1700257202
1700257203
尤其难以回答的是，那些被铁硫矿的表面催化形成的有机物，之后去哪儿了？如果脱离了矿物表面，那立刻就会被喷涌的热液卷入无限的海洋，稀释没了，达不到生化反应需要的浓度；如果没有脱离矿物表面，那就会把矿物表面完全覆盖住，彻底断绝了后续的生化反应——比起原始有机汤假说，黑烟囱假说更加合理地解释了生命的“材料”是怎样出现的，却仍然难以说明是什么“力量”让这些材料变成了第一个细胞。
1700257204
1700257205
维希特斯霍伊泽的这个假说兴起得很快，却后继乏力，进入21世纪之后就面对越来越多的诘难。他在进入21世纪之后仍在坚持不懈地修补这个理论，但表面催化的黑烟囱假说早已不如刚问世的时候那样吸引人了。新的假说反而在他的启发下茁壮成长。
1700257206
1700257207
但在介绍新的假说之前，我们又必须再次称赞黑烟囱假说的突破之处——这个假说最了不起的地方并非它给出了一个多么详细的“表面催化”机制，而是它不再只盯着那条综合的道路，而开始认真考虑分析的道路了。在此之前，原始有机汤假说几乎只关心在自然条件下合成有机物的问题，无数个版本提供了无数个可能，仿佛原始地球上到处都是有机物。然而这些假说都没有仔细考虑生命本身的特点，结果让理论与现实严重脱节，氨基酸生成之后下一步是什么无从捉摸。而黑烟囱假说不是这样的。维希特斯霍伊泽细致地思考了已知的生物化学原理，思考了新陈代谢的反应过程、细胞膜的化学结构，还有遗传的微观机制，所以他的假说从一开始就致力于在地质化学和生物化学之间建起桥梁，他构想的每一步催化反应，都在试图解释某一种生化特性的由来。如果那些耐心的读者在这本书之后的部分里还能回想起这个假说，就会发现维希特斯霍伊泽具有何等敏锐的洞察力。
1700257208
1700257209
然而，遗憾的是，在维希特斯霍伊泽构思这个理论的时候，人类的生物化学研究还远称不上精细，比如铁硫蛋白的绝大多数催化机制要到21世纪才被研究透彻，这让他可以探索的分析之路非常短，没能与综合之路胜利会师。
1700257210
1700257211
或许，让我们离开黑烟囱几千米，换一个阵地，事情就能柳暗花明了。
1700257212
1700257213
[1]灶神星（Vesta）是太阳系中比较大的小行星，平均直径525千米。雷亚希尔维亚（Rheasilvia）盆地是其表面最明显的地理特征，它是一个直径505千米的撞击坑，其巨大的尺寸在整个太阳系都屈指可数。撞击坑中央有一座撞击反弹形成的中央峰，高达22.5千米，是太阳系最高的山峰。
1700257214
1700257215
[2]我们不得不纠正一种误解。很多人以为地幔是一团熔化的岩浆，是液态的，蠢蠢欲动，所以地壳破个洞就会喷薄而出，火山爆发——大错特错。地幔虽然高温，但更加高压，那里的物质并不能熔化成液态，仍然是坚硬的，即便是所谓的“软流圈”，乃至整个的“地幔热对流”，也仍然是坚硬的，只是在高温高压之下塑性形变超过了刚性形变，就像红炽的铁块在锻打之下可以变成各种性状——只有某些压力突然降低，或者水分大量渗透的地方，才会微量地变成液态的岩浆。当然，水在这个熔化过程中的作用也不是物理上的溶解，而是通过化学反应弱化岩石的晶体状态。
1700257216
1700257217
[3]板块运动的动力非常复杂，目前还没有完全了解清楚。板块俯冲产生的拉力是一个重要的因素，但新板块形成时的推力，以及地球深层物质的热对流，也都是重要的因素。
1700257218
1700257219
[4]对于那些好奇的读者，这里说的“关键物质”被称为“辅酶NADP+”和“辅酶A”，“物质的循环”被称为“三羧酸循环”——我们会在这本书之后的部分频繁遇到它们，但在眼下，还不用付出太多的精力。
1700257220
1700257221
[5]维希特斯霍伊泽甚至用不同的反应过程产生不同的磷脂这一现象，解释了为何如今的细胞会有两种不同成分的细胞膜分别出现在原核生物的两个域中——对此，第八章会有更加详细的描述。
1700257222
1700257223
[6]卡尔·波普尔爵士（Sir Karl Raimund Popper，1902—1994），出生于奥地利的犹太人，二战中移民英国，获誉“20世纪最伟大的哲学家之一”。他是批判理性主义的奠基人，他在1959年的著作《科学发现的逻辑》中提出了科学理论的“可证伪性标准”，是迄今为止最广为接受的科学理论判断标准之一。波普尔对生命的起源也非常感兴趣，他本人对原始有机汤假说持批判态度。
1700257224
1700257225
1700257226
1700257227
1700257228
生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256276]
1700257229
生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ 第三章还是白烟囱？
1700257230
1700257231
我们的候选假说
1700257232
1700257233
深海不只有黑烟囱，还有白烟囱。
1700257234
1700257235
与黑烟囱不同，白烟囱喷出的热液是碱性的，而且溶解了大量的氢气，它也并非名副其实的管状的烟囱，而是像海绵一样充斥着错综复杂的毛细管道，热液要缓缓地渗透出来。
1700257236
1700257237
几位敏锐的地质学家和生物化学家由此推想，在40亿年前的地球上，这些管壁的一侧是碱性、富含氢气的热液，另一侧却是酸性、富含二氧化碳的原始海水，薄薄的管壁又镶嵌着许多铁硫矿物微粒，这将形成一种极富潜力的势差，原本困扰各种生命起源假说的难题，由此就能被突破性地解决了——白烟囱假说将在这本书里占据核心的位置。
1700257238
1700257239
1981年，苏格兰斯特拉斯克莱德大学的三名地质学家报道了一项新发现：在爱尔兰中部蒂珀雷里郡的银脉山村，地层中极有可能埋藏着另一种尚未被发现的热液喷口，那里存在着大量黄铁矿，也就是二硫化亚铁（FeS2）。这些黄铁矿的沉积方式与在东太平洋海隆刚刚发现的黑烟囱非常类似，很可能是远古热液喷口的遗迹，通过沉积物中的同位素测定，它们约形成于3.6亿年前。I
1700257240
1700257241
是的，他们推测得非常正确。爱尔兰在今天看来是结实的陆地，但正所谓沧桑巨变，它可不是从来就是这副样子。远在5亿多年前，爱尔兰的西北部和东南部还是被辽阔洋面分割开来的两片浅海，而那个隔开它们的大洋，是今天已经不复存在的“巨神海”（Iapetus ocean），大洋底部有一条活跃的洋中脊，有着数不清的热液喷口。再后来，巨神海被周围的大陆板块挤压消失，这些热液喷口，连同巨神海中的火山岛，都在1亿多年的时间里浓缩进了新的大陆，又经过3亿多年的分分合合，才形成了今天的爱尔兰。所以，这三位地质学家能在爱尔兰中部发现远古的热液喷口也就毫不奇怪了。II
1700257242
1700257243
1700257244
1700257245
1700257246
图1—14 大西洋中脊上的“失落之城热液区”。高耸的白烟囱有20层楼那么高，如同哥特式的尖塔。（图片来源：D. Kelley/ M.Elend/UW/URI-IAO/NOAA/The Lost CityScience Team）
1700257247
1700257248
在这三位地质学家中，我们尤其要注意米歇尔·罗素（Michael J. Russell）。他在之后的几年中一直对这个远古热液喷口非常好奇，因为他在显微镜下发现，这些黄铁矿形成了许多直径1厘米以下，甚至只有100微米的管道，与黑烟囱的微观结构非常不同。果然，当他在实验室中用碱性溶液和酸性溶液模拟热液与海水相遇的情形时，就产生了非常类似的微观结构[1]——罗素敏锐地觉察到，这些管道状的微观结构在生命起源的问题上有着重大的意义，而它很可能来自一种新的未被发现的碱性热液喷口。
1700257249
1700257250
果不其然，2000年，人类真的在大西洋中脊上发现了第一处碱性热液喷口，它位于西非与加勒比海之间的大西洋洋底正中，洋中脊的西侧，一处名叫“亚特兰蒂斯地块”（Atlantis Massif）的地质结构上。那里最大的沉积物高达60米——同位素测定结果表明它已经持续生长了12万年III，好像巨大神庙的废墟，于是被命名为“失落之城热液区”（Lost City Hydrothermal Field）。那里的喷口沉积物主要由碳酸钙构成，看起来白皑皑的，所以也被叫作“白烟囱”，与黑烟囱对应。
1700257251