宇宙的慷慨与吝啬-读《复杂生命的起源》

地球之外的浩瀚宇宙，还可能有生命存在么？

本书告诉我们，支持生命起源只需几个基本要素：岩石（橄榄石）、水和二氧化碳。这三种要素是宇宙中最普遍的物质。仅就支持生命诞生的物质基础而言，宇宙可谓异常慷慨。

但是，宇宙又绝不轻易启动生命之门。“极少有自然环境能满足生命起源的诸多条件：连续、大量的碳和能量流入；流经矿物催化剂；反应集中在一个微区室化的系统中发生，既能浓缩产物，又能排出废物。”满足这些条件的环境，不是雷电闪劈或紫外线辐射下的“原始汤”，不是美国黄石公园的地热喷泉，也不是深海热液喷口，而是海底的“碱性热液喷口”。

碱性热液喷口不是由海水和岩浆的作用产生，而是由岩石与水之间的化学反应产生；其喷出的也不是超热液，而是60 至90 的温水；同时其喷出的碱性热液中富含氢气，而此时的海水则处于二氧化碳饱和的状态。氢气、二氧化碳，生成有机物的材料已经具备。但是氢气与二氧化碳并不轻易就能完成化学反应。碱性热液喷口孕育生命的秘密就在于其富含氢气的热液与富含二氧化碳的海水之间“只隔着一层无机矿物薄壁，薄壁上还含有半导电性的硫化铁矿物质。……它们虽然远没有铜导线那么好用，但还是会导电”，由此在薄壁两侧形成“天然质子梯度”，驱动氢气还原二氧化碳，生成有机物质，最终在热液喷口的微孔结构中形成细胞。

质子梯度是指膜两侧因质子浓度不同而造成的势差，“所有的地球生命，无一例外都利用质子梯度供能”。作者认为，碱性热液环境迫使细胞首先利用天然质子梯度，最后学会自己制造质子梯度。

那么，宇宙中的其他地方，是否也存在驱动生命诞生的类似环境呢？作者告诉我们，在几乎所有存在水的岩石行星上，都能找到形成生命的基本物质清单，同时“根据化学和地质学规律，它们会形成温暖的碱性热液喷口，会在催化性微孔系统的薄壁两侧形成质子梯度。这一定会发生。”

由此看来，驱动生命诞生尽管很难，但其对环境条件的要求还谈不上苛刻。仅银河系就有400亿颗类地行星，都存在形成天然质子梯度的可能性，堪称生命的培养皿。

真正体现宇宙吝啬之处的，其实是复杂生命，即真核生物的诞生——正如作者所言，“通往复杂生命之路，在演化历史上并不是注定出现或者普遍存在的。宇宙并没有承诺我们的存在。复杂生命有可能出现在其他星球上，但不太可能是普遍现象；基于同样的原因，它在地球上也没有重复发生过。”

换句话讲，在地球生命40亿年历史上，“复杂生命的演化只发生了一次”。

支撑这一判断的依据何在？

作者指出，“生命问题的核心赫然存在着一个黑洞”——复杂生命共有的一切形态特征，比如有性生殖、细胞核和吞噬作用等，在简单生命（即细菌、古菌等原核生物）中完全找不到。“在形态简单的细菌和非常复杂的真核生物共同祖先之间，没有已知的演化中间型来指明其演化过程”；“在两种生物之间，一条鸿沟、一团虚无、一片真空”，真核生物“绝世独立的共同祖先”如同大变活人的魔术一般凭空出现，“一出现就拥有一整套全新的特征”——而在此之前，生命停滞在细菌和古菌的简单水平上，长达几十亿年。

理解生命从简单到复杂惊艳一跃的关键，是“能量”。

作者告诉我们：“演化是围绕能量进行的……能量与生命从一开始就密不可分，地球生命的基本特征源于一颗躁动行星的能量失衡。生命的起源由能量流推动，质子梯度对细胞的出现至关重要，但是对质子梯度的利用又限制了细菌和古菌的结构。这些限制条件主宰了细胞之后的演化历程，细菌和古菌虽然在生物化学方面花样百出，却一直保持着简单的形态”，直到“一次罕见的内共生事件，即一个细菌入住一个古菌体内，打破了这些限制，使复杂细胞的演化成为可能。”

“一个细胞在另一个活细胞内生活并逐渐融合，这是很难实现的变化；形成这种关系的困难程度，解释了为什么复杂生命的起源只有一次。”

进入古菌体内的细菌，后来演化为线粒体。线粒体是真核细胞中的“动力工厂”，所有真核生物都有线粒体。

倘若真有外星人存在，作者认为——“外星人也应该有线粒体”。