尋秘自然02 海底黑煙囪假說令人信服,連陸地上也有證據(文字版

上一集我們說到，生命想要出現，必須要具備兩個條件。第一個條件，就是我們要找到一個環境，在這個環境中可以讓小分子自由地活動，從而聚集在一起，形成大分子結構。也就是說，我們要找到一個液態環境。如果是在乾燥的陸地上，那麼由於重力的原因，只要分子稍微大一點，它們就很容易落到地上，這樣一來它們就很難發生接觸，形成更加複雜的大分子結構。第二個條件，就是在這個環境中我們還必須要擁有一個天然的物理屏障，這樣一來才能讓大分子穩定地聚集在一起，形成更加複雜的結構。要知道在純粹的液態環境中，分子最終是一定會均勻地擴散在液體中的，這就好像我們把一塊方糖扔到這瓶水中，那麼糖分子最終一定會均勻地擴散在水中，而不可能反過來，它們重新又聚集成一塊方糖。這個是由熱力學第二定律決定的。

有些人可能會想，這些所謂的物理法則，是不是限制了科學家們的想像力，它是一種思維禁錮呢？其實不然啊！如果我們脫離已知的物理法則，去思考生命起源問題，那麼就好像有一個人他不懂力學規律，但是他卻想要造出火箭一樣，他永遠只能是空想。在地球上要滿足第一個條件，科學家們首先想到的就是海洋，但問題是海洋很難滿足第二個條件，海洋中的水太多了，分子無法自然聚集起來，這兩種條件似乎存在著悖論，很難同時滿足。直到 1977 年發生了一件奇特的事情，讓生物學家們看到了一個過去從未想到過的奇特環境，這件事情就讓所有的生物學家們感到激動不已。那這到底是一件什麼樣的事情呢？

1977年，阿爾文號潛艇來到著名的加拉帕格斯群島附近的海域，深深地潛入將近 2500 米深的海底。在這片完全漆黑壓力巨大的海底，科學家們發現數十個丘狀體，不停地噴著黑色和白色的煙霧，含硫化物的熾熱液體，從直徑約 15 釐米的煙囪中噴出，溫度超過 300 攝氏度。科學家們形象地把這些噴著煙霧的丘狀體，統稱為海底黑煙囪。令人震驚的是，在這樣一個似乎是生命禁區的地方，卻發現了生命！兩年後的 1979 年，帶著很多生物學家阿爾文號再次回到這裡，對海底黑煙囪做了一次全面的考察，這次考察刷新了人類對生命的認知。在這樣的一個極端環境中，卻存在著一個完整的生物群落，從細菌到各種蠕蟲，再到各種蝦兵蟹將，那是應有盡有。這些生物不需要氧氣，它們的能量來源是海底火山口的熱量，以及各種硫化物。他們發現的嗜熱細菌，能夠在 350 攝氏度的高溫海水中存活。這次發現徹底刷新了人們對生命的舊有認知，海底黑煙囪的發現，激發了一大波科學家的熱情。他們最先想要解決的問題就是，這些黑煙囪到底是怎麼出現的呢？

原來在深深的大洋底部，會存在著地殼板塊與板塊之間的裂縫，這些裂縫可以直通地底深處的巖漿池，所以當海水滲到這些裂縫中後，就會被加熱到幾百攝氏度，熱的水比冷的水輕，所以這些滾燙的水就會從裂縫中噴湧而出，在這個過程中，來自地底深處的各種化學物質也被帶了出來，這樣一來，構成生命物質的各種化學原材料就有了，熱水遇到了冷水就會被降溫，然後那些被帶出來的化學物質就會慢慢沉澱下來，在大洋的底部形成厚厚的沉積物，而這些沉積物往往有著非常疏鬆的結構，它們就像是珊瑚礁 布滿了孔洞，也有點像海綿，而這些微小的孔洞就是一些天然的物理屏障，它們會形成一種類似喇叭口一樣的結構，這樣一來，物質就是進去容易出來難了。於是生命起源所需要的兩個重要條件，就都奇蹟般地同時具備了。

在黑煙囪附近有充足的水，分子可以自由地活動，然後又可以被密密麻麻的孔洞結構困住，使得小分子有機會碰撞聚合成大分子，大分子進一步聚合成更大的分子，複雜結構就在這樣的碰撞聚合中逐漸形成了。實際上，在深深的大洋深處也並不是完全黑暗的，有一次，美國科學家在 5000 米深的海底他們把深潛器的燈光關閉了 5 分鐘，在一片漆黑中，他們在熱液口發現了光線，這種光線可能被最早的某一種生物利用了。果然，後來科學家們在黑煙囪附近發現，有一種蝦的背上有感光區，它能夠感知藍綠光線。有科學家猜測，這可能就是光合作用的最早起源。可能你以為，要尋找生命起源於海底黑煙囪的證據，那就必須要到深深的大洋底部去。其實你別忘了，地球上的海洋與陸地一直都是在變遷的，遠古時期的海底到了今天 那完全就有可能是陸地了。所以，我們完全有可能就在陸地上找到黑煙囪的遺蹟。

2002 年的 5 月份，北京大學李江海教授的課題小組，就是在這裡——興隆縣的安子嶺，發現了距今 14.3 億年前保存完整的海底黑煙囪的遺蹟！14 億年前，華北地區還是一片汪洋大海，河北興隆一帶，正處於大裂谷最深的海底，在海底黑煙囪的附近，生成了大量的硫化物礦石。這些從當地 700 多米深的地下挖出的符合海底黑煙囪特徵的礦石，就是最好的證據。興隆縣黑煙囪遺蹟被發現以後，吸引了大量的國內外研究者，很快，就有很多重要的研究成果陸續發表出來，例如，2007年8月的《岡瓦納研究》上發表了一篇論文，它的作者是美國聖地牙哥大學的地質學家庫斯基，他在這些黑煙囪的化石中發現的東西，幾乎和今天我們在海床上發現的古生菌，和其他包含細菌的結構完全一樣，這是黑煙囪假說的有力證據。

生命的黑煙囪起源假說，是目前科學界接受度最高的一種假說，在全世界任何一個自然科學博物館，講解員都會給你講一個生命從海洋爬上陸地的故事。它甚至影響到了，我們探索外星生命的方向。如果說這個假說是成立的，那麼在木衛二，也就是歐羅巴星，以及土衛二，恩科拉多斯星，它們冰封的大洋底下就完全有可能存在生命。不過，生命誕生於海底黑煙囪的這個理論，到目前為止，我們還只能說它是一種假說，因為一個理論決定它能不能成立，最關鍵的還是要看實驗數據的支持，不過科學家們到目前為止，還並不能在實驗室中給我們復現生命誕生的這一奇妙過程。其實黑煙囪起源說，並不是生命起源的唯一理論，最近這幾年，就有一些學者他們提出了一種完全不同的生命起源理論。這是怎麼一回事呢？咱們留到下集接著說。