外星人探索·从化学到生命的那一步：宇宙里最难跨过的一道坎在哪里

谈外星文明的时候，我们习惯把难点放在后半段：智慧、技术、能不能造出无线电。可真正决定宇宙里有多热闹的，可能是最前面那一步——一堆本来毫无生气的分子，怎么在某一刻开始了自我延续。这一步在地球上只发生过一次，而我们至今没能在实验室里从头走完它。

一、七十多年前那只烧瓶

1953 年，芝加哥大学的斯坦利·米勒和哈罗德·尤里做了一件后来被写进所有教科书的事。他们往烧瓶里灌进水蒸气、甲烷、氨和氢，模拟他们心目中的早期地球大气，然后通电放电，扮演闪电。

几天之后，瓶底的溶液变成了浑浊的褐色。里面有氨基酸——蛋白质的零件。

这个实验的震撼之处不在于产量，而在于它把一个哲学问题变成了化学问题：生命的原料，原来不需要任何特殊照顾就能自己冒出来。

后来的几十年里，这个结论被反复加固，而且加固的方向出乎意料——不是在实验室里，而是在天上。核糖这样的糖类、腺嘌呤这样的碱基，陆续在陨石里被找到；甘氨酸在星尘号带回的维尔特二号彗星物质里被检出，此前也已在陨石中发现。生命的零件不只是"能造出来"，它们本来就散落在宇宙各处。

于是问题被推向了下一层：既然零件遍地都是，为什么组装这一步这么难？

二、零件对了，配方不兼容

这是过去半个多世纪里最让人头疼的障碍，而且它长得很不起眼。

研究者能合成氨基酸，能合成核苷酸的碱基，能合成糖，也能合成脂类。可麻烦在于：合成这几类分子所需要的化学条件，彼此往往互不兼容。适合做出这一样的环境，会毁掉另一样。这暗示着细胞的几大组成部分只能各自在不同的地方形成，然后再想办法凑到一起——而"再凑到一起"这一步，谁也说不清怎么发生。

更细的层面上，还有一个具体到令人恼火的分歧：合成嘌呤类碱基和合成嘧啶类碱基所需的机制并不一致，而一个完整的 RNA 核苷酸两样都要。

转机出现在 2015 年 3 月。英国医学研究理事会分子生物学实验室（剑桥）的 John Sutherland 团队发表了一项重要研究：他们找到了一套建立在共同前生命化学基础上的反应网络，能够同时产出 RNA、蛋白质与脂类三大类分子的前体。也就是说，细胞的三大组件也许并不需要在不同地点分头诞生，它们可以从同一锅化学汤里一起长出来。

这不等于问题解决了，但它把"三条互不相干的线索"拧成了一股，让整个图景第一次显得连贯。

三、深海热液口，还是达尔文的小池塘

地点之争同样精彩，而且两派都很有道理。

一派押注深海碱性热液喷口。2000 年发现的"失落之城"热液区提供了一个惊人的类比：那里的矿物薄膜两侧天然存在质子梯度，而现代细胞合成 ATP 靠的正是跨膜质子梯度。Mike Russell 等人由此主张，生命是搭着这些现成的地质质子泵起家的，喷口的矿物孔洞充当了最原始的细胞壁。这个假说的魅力在于：它不要求生命发明能量机制，只要求生命学会偷用一个已经在那里转着的机制。

另一派押注达尔文那个著名的"温暖小池塘"，由哈佛的 Jack Szostak 等人做了现代化改写。它的杀手锏是干湿循环：潮池或雨水坑蒸发再注满，反复浓缩化学物质，能在矿物表面驱动类 RNA 聚合物的形成。实验室里，脂肪酸囊泡在这种条件下会自发形成原始膜，还能从环境中吸收 RNA。

Szostak 团队的实验展示了一个关键场景：脂肪酸囊泡可以生长、可以分裂、可以选择性地吸收 RNA 分子——全程不需要任何蛋白质机器参与。这些东西远比现代细胞简单，却已经具备了最核心的建筑结构：一个膜包裹的隔间，里面装着类似基因组的分子。

目前比较务实的看法是：两个地方可能各自负责了不同阶段。代谢的起源和遗传聚合物的起源，未必发生在同一处。

四、时间表给出的暗示，和它的陷阱

把地质证据摊开，会看到一件令人不安的事：生命出现得太快了。

地球的海洋大约在 44 亿年前形成。而澳大利亚皮尔巴拉地区德雷瑟组的叠层石可追溯到约 34.8 亿年前；格陵兰西南部 37 亿年前的变质沉积岩里找到了生物成因石墨；魁北克北部努夫亚吉图克绿岩带的微生物岩，年龄至少 37.7 亿年，甚至可能老到 43.2 亿年——不过这一解读存在争议，有研究认为富硅水体中的非生物过程、"化学花园"、循环热液流体或火山喷出物也能产生类似结构。杰克山锆石中石墨包裹体的碳同位素比值，则把生命可能存在的下限推到了 41 亿年前。

2024 年，Moody 等人在《自然·生态与进化》上发表的系统发育基因组学研究，通过分析 LUCA（最后共同祖先）之前的基因重复事件并用微生物化石校准，推算 LUCA 大约生活在 42 亿年前。

如果这些数字成立，那么从海洋形成到出现一个已经相当复杂的共同祖先，中间的窗口窄得惊人。

直觉会立刻接上一句：既然生命一有机会就出现，说明这一步很容易，宇宙里应该到处都是生命。但这个推论有个隐蔽的漏洞——我们的样本量是一。而且这个样本还不是随机抽的：只有在生命出现得足够早、早到来得及演化出会提问的生物的行星上，才会有人问出这个问题。观测者本身就是筛选条件。用这样一个被选择过的样本去推断"容易程度"，在统计上站不住脚。

五、还没解决的三件事

把这个领域的进展和困境并排放，会看到一种奇特的对称。

已经确立的是：生命的零件在前生命条件下很容易形成；脂肪酸膜会自发组装；RNA 既能当基因又能当酶，因此单一分子就可以身兼两职；类原细胞系统能在没有蛋白质的情况下生长和分裂。

仍然悬着的也是三条：核苷酸最初如何在没有酶帮忙的情况下形成并聚合成链；遗传密码——那套从 RNA 序列到氨基酸的对应表——究竟怎么来的；以及从 RNA 世界过渡到今天 DNA-RNA-蛋白质三分体系的那一次交接，是怎么完成的。

一句话概括：单个步骤越来越清楚，完整链条还没接上。

六、这一步的重量

回到最初的问题。在估算宇宙里有多少文明的那套框架里，有一项叫"出现生命的行星比例"。天文学家现在能相当自信地告诉你有多少恒星、多少行星、多少落在宜居带里——这些数字过去三十年被压缩得越来越精确。唯独这一项，还是一个巨大的空白。

它可能接近于一：只要有液态水、有能量梯度、有足够的时间，化学就会自己爬过那道坎。那样的话，宇宙应该是潮湿而喧闹的。

它也可能小到荒谬：那是一次极端偶然的分子组合，需要恰好的顺序、恰好的浓度、恰好的一段安静时光。那样的话，我们所在的这颗行星，就是一场几乎不该发生的意外。

这两种答案对"宇宙里有没有别人"这个问题的影响，比任何一台望远镜都大。而分辨它们的方法其实只有一个——在别处，再找到一次独立发生的生命起源。哪怕只是一团微生物，只要它的化学与地球生命毫无亲缘关系，那道坎的高度就会立刻被测出来。

所以那些看起来无关紧要的事——火星土壤里的一点有机物、冰卫星羽流中的一种分子、系外行星大气里一条对不上号的谱线——其实都在指向同一个问题。我们不是在找外星人，我们是在找第二次开始。

参考信息来源

• Miller, S. L., "A production of amino acids under possible primitive Earth conditions"，《Science》第 117 卷第 3046 期第 528–529 页，1953 年（DOI: 10.1126/science.117.3046.528）
• Szostak, J. W., Bartel, D. P. & Luisi, P. L., "Synthesizing life"，《Nature》第 409 卷第 6818 期第 387–390 页，2001 年（DOI: 10.1038/35053176）
• Moody, E. R. R. 等，"The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system"，《Nature Ecology & Evolution》第 8 卷第 1654–1666 页，2024 年（DOI: 10.1038/s41559-024-02461-1）
• Cech, T. R., "RNA as an enzyme"，《Scientific American》1986 年
• NASA 技术报告服务系统（NTRS）文献："The RNA World: Life before DNA and Protein"
• 不列颠百科全书 abiogenesis 词条及 2015 年化学领域年度综述（涉及 Sutherland 团队前生命反应网络研究、Harrison 团队杰克山锆石碳包裹体研究）

说明：本文所引均为公开发表的同行评审研究与权威机构公开资料。生命起源领域尚无定论，文中所述各假说均在持续讨论与检验之中。