然》雜誌撰文提醒我們：「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中一錘定音的證據早就灰飛煙滅了。

在新數據出爐之前，在生命地下起源的模型真正完成之前，有一點已經確定無疑：不論世界末日如何降臨——小行星撞擊、宇宙射線導致不育、太陽日漸升溫把地球「烤熟」——地球深處的生物必將最晚消失。受溫熱地腹的庇護，哪怕地表生命消失殆盡，地下的生態系統仍能繼續它們暗無天日、源遠流長、與世無爭的日子。或許要到數百萬年後，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畫上句號。