我们都是被闪电“劈”出来的？

摘要：自从人类文明诞生以来，我们一直在追寻这个究极问题的答案。古代人将所有他们难以解释的难题都推给了神，于是东方有了女娲造人的神话，西方则有了上帝创世的故事。但是随着几个世纪以来的科技发展和教育进步，几乎每一个现代人都已经意识到，神是虚构的，我们必须为生命起源寻找到

生命是什么时候，从哪里起源的？这一直是一个很有争议的问题。

自从人类文明诞生以来，我们一直在追寻这个究极问题的答案。古代人将所有他们难以解释的难题都推给了神，于是东方有了女娲造人的神话，西方则有了上帝创世的故事。但是随着几个世纪以来的科技发展和教育进步，几乎每一个现代人都已经意识到，神是虚构的，我们必须为生命起源寻找到神创之外的科学而理性的新解释。

我们都是“外星人”？

在排除了神之外，另外一个像是神创论，但却看上去更加“科学”的解释是生命的地外起源说。这个理论有两个版本：

第一个版本，一些理论认为生命起源于外星人，要么直接来自外星人移民，要么来自外星人“播种”。很多电影都有类似桥段，其中最知名的就是电影《普罗米修斯》了，在电影的开头，一个外星人在地球上服下毒药自杀，毒药让他全身都变成微小的有机分子，这些有机分子在随后自由组合形成DNA，进而演化出诸多生命。但本质上讲，这也是神创论的另一个翻版，只是把虚拟的宗教神改成了可能存在的、科技远比我们发达的机械神而已。

电影《普罗米修斯》中外星人死亡为地球带来生命的剧情片段

（图片来源：《普罗米修斯》）

第二个版本相对来说更加科学，有人也将其称为胚种论。它认为地球上最早的生命或者构成生命的有机物来自于地外，它们随着陨石在宇宙间飘荡，一旦遇到宜居的星球就会定居下来。在这个理论中，并没有外星人之类的存在，但实则把问题转移成了“如何寻找含有生命迹象的地外天体”，并未试图真正解答“生命是如何起源的？”这一问题。

当然，目前源源不断的来自太空的证据又似乎在不断印证胚种论。1969年，一颗名为默奇森（Murchison）的陨石降落在澳大利亚，科学家们在这颗陨石的内部检测出了5种氨基酸；随后，人们陆陆续续从各种陨石中找到了更多的有机物，包括组成核酸的碱基等，这些有机物的种类多达数万种[1]；2019年，有科学家宣称在阿连德陨石（Allende）中发现了核糖，这是RNA的组成物质[2]；惊喜似乎还在持续，2020年2月底，科学家们在陨石中首次发现了蛋白质，这种蛋白质被称为Hemolithin，含有铁和锂两种元素，其在尖端上形成一种铁氧化物，可以利用光能将水分解为氧气与氢气，这个过程中产生的能量可以被生命体利用[3]。

默奇森陨石，与地球上的某些暗色火成岩非常相似

（图片来源：Wikipedia）

阿连德陨石，这是一种典型的球粒陨石，2020年有科学家发表论文号称在编号为Acfer-086和CV3的阿连德陨石中都发现了Hemolithin蛋白质，但是随后遭到了质疑

每一次这种类似的发现都能在网络上引起讨论。然而，如果细细推敲的话，胚种论其实还有很多问题[1]。

第一个问题是，陨石上的很多有机物看起来和地球上的相同，实际上是同分异构体，虽然分子式相同，但分子结构并不同；

不同种类的同分异构体示意图

第二个问题是手性。陨石中的氨基酸和地球上的氨基酸在手性上是有差异的。什么是手性呢？做个小实验就懂了，举起我们的左右手，掌心对掌心是可以贴合在一起的，但是如果都掌心向上，左右手放在一起，你就会发现此时没办法贴合在一起了，这就是手性。在地球上的氨基酸只有左旋结构，但是陨石中的氨基酸则左旋和右旋结构都有。

氨基酸的手性示意图

第三个问题是，在形成生命的化学演化过程中，可能需要比较多的有机物，这些陨石能不能为生命演化提供足够的有机物？相比而言，早期地球的水热环境无疑能够稳定、大量地产生有机物，因此现在的主流更相信生命起源于地球这个说法。

生命来源于化学反应

从上个世纪初开始，就有科学家逐渐提出他们关于生命起源于地球的理论，其中最著名的要数原始汤理论。1924年，科学家亚历山大·奥巴林（Alexander Oparin）和J.B.S.霍尔丹（J.B.S.Haldane）分别提出了这个理论。他们认为早期地球的海洋中富含简单有机物（如氨基酸、糖类、核苷酸等），这些分子在闪电、紫外线辐射或火山活动等能量驱动下随机结合，逐渐形成更复杂的分子，最终导致原始生命的诞生。

1952年，科学家斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈罗德·尤里（Harold Urey）在芝加哥大学使用甲烷、氨、氢气的混合气体（2：2：1）以及水蒸气模拟地球原始大气环境，将它们一起通入容器后用电弧电击。实验持续一周后，捕捉容器中的液体变成浑浊的深红色，经过鉴定，其中出现了5种氨基酸：甘氨酸、α-丙氨酸，β-丙氨酸，天冬氨酸和α-氨基丁酸。这就是大名鼎鼎的米勒实验，它是生命起源研究中的一个里程碑，证明了在自然环境下可以由无机物自然形成有机物，支持了原始汤理论。

米勒实验示意图

这个实验鼓励了全球的科学家大量投入对生命起源的研究。科学家们在随后的研究中发现，通过化学反应，无机物还可以形成嘌呤、核糖、碱基醇、醛等各种有机物[4]。

1980年代，科学家沃尔特·吉尔伯特（Walter Gilbert）基于RNA的功能提出了RNA世界理论。这一理论认为在真正的生命出现之前，地球上存在一个RNA世界阶段，此前无机物形成的各种小分子组装成RNA。RNA既具备DNA那样的储存遗传信息并且自我复制的功能，也能够像蛋白质一样催化化学反应。RNA出现之后快速自我复制，很快让原本存在大量有机物小分子的原始汤世界变成一个遍布RNA的世界。

在RNA世界之后，生命可能也并没有就此形成，而是在后面又经历了核糖核蛋白世界和DNA世界的演化阶段，才形成所有生命的共同祖先（LUCA）[5]。不过这个过程过于复杂，限于篇幅我们并不展开讨论。

虽然目前原始汤的生命起源假说已经得到了主流科学界的普遍认同，但是问题依然存在，比如：生命到底起源于什么地方？

生命于何处起源？

为什么会有这个问题呢？因为在米勒实验刚刚成功后不久，科学家们认为化学进化发生的地点在海水浅层，只有这里才能与闪电和各种气体直接接触。但是问题在于那时候的地球上，空气中没有氧气，自然也就没有臭氧层，来自太空的紫外线和高能射线很容易就照射到浅层海水中，破坏已经形成的各种有机物。闪电也并不是时时刻刻都在电击海洋，电击形成的有机物也会很快在海浪作用下四散而去，要达到原始汤世界理论中有机物的浓度无疑是极为困难的。

因此，科学家不得不寻找更多适合有机物形成，同时又不容易受到紫外线破坏，有机物还不那么容易被洋流分散的稳定场所。很快，一个新的潜在场所进入了大家的视野：深海热泉。

在大洋底部，岩浆活动经常会非常强烈，它们从洋底喷涌而出，形成一座座海底的山岭，这些山岭连起来就形成了洋中脊。在洋中脊附近，地壳薄弱，裂隙较多，海水沿着这些裂隙向下流动，接触到这些炽热的岩浆后向上涌出，就形成了一些热泉。这些热泉由于富含各种化学元素，在遇到海水后会发生沉淀，于是形成冒着黑烟或白烟的烟囱状结构，因此被称为海底黑烟囱或海底白烟囱。

马里亚纳海沟附近发现的“白烟囱”

（图片来源：NOAA）

在“白烟囱”附近，海水并非直接接触岩浆，而是与包裹着岩浆的炽热围岩相互作用。这些围岩多是富含橄榄石的岩石，在与海水接触后，会将其转变为温度在100℃左右的碱性液体。这些碱性液体渗入地下后，会与洋壳发生化学反应，形成氢气、甲烷、氨、硫化氢等物质，而这些物质正是形成小分子的主要成分。同时，橄榄石富含铁、镁等元素，它们作为高效催化剂能够加速化学反应，加快无机物向有机物的转变过程。

此外，“白烟囱”表面布满复杂的微孔结构，沉淀有大量黏土矿物。这些黏土矿物表面带有电荷，能够吸附聚集小分子，而内部结构又类似海绵，有大量孔洞，能为化学反应提供反应空间。

高岭土（黏土矿物的一种）的扫描电镜图像

另外，“白烟囱”非常稳定，很多喷口的寿命长达几千年、数万年乃至更久，这让生物演化的化学反应有了充足的时间。

因此，在深海热泉发现以来的很长一段时间内，科学家们都将其视为生命起源最有可能发生的区域。不过，最近的一项新发现似乎又挑战了这一理论。

生命起源于“微闪电”？

一项最新研究提出，无处不在的水本身可能就是有机物小分子形成的最大推手之一。这个研究发现，当液滴在高速运动的时候，会破碎成更小的液滴（比如海浪拍在海岸上，瀑布落地的时候等），而原本呈现出电中性的液滴破碎后，小的液滴碎片会带负电，大的液滴碎片会带有正电。在它们分离的瞬间，由于其电性不同，会击穿空气，在二者之间形成微闪电。

A是实验装置示意图，这是一个声学装置，能让水滴悬浮并分裂，左右两侧的是铜电极，用于检测水滴分裂之后的正负电性。B-D是用高速摄像机拍摄到的水滴分裂的过程。E显示的是分裂后的较小的液滴被正极俘获，这说明小的液滴带有负电。F和G显示的是分裂的液滴中检测到的闪电发出的光电子。

（图片来源：参考文献[6]）

虽然液滴非常微小，微闪电的能量却足以电离许多还原性气体。研究人员在设备中喷射混合了氮气、甲烷以及二氧化碳气体的水雾，经过检测后，由于微闪电的作用，这些气体通过化学反应形成了氰化氢（HCN）、氰基乙炔以及尿素、尿嘧啶、甘氨酸等产物。其中氰化氢可连接碳、氮原子，形成更复杂的有机物，甘氨酸是一种生命必须的氨基酸，尿嘧啶则是RNA和DNA的组成部分。整个过程的反应速度极快，仅需120μs即可发生，而且不需要催化剂。