1953年，芝加哥大学的研究生斯坦利·米勒拿起两个长颈烧瓶——一个盛着一点水，代表远古的海洋，一个装着甲烷、氨和硫化氢的气体混合物，代表地球早期的大气——然后用橡皮管子把两个瓶子一连，放了几次电火花算作闪电。几个星期以后，瓶子里的水呈黄绿色，变成了营养丰富的汁，里面有氨基酸、脂肪酸、糖以及别的有机化合物。
当时的新闻报道听上去让人觉得，你只要把瓶子好好地晃一晃，生命就会从里面爬出来。
时间已经表明，事情根本不是那么简单。尽管又经过了半个世纪的研究，今天我们距离合成生命与1953年的时候一样遥远——更不用说认为我们已经有这等本事。
地球早期的大气是一种很不活泼的氮和二氧化碳的混合物。
氨基酸的定义缩写极结构
有人用这些更具挑战性的气体重新做了米勒的实验，至今只制造出一种非常原始的氨基酸。
蛋白质结构与多样性
无论如何，其实问题不在于制造氨基酸，问题在于蛋白质。
冠状病毒的蛋白质结构
你把氨基酸串在一起，就得到了蛋白质。这个过程需要大量的蛋白质。
其实谁也不大清楚，但人体里的蛋白质也许多达100万种，每一种都是个小小的奇迹。
按照任何概率法则，蛋白质不该存在。若要制造蛋白质，你得把氨基酸按照特定的顺序来排列。
问题是那些以氨基酸字母组成的单词往往长得不得了。若要拼出“胶原蛋白”（collagen，一种普通蛋白质的名字）这个名字，你只需要以正确的顺序排列8个字母。若要制造胶原蛋白，你就得以绝对准确的顺序排列1055个氨基酸分子。但是这是个明显而又关键的问题——你并不制造胶原蛋白。
胶原蛋白分子结构
总之，蛋白质是十分复杂的实体。血红蛋白只有146个氨基酸分子长，按照蛋白质的标准只是个矮子，然而即使那样，氨基酸的排列方式也有10190种可能性。
血红蛋白
想要随随便便地制造哪怕是一个蛋白质分子也似乎是极不可能的，然而，我们在讨论的蛋白质有几十万种，也许是100万种，就我们所知，每一种都别具一格，与众不同，对于维持你的健康和幸福必不可少。
我们就从这里接着往下讨论。为了被派上用场，一个蛋白质分子不但要把氨基酸分子按照合适的顺序排列起来，还要从事一种化学打褶工作，把自己叠成特定的形状。即使实现了这种复杂的结构，蛋白质分子对你依然没有用处，除非它能复制自己，而蛋白质分子不会。
为了达到这个目的，你需要DNA（脱氧核糖核酸）。DNA是复制专家——几秒钟就能复制一份自己，但除此之外没有别的本事。
DNA结构
于是，我们处于一种自相矛盾的境地。蛋白质分子没有DNA就不能存在，DNA没有蛋白质就无所事事。他们为了互相支持而同时产生的，这几乎不可能。
DNA的复制过程结构图
还有，要是没有膜把DNA、蛋白质和别的生命要素包裹起来，它们也不可能兴旺发达，原子或分子不会独立实现生命。从你身上取下一个原子，它像一粒沙那样没有生命。
只有许多原子凑到一起，待在营养丰富的细胞里，这些不同的物质才能参加令人惊叹的舞会，我们称其为生命。没有细胞，它们只是有意思的化学物质。但要是没有这些化学物质，细胞就毫无用处。要是一切都需要别的一切，分子社会最初是怎么产生的？
细胞剖面结构
好像你厨房里的各种原料不知怎的凑到一起，自己把自己做成了青椒煎蛋，必要的话，这块煎蛋还会分裂，产生更多的煎蛋。所以，我们把生命称为奇迹，这是不足为怪的。
不同种类蛋白质
是什么促成了这神奇的复杂结构呢？以那些不可思议的蛋白质分子为例，我们假设，我们所看到的奇迹般的排列，是在形成完毕以后才出现的。换句话说，要是蛋白质不是一下子形成的，而是慢慢地演化的，那会怎么样？请你想象一下，要是你把制造一个人的所有材料都拿出来——碳呀，氢呀，氧呀，等等，和水一起放进一个容器，然后用力摇一摇，里面就走出来一个完整的人，那将会是不可思议的。
肯定有某种日积月累的选择过程，使得氨基酸聚集成块状。两三个氨基酸分子也许为了某种简单的目的联结起来，一段时间以后撞在一起成为类似的小群体，在此过程中“发现”又有了某些改进。
大自然里许多分子聚在一起形成长长的链子，名叫聚合物。糖分子经常聚在一起成为淀粉。
唐分子组成的淀粉分子结构
整个宇宙里也许存在大量生命，也许不存在，但不乏有序的自发聚合。它存在于一切东西，从对称的雪花到土星的美丽光环。
水分子遇冷形成雪花结晶体
大自然聚合事物是如此干劲十足，许多科学家现在认为，生命的出现比我们认为的还要不可避免。只要哪里条件合适，物质的自发聚合势必发生。很有可能，这样的条件在每个星系里大约会遇到100万次。
银河系
当然，在赋予我们生命的化学物质里，没有什么非常奇特的东西。要是你想制造另一个有生命的物体，无论是一条金鱼，一棵莴苣，还是一个人，你其实只需要4种元素——碳、氢、氧和氮，加上少量几种别的元素，主要是硫、磷、钙和铁。把30多种这些元素组成的化合物放在一起，形成糖、酸和其他的基本化合物，你就可以制造任何有生命的东西。而且关于制造有生命的东西的物质，也没有什么特别的地方。有生命的东西都是分子的组合，与其他一切东西没有两样。
红腹锦鸡
有关生命起源的许多细节现在依然难以解释。你在书上读到过的有关生命所必需的条件，每种情况都包括了水。到现在最普遍认为的生命始发地冒着气泡的海洋喷气口。但他们都忽视了一个事实：把单体变成聚合体包含一种反应，即生物学上所谓的“脱水缩合”，研究人员一致认为，由于质量作用定律，在原始的大海里，实际上在任何含水的媒体里，这样的反应在能量方面是不大有利的。”这有点像把砂糖放进一杯水里，指望它结成一块方糖。
砂糖
说了这么多我们只要知道这样一点就够了：要是你弄湿了单体，单体就不会变成聚合体——除了在制造地球上的生命的时候。
近几十年来，地球科学方面有许多极其令人感到意外的发现。其中之一，发现在地球史早期就产生了生命。直到20世纪50年代，还认为生命的存在不超过6亿年。到了70年代，几位大胆的人士觉得也许在25亿年前已经有了生命。但是，如今确定的38.5亿年确实早得令人吃惊。地球表面是到了大约39亿年前才变成固体的。
40亿年前地球表面模拟图
实际上，生命出现得太快，有的权威人士认为这肯定有什么东西帮了忙——也许是帮了大忙。关于早期生命来自太空的观点已经存在很长时间，偶尔甚至使历史生辉。
科学家认为生命的种子可能是陨石带到地球上的。1969年9月的一个星期天，科学家在默奇森陨石里发现，莫奇森陨石有45亿年之久，上面星星点点地布满着氨基酸——总共有74种之多，其中8种跟形成地球上的蛋白质有关。陨石里还含有一系列复杂的糖，名叫多羟基化合物。这类糖以前在地球之外是没有发现过的。
莫奇森陨石
宇宙里实际上存在着丰富的有机化合物。现在认为，哈雷彗星的大约25%是有机分子。要是这类陨石经常坠落在一个合适地方——比如地球，你就有了生命所需的基本元素。
哈雷彗星
说生命来自外太空是有问题的，它没有回答生命是如何产生的这个问题，只是把责任推给了别的地方。
无论是什么事导致了生命的开始，那种事只发生过一次。这是生物学上最非同寻常的事实，也许是我们所知道的最不寻常的事实。凡是有过生命的东西，无论是植物还是动物，它的始发点都可以追溯到同一种原始的抽动。
生物进化过程图
在极其遥远的过去，在某个时刻，有一小囊化学物质躁动一下，于是就有了生命。它吸收营养，轻轻地搏动几下，经历了短暂的存在。这么多情况也许以前发生过，也许发生过多次。但是，这位老祖宗干了另一件非同寻常的事：它将自己一分为二，产生了一个后代，一小袋遗传物质从一个生命实体转移给了另一个生命实体，此后就这样延续下去，再也没有停止过。这是个创造我们大家的时刻。生物学家有时候将其称为“大诞生”。
地球早期多细胞生物
无论你到世界的什么地方，无论你看到的是动物、植物、虫子还是难以名状的东西，只要它有生命，它就会使用同一部词典，知道同一个代码。所有的生命都是一家。
我们都是同一遗传戏法的结果。那种戏法一代一代地传下来，经历了差不多40亿年，到了最后，你甚至可以学上一点人类遗传的知识，拼凑个错误百出的酵母细胞，真酵母细胞还会让它投入工作，仿佛它是自己的同类。实际上，它确实是其同类。
酵母细胞
35亿年前的地球。当时，生命才刚刚起步。那个古老的年代在地球科学上叫作太古代。太古代有巨大的活火山，红得刺眼的天空，下面有一个冒着水蒸气的古铜色大海。前景的阴影里塞满了一种细菌寄生的岩石，名叫叠层石。
叠层石
当时的地球上与今天的火星上一样没有供我们呼吸的空气。而且，地球上还充满从盐酸和硫酸中散发出来的毒气，强烈得足以腐蚀衣服和使皮肤起泡。
太古代地球状态
当时的大气里都是混浊的化学物质，阳光几乎射不到地面。你只能借助经常掠过的明亮的闪电，在短时间里看见有限的东西。总之我们不会认出那是我们自己的地球。在20亿年时间里，细菌是唯一的生命形式。它们活着，它们繁殖，它们数量增加，但没有表现出想发展到另一个更富挑战性的生存层面的特别倾向。
细菌
在生命的头10亿年的某个时候，藻青菌，或称蓝绿藻，学会了利用大量存在的资源——存在于水中的特别丰富的氢。它们吸收水分子，吃掉了氢，排出了氧，在此过程中发明了光合作用。
藻青菌
光合作用无疑是本星球的生命史上所创造的最重要的新陈代谢方法”——光合作用是由细菌而不是由植物发明的。随着藻青菌的增多，世界开始充满氧气，发现氧有毒的微生物深感吃惊——而在那个年代，那种微生物比比皆是。在一个厌氧的（或不使用氧的）世界里，氧是剧毒的。
需氧菌与厌氧菌对比图
我们的白细胞实际上就是用氧来杀死入侵的细菌。氧从根本上说是很毒的，我们听了往往会大吃一惊，因为许多人觉得呼吸氧是很舒服的事，但那只是因为我们已经逐步进化到了能利用氧。
白细胞在工作
对于别的东西来说，它是一种可怕的东西。它使食物变质，使铁生锈。连我们对氧的耐受力也是有限度的。我们细胞里的氧气浓度，只有大气里的大约十分之一。
刀表面是铁锈（氧化铁）
新的会利用氧的细菌有两个优势。氧能提高产生能量的效力，它打垮了与之竞争的微生物。有的撤退到厌氧而泥泞的沼泽和湖底世界里；有的也照此办理，但后来（很久以后）又移居到了你和我这样的有消化力的地方。有相当数量的这类原始实体此时此刻就生活在你的体内，帮助消化你的食物，但厌恶哪怕是一丁点儿氧气。还有无数的其他细菌没有适应能力，最后死亡了。
常见厌氧菌种类
藻青菌逃跑并取得了成功。起初，它们所产生的额外的氧没有积聚在大气里，而是与铁化合，成为氧化铁，沉入了原始的海底。有几百万年的时间，世界真的生锈了，这个现象由条形铁矿生动地记录了下来。
铁矿石
今天却为世界提供了那么多的铁矿石。在几千万年时间里，发生的情况比这多不了多少。但是，大约在35亿年以前，更加坚强的东西变得显而易见。只要哪里的海水很浅，可见的结构就开始展现。在藻青菌完成惯常的化学过程的同时，它们开始带有点儿黏性。那个黏性粘住了微小的灰尘和沙粒，一起形成了有点古怪而又坚固的结构——浅水里的叠层石。
澳大利亚叠层石
叠层石有各种形状、各种大小。叠层石有时候看上去像巨大的花椰菜，有时候又像毛茸茸的地垫，有时候，叠层石呈圆柱状，戳出水面几十米——偶尔高达100米。从各种表现形式来看，叠层石都是一种有生命的岩石。叠层岩代表了世界上第一个合作项目，有的种类的原始生物就生活在表面，有的就生活在下面，一方利用了另一方创造的条件。世界有了第一个生态系统。
叠层石
叠层石没有光泽，灰色，看上去很像大团的牛屎。但是，望着地球上35亿年前留下的生物，但这些晦暗的岩石上充满了生命，据估计每平方米岩石上生活着36亿个微生物。要是你看得仔细的话，你有时候能看到一串串小气泡冒出水面。那是它们在释放氧气。在20亿年时间里，这种小小的努力使地球大气里的氧增加到了20%，为生命史的下一章，也是更复杂的一章铺平了道路。
原始生命到复杂生命过程图
生命为什么花了很长时间才复杂起来？原因之一是，世界不得不等待，直到简单的生物已经在大气里充入了足够的氧。地球花了大约20亿年，即大约40%的地球历史，大气里氧的浓度才大体上达到了现在的水平。
现在的地球
但是，一旦条件成熟，显然是在突然之间，一种崭新的细胞出现了——那个细胞里含有一个核和几个别的部分，统称“细胞器”。该过程始于某个行为草率或敢于冒险的细菌。它不是受到了侵犯，就是被别的细菌俘虏。结果，双方都感到很满意。据认为，那个被俘的细菌变成了一个线粒体。
线粒体结构
这种线粒体入侵（也称作“内共生事件”）使得复杂生命的出现成为可能。在植物方面，一次类似的入侵产生了叶绿体，使植物能进行光合作用。
线粒体支配着氧，释放食物中的能量。没有这种很有用处的戏法，今天地球上的生命不过是生活在污泥里的一大堆简单的微生物。线粒体极小——一粒沙子大小的空间里可以装上10亿个线粒体，而且老是肚子饿，你吸收的营养到头来都喂了线粒体。
要是没有线粒体，我们两分钟也活不到。然而，即使过了10亿年，线粒体的表现显示，它们似乎依然认为我们之间的问题有可能解决不了。它们保持了自己的DNA、RNA（核糖核酸）和核蛋白体。它们与寄主细胞在不同的时候繁殖。它们看上去像细菌，像细菌那样分裂，有时候对抗生素做出细菌会做出的那种反应。它们甚至不说寄主细胞说的那种基因语言。这很像是你家里来了个陌生人，而这个陌生人已经在你的家里住了10亿年。
DNA与RNA的不同螺旋结构
新的种类的细胞被称为真核生物（意思是“真具有核的”），与之相对的旧的种类的细胞被称为原核生物（意思是“在具有核之前的”）。
真核细胞结构图
它们似乎突然出现在化石记录里。已知的最古老的真核生物，即所谓的卷曲藻，是1992年在密歇根州的铁沉积物中发现的。这种化石只发现过一次，接着在5亿年中杳无踪影。
藻类化石
地球已经朝着真正有意思的行星迈出了第一步。与新的真核生物相比，旧的原核生物——借用英国地质学家斯蒂芬·德鲁里的话来说——不过是“几囊化学物质”。真核生物比它们比较简单的堂兄弟要大——最少要大1万倍，能够多带1000倍的DNA。由于这些突破，生命渐渐变得复杂，结果创造了两种生物——排斥氧的（比如植物）和接受氧的（比如你和我）。
单细胞的真核生物一度被称作原生动物，与之前的细菌相比，原生生物在模式上和复杂程度上都是个奇迹。简单的变形虫只有一个细胞大，除了生存没有别的雄心壮志，但在它的DNA中包含着4亿条遗传信息。
变形虫
最后，真核生物学会了一种更加独特的把戏。这花去了很长时间——10亿年左右，但它们一旦成为专家，那还是个挺不错的把戏。它们学会了结合在一起，形成复杂的多细胞生物。由于这项新的发明，像我们这样大而复杂的、可见的实体终于成为可能。
地球这颗行星已经准备好进入下一个雄心勃勃的阶段。但是，在为此感到过分激动之前，我们将会看到，世界还仍然是小生物的世界。
好了，生命起源简析就写到这里了
