深海熱液噴口，蓄水隕石坑……哪里才是我們的“搖籃”？

深海熱液噴口、陸地火山溫泉的暖水池、蓄水的隕石坑……地球生命究竟誕生在哪里？這一直是科學(xué)界多年來(lái)不斷爭(zhēng)議的熱點(diǎn)。

近日，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科學(xué)家領(lǐng)銜的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，在最新一期的國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物《自然·通訊》上聯(lián)合發(fā)文稱，在早期地球的陸地?zé)崛校F硫化物為生命起源提供了關(guān)鍵的化學(xué)基礎(chǔ)。

驗(yàn)證達(dá)爾文“猜想”

1871年，達(dá)爾文在給英國(guó)植物學(xué)家胡克的信里寫(xiě)道：“我們?cè)O(shè)想這樣一種情況，在一些溫暖的小池塘里有各種銨鹽和磷酸鹽的物質(zhì)，在具備光、熱、電等條件下，蛋白質(zhì)化合物就以化學(xué)的方式形成了，之后會(huì)發(fā)生更復(fù)雜的變化”。

之后，美國(guó)科學(xué)家米勒實(shí)驗(yàn)證明了達(dá)爾文的先見(jiàn)之明。但達(dá)爾文提出的小池塘究竟在哪里？1977年，美國(guó)阿爾文號(hào)深潛器潛入東太平洋海深1650—2610米處，研究人員發(fā)現(xiàn)了令人難以置信的“黑煙囪”和圍繞著它的各種熱液生物。在高溫、高壓以及含有豐富的還原性物質(zhì)等的極端環(huán)境里存在明顯的化學(xué)濃度梯度和水溫變化梯度，尤其是在熱液口。

因此，深海熱液噴口的微生物生存環(huán)境與地球形成早期的環(huán)境十分相似。特別是在熱液噴口發(fā)現(xiàn)的嗜超高溫微生物，它們是“進(jìn)化樹(shù)”（在生物學(xué)中，用來(lái)表示物種之間的進(jìn)化關(guān)系）的根基微生物。于是，生命誕生于深海熱液噴口的假說(shuō)風(fēng)靡至今。

“黑煙囪”假說(shuō)難以自圓其說(shuō)

2020年，中國(guó)科學(xué)家發(fā)文稱，在西太平洋一處深海熱液區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了超臨界二氧化碳（含有大量氮?dú)夂陀袡C(jī)分子）。而氮的發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著生命起源可能源自深海。

但是，“黑煙囪”假說(shuō)存在難以自圓其說(shuō)的疑問(wèn)。首先，科學(xué)家在模擬海底熱泉合成有機(jī)物時(shí)發(fā)現(xiàn)，這類化學(xué)反應(yīng)較依賴堿性環(huán)境，但實(shí)際上，海底熱泉口附近是典型的酸性環(huán)境。因此，海洋或許對(duì)于維持生命是有用的，但不是生命起源的理想之地。

其次，科學(xué)家研究還發(fā)現(xiàn)，不管細(xì)胞屬于哪種生物，它們都含有許多磷酸、鉀以及其他金屬，細(xì)胞中鉀的含量是鈉的10倍。而海水的鈉離子濃度高，鉀離子濃度低。顯然這不支持生命起源于海洋的假說(shuō)。而活火山附近的地?zé)岢靥粒瑩碛星懊嫠f(shuō)細(xì)胞中的所有金屬物。另外，也有科學(xué)家注意到，核糖核酸（RNA）在紫外線下可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)，這說(shuō)明生命最初可能出現(xiàn)在富含紫外光的地球表面，而非海洋深處。

火山熱泉經(jīng)受日照，不僅可以接收太陽(yáng)能提供化學(xué)反應(yīng)所需的能量，還有利于累積生命所需分子材料的形成。當(dāng)水從火山熱泉中蒸發(fā)時(shí)，即使是稀溶液也會(huì)變得極其濃稠，這有利于簡(jiǎn)單分子聚合為復(fù)雜分子。雖然熱泉存在著干濕循環(huán)，會(huì)使原始細(xì)胞脫水，進(jìn)而創(chuàng)造生成復(fù)雜細(xì)胞器的有利環(huán)境。但在海底熱液這樣的環(huán)境中存在的變量，不足以支撐形成多樣化的細(xì)胞器。

近年來(lái)，科學(xué)家還提出了生命可能起源于蓄水的隕石坑、小行星碰撞產(chǎn)生類似溫泉的水熱系統(tǒng)。然而，無(wú)論是海底熱液噴口還是陸地火山熱泉，有關(guān)生命起源的探索和爭(zhēng)議還將繼續(xù)下去，一步步逼近事實(shí)的真相。

（作者馮偉民系中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽(yù)館長(zhǎng)）