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④ 这个假设的逻辑依据是奥卡姆剃刀原理（Occam’s razor），科学哲学中最基础的方法论：选择最简单自然的假设。得出的结果不一定正确，但是除非发现确有必要，我们就不应该引入更复杂的推论过程。或许，最终所有其他的可能性都被证伪，我们不得不用“神迹”来解释复制的起源（我不认为这会发生）。但是在那之前，我们不应该自找麻烦。奥卡姆剃刀原理当然只是解决问题的一种方法，但是科学的巨大成就已经证明：这种方法十分有效。
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⑤ 一个熟悉的例子就是葡萄酒的酒精浓度。光靠酒精的发酵作用，葡萄酒的酒精浓度无法超过15%。酒精含量升高后，会阻止反应（发酵）继续进行，不能生成更多的酒精。除非移除已经生成的酒精，否则发酵反应就会慢慢停止：此时的葡萄酒达成了热力学平衡（变成了汤）。白兰地等烈酒，制造方式是靠蒸馏葡萄酒来进一步浓缩酒精。我相信，人类是唯一把蒸馏运用到完美的生物。
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⑥ 我这里说的其实不是蛋白质，而是多肽。一个蛋白质中的氨基酸序列是由DNA中的基因决定的。多肽也是一条氨基酸链，由和蛋白质一样的化学键连接，但通常短得多（可能只有几个氨基酸），序列也不需要由基因规定。如果环境中有化学“脱水剂”存在，比如焦磷酸盐（pyrophosphate）或者乙酰磷酸盐，氨基酸会自发形成短链多肽。而这些脱水剂很可能就是ATP的非生物前驱物。
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⑦ “羽流”是一种流体力学现象。在深海热液喷口的例子中，羽流指的是下层较热的水流上升，形成冷水中的热水柱，上升的热水柱末端流径扩大、破碎，造成上层（海面）特定区域产生乱流。虽然上层水温不见得有明显提高，但根据表面区域性羽流末端的存在，能够推测下层（海底）有热流源头存在。——译者注
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⑧ 瓦赫特绍泽改变了我们对生命起源的理解。他坚决摒弃原始汤理论，在学术期刊上与米勒展开了漫长而激烈的争论。很多人以为科学讨论都应该是心平气和、不带感情的，我这里引用一些瓦赫特绍泽抨击原始汤理论的语言，让大家领略一下他的风格：“前生物汤理论（其实就是原始汤理论，这是瓦赫特绍泽不太尊重的叫法而已）已经被批得体无完肤，因为它的逻辑自相矛盾，与热力学原理南辕北辙，从化学和地球化学上都完全说不通，与生物学和生物化学割裂，在实验中更是被完全否定！”
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⑨ 很遗憾，拉塞尔经过再三考虑，现在也同意了这个看法。他多次尝试让二氧化碳和氢气在极端条件下反应，来制造甲醛与甲醇，结果都失败了。所以他现在也认为这不可能。目前，他与沃尔夫冈·尼奇克合作研究其他分子驱动生命起源的可能性，特别是甲烷（由热液喷口制造）和一氧化氮（可能存在于早期海洋中）的反应，类似于现代甲烷氧化菌（methanotrophic bacteria）的生化机制。我和马丁不同意他们的看法，原因不在此详述。如果读者有兴趣，我推荐列在参考文献中苏萨（Sousa et al.）团队的论文。这个课题与早期海洋的氧化状态有关，所以是非常重要的问题，而且可以在实验室进行验证。过去的十年间，学术界有一个大进步，就是越来越多的的科学家都开始认真对待碱性热液喷口理论。在这个理论框架下，很多个人和团队从不同方向提出了明确可验证的假说，并着手进行实验。这才是正确的科学研究方式。我相信，我们所有人都乐于被人证明在细节上犯了哪些错误，同时又希望整个理论架构仍然站得住脚，继续丰富。
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⑩ 如果你真是细节控，解释在这里。还原电位的单位是“毫伏”(millivolts)。假设把一个镁电极放入装着硫酸镁溶液的烧杯中。金属镁有很强的电离倾向，所以会向溶液中放出更多的Mg2+离子，电子则被留在电极上，这样电极就会有负电荷，数值可以相对“标准氢电极”进行量化。标准氢电极，是指在25℃以下的氢气环境中，把惰性的铂电极放入pH=0的质子溶液（强酸性，每公升溶液含有1克质子）。如果把镁电极和标准氢电极用导线连接起来，电子就会从带负电的镁电极流向相对带正电（其实只是负电荷较小）的氢电极，与强酸性溶液中的质子结合释放出氢气。相对于氢电极，金属镁的还原电位非常低（－2.37伏特）。注意这些数值都是在pH=0的条件下测量的。在正文中我写到氢气在pH=7时的还原电位是－414毫伏，因为还原电位会随着pH升高而降低，pH每上升1，还原电位大约会降低59毫伏（详见正文下一段）。
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⑪ 惠勒此语并非针对某个具体的理论发现，而是在他提出“参与的宇宙”（participatory universe）概念的论文末尾发出的感叹，指的是未来理解了宇宙终极本质之后，人类会有的感悟。由此可见本书作者的雄心。——译者注
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复杂生命的起源 4 细胞的诞生
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“I think”（我认为），达尔文在笔记本上潦草写下这两个单词，旁边还画着一张生命树的草稿。那是1837年，自他从小猎犬号环球之旅归来后才刚刚过去一年时间。22年后，《物种起源》的初版仅有一幅插图，那就是一棵生命树，画得比草稿更精美而已。生命树的概念是达尔文思想的核心，自他以后也一直是演化生物学的核心。所以当有人站出来宣布它存在错误时，总会令人震惊。2009年，恰逢《物种起源》出版150周年纪念，《新科学人》杂志（New Scientist）就在封面上用大号字体发出了挑战。杂志封面为了吸引读者，当然会觍着脸夸大其词，但文章本身还算温和，而且提出了具体的论证。科学上对与错的界限很难确定，不过我们可以说：生命树确实存在错误。但这并不是说达尔文对科学的主要贡献——自然选择演化学说也是错的；只能说他的遗传学知识受到了时代的局限。这也不是什么新闻，我们早就清楚达尔文对DNA、基因和孟德尔定律无所知，更不用说细菌之间的水平基因转移。所以，他对遗传学的认识就像隔着一层遮光玻璃。所有这些局限都无损达尔文自然选择学说的正确。所以从狭义的专业角度来看，那个耸人听闻的封面是对的；但在深层次的意义上，它严重误导了读者。
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要说这个封面有什么积极意义，那就是把一个重要的课题放在聚光灯下。生命树的概念有一个基本设定：“垂直”遗传，即亲代通过有性繁殖，把基因拷贝传给子代。基因的代代相传通常在物种内部进行，而物种之间鲜有基因交流。一个物种内部的种群之间如果产生了生殖隔离，基因会慢慢出现差异，彼此交流越来越少，最终形成新的物种。这就是分支生命树的由来。细菌的情况比较复杂。它们不进行真核生物那样的有性生殖，所以就无法像真核生物那样，将它们分类为清晰的“种”。“物种”这个概念在细菌中的定义一直都很麻烦。关键在于，细菌通过水平基因转移扩散基因，除了把整套基因组传给子代细胞，还会像撒零钱似的把几个基因的组合（质粒）传给其他细菌。这些情况与自然选择没有任何冲突，基因在遗传中仍然伴随着改变；但造成这种“改变”的方式，比我们从前认识到的更加多样。
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细菌中普遍的水平基因转移，让生物学知识的可靠性范围出现了重大问题。这个问题就像物理学中著名的“测不准原理”一样根本。在分子生物学时代，你看到的任何生命树都是基于仅仅一个基因绘制的。这个基因负责编码核糖体小亚基RNA，它由前面提到的分子种系发生学先驱乌斯精心选出。①乌斯认为这个基因存在于所有生物中，而且它极少甚至没有机会通过水平基因转移扩散。这种看法有一定的根据。所以乌斯认为，对这个基因的统计可以用来代表细胞生命“真实的亲缘关系”（图15）。如果我们严格认为，亲代细胞分裂成子代细胞，子代细胞的核糖体RNA基因总是来自亲代细胞，那么乌斯当然是对的。但如果很多代之后，细胞的其他基因都被水平基因转移替换，又会发生什么呢？在复杂的多细胞生物中，这种情况很罕见。如果我们对鹰的核糖体RNA进行测序，结果会告诉我们这是一只鸟。我们可以据此推断，这只鸟有喙、羽毛、爪、翅膀，会下蛋，等等。这是因为垂直遗传保证了，核糖体RNA的“基因型”（genotype）和生物整体的“表［现］型”之间总是保持高度的相关性。编码这些鸟类特征的基因，都是核糖体RNA演化旅程中的旅伴。它们一代代结伴同行，在漫长的岁月中当然会发生一些改变，但极少有剧烈的变动。
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图15 著名而误导性的三域生命树
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这是乌斯于1990年提出的生命树。这张图是基于一个极端保守的基因（编码核糖体小亚基RNA），通过两两比对不同物种之间同一个基因的差异而绘制的（因为这个基因存在于所有生物中，所以它也应该存在于最后共同祖先“露卡”身上）。我们可以通过这棵树看到，真核生物与古菌这两个域比较接近，而它们二者与细菌的关系都比较远。这对于一小群核心基因来说确实没有错，但对大部分真核生物基因来说并不正确；大部分真核生物基因与细菌的关系比与古菌的关系更近。所以，这张极具象征意义的生命树图实际上非常误导人。它可以说是一个基因的演化树，但绝不是广义的生命树。
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