蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。機(jī)體中的每一個細(xì)胞和所有重要組成部分都有蛋白質(zhì)參與。蛋白質(zhì)的種類很多，性質(zhì)、功能各異，但都是由20種氨基酸按不同比例組合而成的。氨基酸賦予蛋白質(zhì)特定的分子結(jié)構(gòu)形態(tài)，使它的分子具有生化活性。

基因是編碼蛋白質(zhì)或RNA等具有特定功能產(chǎn)物的遺傳信息的基本單位，是染色體的一段DNA序列。也就是說，生物的遺傳信息都儲存在細(xì)胞核內(nèi)的DNA中。細(xì)胞分裂時，為了確保每一代的細(xì)胞具備相同的遺傳信息，DNA必須通過自我復(fù)制使子代細(xì)胞帶有同樣數(shù)量的DNA，這一過程被稱為“復(fù)制”。細(xì)胞在執(zhí)行某種生物功能時，需要特定的蛋白質(zhì)來完成，此時DNA將信息傳遞給RNA（這一過程被稱為“轉(zhuǎn)錄”），然后RNA按照特定的信息通過氨基酸的不同組合來組成特定的蛋白質(zhì)（這一過程被稱為“翻譯”）。這樣，DNA中的不同遺傳信息就可以根據(jù)需要翻譯成不同的蛋白質(zhì)，而不同的蛋白質(zhì)則在機(jī)體內(nèi)執(zhí)行不同的生物功能。這即“生物中心法則” ——細(xì)胞內(nèi)的信息按照預(yù)定順序流動：DNA將遺傳信息轉(zhuǎn)錄給RNA，RNA嚴(yán)格按照DNA的遺傳信息，通過氨基酸的不同組合合成蛋白質(zhì)。

DNA的中文名稱是脫氧核糖核酸，英文名稱是Deoxyribonucleic acid。RNA的中文名稱是核糖核酸，英文名稱是Ribonucleic acid。DNA是由一個一個核苷酸連結(jié)成雙螺旋分子結(jié)構(gòu)的大分子。RNA也是由許多核苷酸連成的長長的大分子，但沒有DNA長，分子量也小得多。蛋白質(zhì)是由氨基酸單分子連起來的大分子。

地球生命起源于海底熱液口？

有關(guān)地球生命起源最引人注目的話題之一是：簡單的有機(jī)化合物是在什么地方演變?yōu)楦鼜?fù)雜的聚合物，進(jìn)而成為地球早期生命體的？

達(dá)爾文設(shè)想，地球生命是在“溫暖的小池塘”中產(chǎn)生的，但也有科學(xué)家認(rèn)為，剛誕生不久的地球是一個不適合生命生存的荒涼地方，大氣中沒有氧氣，也沒有如今能夠阻擋大量有害紫外線輻射的臭氧層，所以他們認(rèn)為，最有可能產(chǎn)生生命的環(huán)境是深海熱液口。

1976年，科學(xué)家乘坐“阿爾文號”潛艇潛入深海底，在那里發(fā)現(xiàn)了一些裂縫，被熔巖加熱到幾百攝氏度高溫、富含礦物質(zhì)的海水源源不斷地從裂縫中噴涌而出。這就是被稱之為“海底熱液口”的地方?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，在海底熱液口附近，存在著一個奇特的生態(tài)系統(tǒng)，在那里聚集了大量海洋生物，包括巨大的管蠕蟲、盲蝦和噬硫細(xì)菌。

1996年，礦物學(xué)家鮑勃·哈森開始了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，旨在證明：海底熱液口附近是生命誕生的理想之地。哈森認(rèn)為，海底熱液口的高溫高壓環(huán)境，豐富的礦物質(zhì)資源，以及裂縫中源源不斷噴涌上來并立即與冰冷的海水交融在一起的熱水，這種種復(fù)雜的環(huán)境條件表明，這里很可能是地球生命起源的地方。為了測試這一理論，哈森和他的同事們使用了一種被叫做“壓力彈”的設(shè)備。“壓力彈”在技術(shù)術(shù)語上被叫做“內(nèi)部加熱氣體介質(zhì)壓力容器”，看上去就像一口超級廚房高壓鍋，可產(chǎn)生超過1800℃的高溫和相當(dāng)于海平面氣壓10000倍的高壓。

做實(shí)驗(yàn)時，哈森將水、一種被叫做丙酮酸鹽的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，以及一種能產(chǎn)生二氧化碳的粉末裝進(jìn)一個由金子做成的小膠囊內(nèi)，然后將小膠囊放進(jìn)設(shè)定在480℃、2000個大氣壓的“壓力彈”中。兩小時后，他取出膠囊，發(fā)現(xiàn)里面的東西已經(jīng)變成了數(shù)以萬計(jì)的不同的化合物。之后，哈森和同事們又用氮、氨以及其他早期存在于地球上的分子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終創(chuàng)造出了各種各樣的有機(jī)分子，包括各種氨基酸和糖類，這些都是構(gòu)成生命體的基本物質(zhì)。

哈森的“壓力彈”實(shí)驗(yàn)標(biāo)志著一個重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。44年前，米勒在裝滿“地球早期大氣”的玻璃試瓶里，用電火花模擬閃電，成功地創(chuàng)造出了含有氨基酸的“生命原湯”。而現(xiàn)在，哈森的“壓力彈”實(shí)驗(yàn)則表明，不僅僅是雷電，生命的基本分子還可能在各種場所形成，包括海底熱液口附近，火山口中，甚至在隕石上。

在科學(xué)家看來，在地球上形成生命的基本元素如碳、氫、氮等并不難，難的是：這些基本元素是如何組合在一起的？還有，氨基酸以多種形式出現(xiàn)，但其中只有一些被生物體用來構(gòu)成蛋白質(zhì)，那它們又是如何發(fā)現(xiàn)和找到彼此的呢？

哈森認(rèn)為，各種分子漂浮在浩瀚海水——“生命原湯”之中，但那決不是什么濃厚醇香的燉牛肉湯，它非常稀薄，只是在一片汪洋大海中，這里或那里偶爾飄浮著幾個分子而已?？梢哉f，在茫茫大海中，分子與分子相遇，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并最終形成較大結(jié)構(gòu)的機(jī)會可謂無限之小。哈森推測，海底的巖石，即在海底熱液口周圍堆積起來的礦床，很可能是幫助孤單的氨基酸互相尋找到彼此的最好媒介——礦物巖石擁有紋理，有的光滑、有光澤，有的粗糙、凹凸不平，表面附著各種分子；氫原子若即若離地徘徊在礦物巖石的附近，與其上的各種分子發(fā)生反應(yīng)；某種氨基酸被礦物分子所吸引，形成一個鍵，足夠多的鍵形成一種蛋白質(zhì)……目前，哈森及其同事正在實(shí)驗(yàn)室里對不同的礦物質(zhì)和分子加以組合，一遍又一遍地做實(shí)驗(yàn)，以重復(fù)地球早期海洋里曾經(jīng)發(fā)生過的那些事兒。

哈森還從另一個角度探索生命起源的奧秘，這就是：生命是如何促進(jìn)了礦物的演化？我們知道，在太陽系形成之前，宇宙塵埃粒子中大約只有十幾種礦物質(zhì)，包括金剛石和石墨等；當(dāng)太陽形成之時，又形成了大約50種礦物質(zhì)。在地球上，火山爆發(fā)噴發(fā)物形成玄武巖，板塊構(gòu)造運(yùn)動促成了銅、鉛和鋅等礦床的形成。哈森認(rèn)為，在恒星爆炸、行星形成和地球板塊運(yùn)動的壯麗史詩中，這些礦物質(zhì)都扮演了重要的角色。接下來，生命活動起到了關(guān)鍵作用。光合作用將氧氣引入大氣中，進(jìn)而進(jìn)入地殼中，促成了一些新種類的礦物質(zhì)，如綠松石、孔雀石和藍(lán)銅礦等的形成。苔蘚和藻類爬上陸地，使巖石碎裂，形成黏土，更大的植物得以生長，土壤也向縱深發(fā)展，如此等等。如今地球上的礦物質(zhì)大約有4400種，其中超過2/3的產(chǎn)生是因?yàn)樯拇嬖诟淖兞诉@個星球，其中一些完全是由活的生物體死亡后形成的。

哈森認(rèn)為，海底熱液口附近復(fù)雜的環(huán)境正是生命誕生的理想之地——噴涌而出的熱水與巖石附近冰冷的海水產(chǎn)生相互作用，礦床表面提供堅(jiān)實(shí)的表面，讓新形成的氨基酸擁有一個能夠聚集在一起的落腳之處。他說，“長期以來，有機(jī)化學(xué)家一直利用試管來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，而生命起源所利用的則是巖石、水和大氣。一旦生命有了立足點(diǎn)，多樣化的環(huán)境因素就成為演變發(fā)展的推動力量?！钡V物質(zhì)演變并增多，生命出現(xiàn)并向多樣化發(fā)展，于是，三葉蟲、鯨魚、靈長類動物相繼登上了地球歷史舞臺。

地球生命起源于外太空？

有科學(xué)家認(rèn)為，地球上的生命或許來自太陽系的其他地方，是隨著彗星或小行星一類的太空巖石來到地球的。

目前科學(xué)家普遍認(rèn)為，地球生命根源于某些特定無機(jī)物的組合。在混沌之初，“生命原湯”中的各種物質(zhì)經(jīng)歷了一系列化學(xué)反應(yīng)，最終形成了氨基酸等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)化合物。自19世紀(jì)，有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些富含碳元素的有機(jī)化合物同一些隕石的組成成分十分類似，于是提出了地球生命可能來自外太空的觀點(diǎn)。

小行星帶被認(rèn)為是地球生命起源較為理想的發(fā)生空間。小行星帶介于火星和木星之間，遠(yuǎn)離形成過程中的行星的高溫高壓環(huán)境。一些科學(xué)家推測，小行星帶中的小行星不斷發(fā)生激烈碰撞，產(chǎn)生的隕石攜帶著一些物質(zhì)運(yùn)行在太陽系中，其中一些最終墜落到了地球上，正是這些“太空來客”提供了地球生命形成所不可缺少的各種有機(jī)成分。

隕石分為球粒隕石和非球粒隕石兩類。科學(xué)家認(rèn)為，球粒隕石對生命起源有著較為重要的意義，因?yàn)槠渲泻邪被岷推渌衔?，它們撞擊地球產(chǎn)生熱和沖擊波，可以在地球早期大氣中激起合成有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)。1969年，一顆隕石隕落在維多利亞的默奇森地區(qū)，科學(xué)家在這顆隕石中發(fā)現(xiàn)了多種氨基酸。默奇森隕石屬于碳質(zhì)球粒隕石，極可能是來自彗星的殘余物質(zhì)。這是科學(xué)家首次在隕石中發(fā)現(xiàn)氨基酸?？茖W(xué)家還在默奇森隕石中發(fā)現(xiàn)了與微生物極為相似的微體化石，被一些微生物學(xué)家認(rèn)為是來自太空的微觀生命。

科學(xué)家在其他的碳質(zhì)球粒隕石中也找到了各種形態(tài)的微生物化石，長條形的，圓形的等，與地球上的微生物非常相似。這些隕石樣本被一些科學(xué)家認(rèn)為提供了地球生命起源于外太空的寶貴證據(jù)。

2010年，美國科學(xué)家在一塊叫做“Ureilite”的隕石中發(fā)現(xiàn)了19種氨基酸。令科學(xué)家驚訝的是，他們在Ureilite隕石中既發(fā)現(xiàn)了“左手性”的氨基酸，也發(fā)現(xiàn)了“右手性”的氨基酸。氨基酸中的原子排列呈立體組合，有L型（左旋）和D型（右旋）兩種，呈相互鏡像關(guān)系，如我們的左手和右手對稱一樣，因此也被分別稱作 “左手性”和“右手性”。研究發(fā)現(xiàn)，除了少數(shù)動物的特定器官內(nèi)含有少量的“右手性”氨基酸之外，構(gòu)成地球生命體的氨基酸幾乎都是“左手性”的。有科學(xué)家據(jù)此認(rèn)為，這些氨基酸肯定來自外太空，而不是在地球上被“污染”的。

2011年2月，一個美國科學(xué)家小組宣布，他們從1995年在南極洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一塊編號為“Grave Nunataks 95229”的隕石中提取了4克巖石粉末樣本進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣本中含有豐富的氮元素，而構(gòu)成生命基本要素的DNA和蛋白質(zhì)中都含有氮元素。一些科學(xué)家認(rèn)為，這為地球生命起源于外太空的說法提供了進(jìn)一步的有力證據(jù)。

2011年3月，美國宇航局科學(xué)家理查德·胡佛宣稱，他在隕石中發(fā)現(xiàn)了地外生命的痕跡。這位天體生物學(xué)家曾花費(fèi)10年時間對隕落在世界各處荒涼角落的隕石進(jìn)行研究分析。胡佛稱，他將發(fā)現(xiàn)自南極、西伯利亞和阿拉斯加的碳質(zhì)球粒隕石進(jìn)行切片，然后用掃描隧道顯微鏡進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了“大型的復(fù)雜絲狀體”，這種類似地球上能產(chǎn)生氧氣的藍(lán)藻細(xì)菌的外星微生物化石或可證明宇宙中外星生物的存在。如果這項(xiàng)研究成果得到確認(rèn)，它將為“胚種論”提供有力支持。該理論認(rèn)為，細(xì)菌可以在休眠狀態(tài)下隱藏于隕石中進(jìn)行超長距離的星際旅行，而當(dāng)它們最終落到一個新的行星上后，在條件適宜的情況下，便有機(jī)會復(fù)蘇并實(shí)現(xiàn)“生命種子”的星際傳播。

胡佛的這一研究成果引起了極大的關(guān)注，但同時也受到了很多科學(xué)家的質(zhì)疑。美國航天局的頂級科學(xué)家很快發(fā)表聲明說，沒有科學(xué)證據(jù)能夠支持他們的同事所宣布的這一驚人發(fā)現(xiàn)。他們認(rèn)為對這個說法最簡單的解釋是:這些隕石碎片上確實(shí)存在微生物,但它們是地球上的微生物。也就是說,這些隕石在降落后被地球的微生物“污染”了。

事實(shí)上，之前也有過相似的消息，但最終都被證實(shí)是錯誤的。如在上世紀(jì)60年代就有人稱在一塊隕石中發(fā)現(xiàn)了一個“胚種艙”，但后來證明是被人故意粘上去的。

還有另外的地球生命起源形式嗎？

科學(xué)家普遍認(rèn)同，地球上的所有生命都起源于一個共同的祖先。會不會還有不同的地球生命起源形式呢？

2010年，英國皇家學(xué)會在倫敦召開了主題為“探測地外生命及其對科學(xué)和社會的影響”的研討會。會議的主要議題是“搜索來自外星人的信號”、“搜尋地球另一個生命起源”和“探討尋找外星生命的社會意義”。美國亞利桑那大學(xué)的保羅·戴維斯教授在會上提出了“在地球上搜索‘影子生物圈’” 的想法

何謂“影子生物圈”？即指存在于地球或地球之外，與已知生命形式毫不相關(guān)的獨(dú)立的生命源的后代。到哪里去尋找“影子生物圈”呢？科學(xué)家指出，并非乘坐星際飛船到太空中許多光年之外的地方去尋找，而是在我們的地球上尋找。

我們所熟悉的各種各樣的多細(xì)胞生物都起源于一個共同的祖先，沒有人懷疑這一點(diǎn)，其根據(jù)主要源自于生物化學(xué)和分子生物學(xué)，比如櫟樹、鯨魚、蘑菇和細(xì)菌看起來是完全不同的物種，但從生物化學(xué)和分子生物學(xué)的角度來看，它們的內(nèi)部機(jī)制卻是相同的，都用DNA和RNA存儲信息，用ATP分子（ATP即三磷酸腺苷，是各種活細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種高能磷酸化合物）儲存和釋放能量，等等。生物學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，許多截然不同的物種，它們的基因卻極為相似，比如人類與小鼠相同的基因達(dá)63％，人類與酵母相同的基因達(dá)38％。

無論是動物園里的動物，庭院里的植物，還是天空中的飛鳥和海里的魚，它們都是同一種生命形式——多細(xì)胞生物。不過，多細(xì)胞生物只是地球生命的一部分，地球生命的絕大部分是微生物。

在顯微鏡下，我們可以發(fā)現(xiàn)構(gòu)成微生物的生物化學(xué)結(jié)構(gòu)：DNA，蛋白質(zhì)，核糖體，和你我身體的基本構(gòu)成是一樣的。但是，地球上充滿了這些微小的生物體，僅1立方厘米的土壤內(nèi)就可能含有種類多達(dá)數(shù)百萬種、數(shù)量多達(dá)數(shù)十億的微生物，其中絕大多數(shù)都還沒有被歸類，更不用說進(jìn)行研究了，在這中間會不會有我們所不知道的生命形式呢？

問題還在于，進(jìn)化在很大程度上存在偶然性，不同起源的生命體很可能有著完全不同的生物化學(xué)結(jié)構(gòu)，“影子生物圈”有可能被淹沒在常規(guī)形式的生命中。

那么，我們應(yīng)該如何去尋找我們所不知道的生命形式？一個可行的方法是：到傳統(tǒng)生命無法生存的極端環(huán)境中去探索，比如沙漠、冰原、高空大氣層和火山口。

在過去30年里，生物學(xué)家不斷驚訝地發(fā)現(xiàn)，在一些以前被認(rèn)為足以致命的環(huán)境中，一些生命卻欣欣向榮，繁衍不息。20世紀(jì)60年代后期，在美國黃石國家公園的溫泉中，發(fā)現(xiàn)了可承受90℃高溫的微生物（被稱為嗜熱菌）。更為驚奇的是，1976年，在深海熱液口附近，首次發(fā)現(xiàn)了生活在高達(dá)350℃熱液中的微生物?？茖W(xué)家還相繼發(fā)現(xiàn)了能夠承受極端寒冷、耐腐蝕以及耐輻射等的微生物。這些發(fā)現(xiàn)表明，生命的生存空間比我們以往所認(rèn)為的要寬廣得多。

不過，研究證明，迄今發(fā)現(xiàn)的這些極端微生物仍然是地球上的常規(guī)生命形式，和你我一樣，都源自于同樣的生命之樹。假如存在一個“影子生物圈”，其生存環(huán)境甚至超越了迄今已發(fā)現(xiàn)的最頑強(qiáng)生命的生存極限，情況又會怎樣呢？一個很好的例子是溫度。我們知道，溫度超過120℃，DNA和蛋白質(zhì)就會被破壞和瓦解，一系列分子修復(fù)和保護(hù)機(jī)制也會遭到破壞。但是，超級嗜熱菌的耐熱極限達(dá)到約130℃。另一個例子是深度。20世紀(jì)80年代，天體物理學(xué)家托馬斯·戈?duì)柕略诒O(jiān)管一個實(shí)驗(yàn)性石油鉆井工程時，在鉆孔幾千米深處發(fā)現(xiàn)了生命。之后幾年里，其他研究人員也紛紛在巖石孔隙中尋找到生活在地下深處的微生物，并在1000米深處的海底巖石中發(fā)現(xiàn)：每立方厘米中含有數(shù)以百萬計(jì)的微生物！科學(xué)家推測，地球上有著一些與世隔絕或幾乎與世隔絕的地下生態(tài)系統(tǒng)，每一個生態(tài)系統(tǒng)都自成一體，自我維持，并基本上隔絕于我們所熟悉的地球生物圈。

目前至少已有三個這樣的生態(tài)系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)——深埋于地下，幾乎完全與地面生物圈隔絕。生活在其中的微生物群落以氫為能量——地下水與熾熱的巖石接觸產(chǎn)生氫，或者通過巖石的輻射作用產(chǎn)生氫。這些生物體從氫和溶解的二氧化碳獲得能量，并釋放甲烷為其排泄物。這些生物體中有許多是嗜熱菌或超級嗜熱菌，越接近地殼深處，它們能耐受的溫度越高。

遺憾的是，這三個與世隔絕的地下生態(tài)系統(tǒng)仍被認(rèn)為屬于常規(guī)地球生態(tài)系統(tǒng)。不過，“奇異生命”形式有可能生存在其他一些地方，包括高層大氣、寒冷干燥的高原和高山頂（高山頂上高通量的紫外線輻射是普通生命形式所無法承受的）、溫度低于-40℃的冰沉積層，被有毒金屬嚴(yán)重污染、令普通生命形式無法生存的湖泊，等等。在未來的鉆探工程中，無論是陸地上還是海上，完全都有可能發(fā)現(xiàn)生存著“奇異生命”的“影子生態(tài)圈”。

尋找“奇異生命”形式的另一個問題是，它們可能與常規(guī)生命生活在同一個生物圈中，使甄別的難度很大，如像科幻小說中所描寫的那樣，生活在我們中間的外星人，與地球人看上去沒有什么區(qū)別。而且一個小人國版本的“外星人滲透”事件有可能真的存在于我們的地球上：看上去就像普通細(xì)菌的“奇異微生物”，與普通細(xì)菌居住在同一個環(huán)境中，人們或者已經(jīng)看到它們了，但沒有認(rèn)出它們來。

我們不知道“影子生命”到底是什么樣的，這是一個極大的挑戰(zhàn)。因此，尋找“影子生命”的另一個方法就是：設(shè)計(jì)出探測其他生物化學(xué)結(jié)構(gòu)的手段——兩種微生物也許看上去完全相同，但它們在生物化學(xué)結(jié)構(gòu)上未必完全相同。目前只有美國宇航局的微生物學(xué)家進(jìn)行了這類實(shí)驗(yàn)——尋找“鏡像生命”。普通生命體幾乎無一例外都采用右旋糖和左旋氨基酸，并避免形成它們的鏡像等價(jià)物，可如果“影子生命”是以相反的偏好發(fā)展呢？以“手性”為線索尋找“影子生命”，不失為一種明顯而簡單的技術(shù)。

2004年，美國生物學(xué)家克雷格·文特爾參加了人類基因組測序，當(dāng)他宣布他從提取自北大西洋相當(dāng)貧瘠的馬尾藻海中的海水樣本中分離出了120萬個新的基因、1800種之前尚未確認(rèn)的微生物時，整個科學(xué)界都為之震動了。文特爾說：“我們正在尋找火星上的生命，但我們其實(shí)連地球上究竟還有些什么生命都不知道?！?/font>

幾個正在進(jìn)行的海洋采樣研究項(xiàng)目為發(fā)現(xiàn)海洋中的“影子生命”提供了絕好的機(jī)會?？茖W(xué)家在密切關(guān)注二氧化碳積累對海洋生物多樣性的影響的同時，還將研究來自世界各地的深海微生物。如果我們能發(fā)現(xiàn)另一種生命起源的形式，將成為生物學(xué)史上最轟動的事件，對科學(xué)特別是天體生物學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響，因?yàn)槲覀兛梢杂纱丝隙ǎ好ＣＳ钪嬷谐錆M了多種形式的生命。

關(guān)于地球生命起源還有許多問題需要解答，同一問題在科學(xué)界也還存在不同的觀點(diǎn)。生命起源奧秘似乎很難破譯，但科學(xué)家相信，只要堅(jiān)持不懈，地球生命起源之謎最終可以被破解。