地球生命诞生之谜：所有生命都是细菌后代(5)

1977年，俄勒冈州立大学科学家杰克·科利斯（Jack Corliss）领导的团队潜入到东太平洋2500米深海中，测试加拉帕戈斯热点，那里有高耸的岩石脊（即活火山）从海底升起。科利斯发现，这些岩石脊本质上与热泉没什么区别。富含化学物质的滚烫热水从海底冒出来，通过岩石中的孔洞喷射出来。令人感到惊奇的是，这些“热液喷口”中竟然生存着许多奇怪的动物，包括巨大的蛤蚌、贻贝、冒贝以及管状蠕虫等，此外还有大量细菌。这些生物都依靠热液喷口中的能量生存。

1981年，科利斯提出假设，40多亿年前的地球早期也存在类似的热液喷口，它们就是生命最早诞生的地方。他认为，这些热液喷口可能含有各种化学物质，每个喷口实际上都是某种原始汤。当热水从岩石中流出时，热量与压力会促使简单的有机化合物融合为更复杂的化合物，比如氨基酸、核苷酸以及糖等。（网易科学）在接近水温不太热的海水处，这些化合物开始串成链，形成碳水化合物、蛋白质以及类似DNA的核苷酸。随着这些热水不断冷却，分子就会形成简单的细胞。

但米勒认为热液喷口温度太高，极端高温可以促使氨基酸等化学物质形成，但也会毁掉它们。糖等关键成分最多也仅会存在数秒时间。此外，这些简单的分子不太可能串成链状，因为周围的水会立即让它们分解。但迈克·拉塞尔（Mike Russell）支持科利斯的假设，认为热液喷口是衮特尔假设“前体生物”诞生的最理想环境，这促使拉塞尔提出了一个被广泛接受的生命起源理论。

发现质子

20世纪80年代，拉塞尔发现了古热液喷口的化石证据，它的温度在150摄氏度以下，生命分子可以比米勒假设的存在时间更长。此外，这些冷却的喷口中含有许多奇怪的东西，比如直径1毫米的黄铁矿管道。黄铁矿主要由铁和硫组成，可以形成气泡。拉塞尔认为，第一个复杂的有机分子就是在简单的硫铁矿结构中形成的。

拉塞尔将自己的设想与衮特尔和科利斯的假设相结合，他认为深海中的热液喷口足以帮助形成黄铁矿结构，并将“前体生物”包裹其中。如果拉塞尔的设想是对的，生命应该起源自海底，新陈代谢也会首先出现。此外，他还尝试解释了最初诞生的生命如何获得能量。换言之，他提出了新陈代谢原理。

此后，生物化学家彼得·米切尔（Peter Mitchell）终于搞清楚了生物如何从食物中获得能量，也就是我们如何维持生存。米切尔知道，所有细胞都将能量储存在相同的分子中，即三磷酸腺苷（ATP）。它由腺苷和三个磷酸基组成。添加第三个磷酸基需要耗费许多能量，然后能量被锁定在ATP中。当细胞需要能量时，ATP就会断裂分解变成二磷酸腺苷（ADP），释放出储存的能量。

米切尔想要知道细胞最初如何制造ATP，如何将足够能量存入ADP，以便于吸附第三个磷酸基？米切尔此前已经知道，酶可让ATP留在细胞膜上。他假设，细胞会泵出名为质子的带电粒子穿过膜。因此，膜的一面拥有大量质子，而另一面几乎没有。质子会尝试回穿，以保持两边质子数量平衡。但它们唯一能穿过的就是酶，这种质子流给了酶制造ATP的能量。

现在我们知道，米切尔确定的过程正是地球上所有生物所依赖的。它正发生在我们的细胞中，就像DNA那样，它也是生命的基础。此外，米切尔还提出质子梯度的概念，所有细胞都需要质子梯度储存能量。现代细胞可通过泵出质子穿过膜产生梯度，但这包含复杂的分子机制，它不可能是突然出现的。为此，拉塞尔又提出新的理论，即生命肯定是在存在自然质子梯度的地方形成的，比如热液喷口。

但是这种喷口应该非常特别。因为地球刚刚形成时，海水还是酸性的，酸水中漂浮着大量质子。要想产生质子梯度，喷口中涌出的水中所含质子必须非常少，而且必须呈碱性。（网易科学）科利斯提出的热液喷口不合适，不仅因为它们太热，还因为它们时酸性的。直到2000年事，华盛顿大学的黛博拉·凯利（Deborah Kelley）发现了第一批碱性喷口。

迷失之城

在大西洋海底一处山岭上，凯利发现了许多热液喷口，她称之为“迷失之城”。它们与科利斯的发现不同，这些喷口中流出的水温仅在40到75度之间，呈轻度碱性。富含碳酸盐矿物的水聚集成陡峭的白色“烟囱”从海底喷出，里面含有大量微生物。这些碱性热液喷口为拉塞尔的理论提供了完美支持，他认为“迷失之城”这样的喷口就是生命诞生之地。

但作为地质学家，凯利不太了解生物细胞，因此也无法让她的理论更有说服力。为此，拉塞尔与美国生物学家威廉·马丁（William Martin）合作，利用凯利的设想改进自己早期的理论。他认为碱性热液喷口附近的岩石孔洞中积满了水，这些小口袋就像细胞。每个口袋中都含有必须的化学物质，包括黄铁矿等。与喷口中出现的自然质子梯度相结合，它们就成了新陈代谢开始的理想之地。当生命从热水中获得化学能后，就可以制造RNA等分子。最终，生命创造出自己的膜，成为真正的细胞，并从岩石口袋逃到海水中。

这种理论现在被视为生命起源最可信的假说之一。2016年7月份，马丁发布名为“最后共同祖先（LUCA）”的研究报告，为其提供进一步支持。报告中称，这种生物出现在数十亿年前，现在所有生命都是它的后裔。我们现在还未找到LUCA存在的直接化石证据，但通过研究今天的微生物，我们可以猜测它们的行为与外貌特征。