作者：Ent
編輯：花蝕
第一天，我們創造了海洋。研究者用氮氣通進蒸餾水裡，驅逐其中的殘留氧氣，然後向其中加入氯化鐵，令水變成棕色。我們注入了少許硫化鈉，看著形成的二硫化亞鐵一點點沉積下來，在瓶底生長成空心的煙囪。
第二天，我們等待生命在這裡誕生。
當然，生命並不會真的在這個小小燒杯裡出現——至少在我們的有生之年不會。但是這一小瓶奇怪的化學物質，確實是四十億年前那個陌生地球海洋的面貌。生命曾經在這裡誕生過，而在我們的太陽系裡，生命或許就在這樣的一個環境裡誕生著。
而我們已知的最好環境，就在卡西尼的身邊。
達爾文創造了原始湯的概念。他想像生命誕生在「某個溫暖的小池塘裡，有氨和磷酸鹽，有光、熱和電」，「化學形成的蛋白質準備就緒等待更複雜的變化」。繼承這一路線的霍爾丹則簡明扼要地稱之為「熱稀湯」。
讓這個想法進入教科書並成為幾乎所有人眼中基本常識的，則是斯坦利·米勒。1953年，還是研究生的他把水、甲烷、氨氣和氫氣混合在一起，製造了一個他假想中的早期地球還原性大氣，然後利用電火花來模擬閃電。從中他得到了各種各樣的小型有機分子，甚至包括多種胺基酸。這個實驗轟動了世界，甚至登上了《時代周刊》首頁，人們一度認為生命起源問題就此解決。
斯坦利·米勒和他的實驗。圖片來源：Roger Ressmeyer/Corbis
只不過後來研究者發現它面臨兩個問題：
第一，原始地球的大氣環境並沒有充滿還原性氣體；
第二，反應到此為止，無法繼續進行下去了。
米勒是一個生物化學家，他所處的時代是生物化學最輝煌的時代，這讓大部分生命起源領域的人把精力都投入了「生命的原材料從何而來」這個問題。但是驅動生命的除了物質，還有能量。把一鍋滅菌的胺基酸湯密封起來裝個罐頭，等待一億年，生命也不可能從中誕生；萬物熵增，生命的熵減之所以不違反物理定律靠的就是這個外來的能量輸入。
我們日常所見的所有地球生命，依靠的都是陽光。但是把陽光轉化為可用能量的過程複雜得可怕，是所有生物系學生的噩夢之源，最早的生命絕無可能利用它。米勒實驗使用模擬閃電邁出了合成的第一步，然而真實世界的閃電短暫而粗暴，不但每次的能量會很快散去，而且足以摧毀任何稍微複雜一點的分子。哪怕在燒杯裡，米勒也無法靠閃電讓胺基酸聚合成鏈、發揮生命功能。
而沒有穩定的能量注入，熱稀湯就永遠只能是熱稀湯。自然條件下胺基酸太濃的時候也能發生聚合，但是首先原始大氣其實幾乎都是氮氣和二氧化碳，還原性氣體稀缺，可能產生的胺基酸微乎其微，溶解在水裡就更稀了；其次，就算機緣巧合一個淺灘小池塘蒸發得到了濃湯，或者從彗星之類的天體獲得了有機分子，那麼在小分子聚合成大分子之後，湯就又會變稀，令大分子反過來趨向於水解回到小分子狀態（這個問題對於RNA尤其嚴重）。
然而除了陽光和閃電，地球上還有第三種能量來源隱藏在海底。這種能量易於使用，連續不斷，又天然產生；雖然總量不大也分布有限，不過這對最初的生命而言都不是問題。這就是深海泉口的化學能。
人類想像中的海底通常是冰冷黑暗而死寂的，這一想像在1977年4月21日被無情地打破了：阿爾文深潛器的駕駛員達德利·福斯特撞翻了一個柱狀海底結構之後操縱機械手把溫度計放了進去，結果拿出來的時候化得就剩下一根芯。很快船員們發現，這裡不但有數百攝氏度的灼熱海水，全靠海底高壓才不致沸騰，這樣奇葩的環境裡居然還有大批從未見過的生命！因為船員無一是生物學家，根本沒有攜帶任何相關試劑，所以最初一批標本，都是泡在伏特加裡帶回岸上的。
冒出汩汩「黑煙」的熱泉口。圖片來源：NOAA
這些充滿熱水的海底空心柱被毫無詩意地命名為「黑煙囪」。火山活動為它提供熱量來源，但讓它活起來的不是熱量而是硫化氫；硫化氫和氧氣的反應驅動了一整個生態系統，無需陽光注入。現代黑煙囪生態系統的唯一弱點在於它只能形成在火山活動區域附近，不同區域相距遙遠。但是另一個暫時性的硫化氫來源彌補了這個缺憾：當巨鯨的軀體從海面墜落沉入深海之後，它的鯨骨中的硫會以硫化氫形態緩慢釋放出來，在幾十年裡形成不同黑煙囪之間的綠洲；這就是鯨落。
很快有研究者提出，這些煙囪可能是生命起源之地。米勒反擊說，它們溫度太高，酸性太強，哪怕高度特化的生命可以在這裡存活，最早的胺基酸也不可能在這裡聚合。再說，40億年前到哪兒去找氧氣和硫化氫反應呢？
黑煙囪的環境確實過於嚴苛了，但是海底煙囪並非只有這一種。2000年，人們在大西洋發現了「白煙囪」，噴出的是相對溫和的水，包含的氣體是氫氣。在附近的微生物體內，這些氫氣和二氧化碳反應，同時生成能量和有機小分子。今天的白煙囪身處氧氣的包圍之中，大半由碳酸鹽構成；但是最初的原始海洋裡它會是鐵硫化物，幾乎肯定還包含一些鎳。這樣一個由鐵、鎳和硫組成的原子簇直到今天還存在於微生物的催化酶核心，它們攜帶了一點點遠古的痕跡保留至今。這些白煙囪的遠古形態，是今天生命起源領域最熱門的候選人之一。
第一個發現的白煙囪群位於大西洋中部，被稱為「失落之城」。圖中的這個白煙囪高度約為9米。圖片來源：University of Washington/Woods Hole Oceanographic Institution
但是畢竟「真正」的白煙囪已經消失了。藍細菌在二十多億年前就讓氧氣佔領了地球，永遠地改變了大氣和海洋的化學面貌，雖然這為後續包括我們在內的一切生命奠定了基礎，但也讓真正的鐵硫化物煙囪無法再形成。除了實驗室模擬，還有別的辦法嗎？
有，在天上。
從19世紀開始人們就幻想地球的最近鄰——火星和金星上有生命存在。60年代人類的探測器將金星的可能性排除了：金星的濃密二氧化碳大氣層帶來了失控溫室效應，地表數百度的高溫不會有水。而火星經歷幾十年的搜尋也沒有發現地表液態水，雖然有可能還有微生物存活，但是尋找它們太困難了。
現在我們意識到，遠離太陽的冰冷之處其實反而可以有液態水。遙遠距離意味著它們得不到足夠的太陽光，表面如果有水也是冰封一片，但潮汐力和放射性元素的熱量，卻足以在這裡形成冰下海洋。
土衛二（恩克拉多斯）就是這樣一個星球。卡西尼探測器發現它的表面雖被水冰覆蓋，但在南極地區有很多孔洞，從這裡它把自己的海洋連續不斷地噴向太空，迄今為止已經找到了超過100個這樣的冷火山。事實上，它噴出的海洋構成了一整條土星環：天文學家早就通過計算發現土星的E環不穩定，本應該在幾十萬年之內就分崩離析，它能存留至今必定有持續的新物質輸入。卡西尼證明，這些物質絕大部分就是土衛二的噴泉。
噴射中的土衛二。圖片來源：NASA/JPL/Space Science Institute
而就在今年，卡西尼發現這些噴泉裡還包含了數量巨大的氫氣。這些氫氣遠超平衡態應有的量，證明一定有某個未知過程在源源不斷地產生新的氫氣，注入冰層下的海洋裡。
過去證據已經表明土衛二的海水確實在和海底巖石發生化學反應。具體反應細節並不完全清楚，但是很有可能和地球上水與巖石反應產生氫氣的過程類似。倘若果真如此，那麼它也許就已經具備了原始生命最重要的條件之一。這還不是生命的證據，當然更不是說它適合人類居住——但是，可能真的會有生命的萌芽在這裡出現，甚至已經出現。
藝術家想像的土衛二內部結構。在冰層下面有活躍的地質運動。圖片來源：NASA/JPL-Caltech
這就是為何卡西尼在圍繞土星做出無數發現之後，終章必須和土星化為一體的根本原因。一旦探測器的燃料耗盡，地面人員就不能控制它的軌道，無法保證不會和土衛二或者其他有可能誕生生命的土星衛星（比如土衛六泰坦）相撞。
在卡西尼出發前，人們對土星的衛星還知之甚少，根本不認為它有生命可能，所以卡西尼項目被歸為不需消毒的一類。直到卡西尼抵達之後，研究者才發現自己的錯誤。萬幸的是，卡西尼攜帶的惠更斯探測器落在了土衛六的陸地上而非海洋裡，並且土衛二還是安全的。但是這個失誤不能再犯第二次了。的確，撞上的概率很小，但是生命從無到有的誕生需要時間太長，充滿了太多的偶然，而又太重要了。迄今為止，我們所知道的所有生命都同出一源，對生命根基的了解只有一個數據點。縱然比不上發現外星人，找到一個外星生命的獨立萌芽，也堪稱歷史上最重要的瞬間了。
排版：曉嵐
題圖來源：DP Lenticular
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