查尔斯·达尔文关于早期生命的预感可能是正确的

生物学家查尔斯·达尔文(Charles Darwin)在给朋友的几张草草笔记中，从理论上阐述了生命是如何开始的。他的理论不仅可能是正确的，而且超前了一个世纪。

查尔斯·达尔文(Charles Darwin)有一些相当不错的想法。他最著名的理论是自然选择进化论，它解释了我们对地球上生命的许多了解。但他也思考了许多其他问题。在给一位朋友的一封仓促的信中，他提出了一个关于第一生命可能是如何形成的想法。大约150年后，这封信看起来非常有先见之明--甚至可能具有先见之明。

与普遍看法相反，达尔文并不是第一个提出物种进化的人。动物种群会随着时间的推移而变化，例如今天的长颈鹿比它们遥远的祖先的脖子更长，这一观点在19世纪曾有过很多讨论。

相反，达尔文的主要贡献是勾勒出一种进化机制：自然选择。这个想法是，一个物种中的动物为了食物、住所以及最终的繁殖能力而相互竞争。只有适者生存，也就是说，那些最适合他们所处环境的人才能成功繁殖，因此他们的有益特征将传递给下一代，并变得更加普遍。因此，如果长脖子对长颈鹿有帮助，那么长颈鹿会在世代中不断繁殖，直到达到最佳长度的脖子。达尔文在他1859年的著作《物种起源》中阐述了这一点。

进化的事实暗示了生命是如何开始的。进化告诉我们，看似不同的物种是远亲，都是同一祖先的后代。例如，我们现存的近亲是黑猩猩：我们共同的祖先生活在至少700万年前。

更重要的是，每一个活着的有机体最终都是从一个单一的祖先群体进化而来的：最后一个宇宙共同祖先(Luca)，它生活在35亿多年前，当时地球刚刚形成。

然而，进化论并没有告诉我们最初的生命是如何形成的：它只告诉我们现存生命是如何变化的以及为什么变化。

对生命起源的研究直到20世纪50年代才开始。那时，许多科学家怀疑生命起源于海洋。当时的想法是，许多碳基化学物质在年轻的地球上形成，然后溶解在海洋中，变得稠密而浓缩：所谓的“原始汤”。这是由苏联生物学家亚历山大·奥帕林(Alexander Oparin)在20世纪20年代提出的。1953年，一位名叫斯坦利·米勒(Stanley Miller)的年轻美国学生展示了氨基酸--蛋白质的组成成分--可以在模拟原始海洋和大气的简单装置中形成。

几十年来，生命起源于海洋的观点占据了主导地位，但存在一个明显的问题。海洋是巨大的，所以除非大量生产碳基化学品，否则它们可能会漂流数年，永远不会相遇。英国剑桥MRC分子生物学实验室的克劳迪娅·邦菲奥(Claudia Bonfio)说：“水太多了，分子太少了。”

一个被广泛讨论的替代方案是，生命可能是从碱性喷口开始的，就像大西洋中部的失落之城(Lost City)的那些喷口。在那里，海底富含矿物质的热水从岩石中渗出，形成怪异的白色尖顶。这些喷口是化学能量的丰富来源，可以为第一批生物体提供燃料。但根据2020年5月发表的一篇综述，“氨基酸或碱基的直接合成”--这两种物质都是我们所知的生命的关键--在碱性喷口条件下“尚未被证明”。

达尔文从未在他的书中写过生命是如何开始的，但他确实私下里对此进行了推测。关键文件是他在1871年2月1日写给他的密友、博物学家约瑟夫·道尔顿·胡克(Joseph Dalton Hooker)的一封信。这封信现在已经有近150年的历史了。它很短，只有四段，而且很难读，因为达尔文的笔迹像蜘蛛一样。在这篇文章中，达尔文在简要讨论了最近的一些霉菌实验之后，概述了一个假说的起源：

“人们常说，第一次生产活生物体的所有条件现在都具备了，而这些条件本来是可能存在的。”但是，如果我们能在一个温暖的小池塘里构思出一种蛋白质化合物，准备经历更复杂的变化，在今天，这种物质将立即被吞噬或吸收，而在生物形成之前，这种物质是不可能被吞噬或吸收的，那里有各种各样的氨、磷、光、热、电等物质。

这需要一些拆开包装，部分原因是几个想法挤在一起：看起来就像达尔文在写下他的假设时，也在思考他的假设。但其核心理念非常简单。

达尔文提出，生命不是从开阔的海洋开始的，而是在陆地上一个较小的水体中开始的，那里富含化学物质。这在本质上是原始的汤想法，但有一个好处：在游泳池里，当水在一天中炎热的时候蒸发时，任何溶解的化学物质都会变得浓缩。生命化学物质的最初合成将由光、热和化学能的某种组合提供动力。

达尔文的想法在很多方面都是无可救药的不完整，但这不能怪他。在发现像DNA这样的核酸之前，在生物学家对基因如何工作有任何了解之前，以及活细胞的内部运作在很大程度上是一个谜的时候，他就写下了这篇文章。达尔文设想生命始于蛋白质，但没有人真正知道蛋白质是什么：直到1902年，人们才知道蛋白质是氨基酸链。

但同样的基本轮廓至今仍在追寻，许多研究人员相信，这是我们对生命起源的最好解释。

威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin-Madison)的莉娜·文森特(Lena Vincent)是一位研究人员，她的工作与池塘环境兼容--尽管她更喜欢保持开放的心态。她正试图创造出一组可以自我复制的化学物质。最简单的例子是一对化学物质A和B，每一种都有能力制造另一种化学物质，所以A制造B，B制造A。这样一对化学物质将能够自我复制，尽管这两种化学物质都不能单独复制。在实践中，这些化学物质要比这复杂得多，但原理是一样的。

至关重要的是，文森特是在矿物表面进行实验的。她说，如果关键的化学物质在矿物表面，“它们就更有可能发生反应并相互接触。”这些化学物质也会争先恐后地附着在矿物上。“我们认为，这可以创造一种环境，让你开始看到竞争优势，或许是进化的先导。”池塘的本质是被粘土等矿物表面包围的。

还有很多证据表明，阳光中的紫外线辐射可以推动关键生物化学物质的形成，特别是RNA，这是一种与DNA相似的核酸，被认为是创造第一生命的关键成分。这样的过程只能在光线充足的地方发生--这再次指向一小片水域，而不是深海。

英国剑桥MRC分子生物学实验室的约翰·萨瑟兰(John Sutherland)是其中的关键人物。2009年，他证明了RNA的四个组成部分中有两个是由简单的碳基化学物质构成的，如果它们经过简单的处理，比如沐浴在紫外线中的话。自那以后，他已经证明，同样的起始化学物质，经过微妙的不同处理，也可以成为蛋白质或构成细胞外膜的脂肪类的积木。

明尼阿波利斯明尼苏达大学的凯特·阿达玛拉(Kate Adamala)说：“他正稳步朝着合成长而复杂的核酸的完整方案迈进。”

最后，陆地上的池塘可能会在天气变热时周期性地几乎完全干涸，然后在下雨时再次填满。这种干湿循环看似无害，但它们可能会对生命中的化学物质产生深远影响。

例如，萨瑟兰2009年的实验只制造了四个RNA构件中的两个。2019年，德国的研究人员一次完成了这四项研究。他们将简单的碳基化学物质放入热水中，放在矿物表面，并让它们经历反复的干湿循环。几天的时间就足以制造出RNA积木。

同样，加州大学圣克鲁斯分校的大卫·迪默(David Deamer)已经证明，干湿循环可以驱动简单的“原始细胞”的形成，在这种细胞中，像RNA这样的生物分子被包裹在脂肪脂质的外壳中。2017年，现供职于爱丁堡大学的瓦伦蒂娜·埃拉斯托娃发现，氨基酸在经历干湿循环的矿物表面连接成简单的蛋白质。

迪默认为，“起伏的火山温泉池”是最有可能开始生命的环境。萨瑟兰还有另一种选择：陨石坑，陨石坑两边流淌着溪流，汇聚在底部的一个池子里。目前还不清楚这些情景中哪一种更有说服力。此外，许多年轻的研究人员强调，他们不会把自己投入到这样或那样的情景中，他们认为，我们对可能导致生命存在的过程的了解还不够多，不能排除任何可能性。特别值得一提的是，尽管碱性喷口假说存在诸多问题，但许多研究人员仍然认真对待它。

然而，有一点是明确的，达尔文的想法是有远见的。他设想需要一系列化学物质集中在一个很小的空间内，并需要一种能够驱动化学反应的能源。

“就像达尔文的许多见解一样，”文森特说，温暖的小池塘假说“非常有先见之明”。

文森特说，达尔文在他的信中提出了另一个观点，这是“被低估的”。她说：“在那个温暖的小池塘里发生的过程可能非常容易发生，以至于它们一直都在发生。”我们之所以看不到它，可能仅仅是因为，每当一种新的蛋白质或类似的蛋白质自然形成时，饥饿的细菌就会将其吞噬。

文森特说：“我们谈论生命的起源，好像它发生在遥远的过去。”“但即便是现在，这种情况也有可能发生。”

迈克尔·马歇尔(Michael Marshall)是英国德文郡的一名科学作家。他写的关于生命起源的书《创世纪的探索》现已出版。

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