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比如在标准状况下，二氧化碳如果被氢气充分还原，最后的产物就是甲烷和水：
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图3—7 让我们姑且把图3—6里的乙酰辅酶A路径简化到极致，变成这个样子。这个极简的流程不代表实际的反应，只是帮助你理解这整个过程。不过，在上一章的结尾处，的确有许多实验得到了这些物质。（作者绘）
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4H₂ + CO₂ = CH₄ + 2H₂O；ΔGo= -130.3kJ/molI
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这个方程式哪怕在初中都属于最简单的那一类，只是结束后用分号隔开了一个带单位的陌生的量，名叫ΔGo，那是这个反应的“吉布斯自由能的变化量”，简称“自由能变”[1]。在第四章的第一篇“延伸阅读”中，我们潦草地提过“吉布斯自由能”这个概念：当初薛定谔探讨生命的本质，用“负熵”表达了“有序性”这个概念，但他还有一个更准确的候选概念，就是“自由能”，只是自由能的物理意义太过复杂，才被他放弃了。那么同样，我们在这里也丝毫不用纠结它的概念，而只需知道，自由能变与熵的增减关系很大，它在事实上决定了某种反应能否自然发生。[2]
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那么，自由能变小于0，反应就是自发的，反之就不是自发的，而上面这个反应的自由能变明显小于0，所以看起来，这个反应一定会在长远上自然发生，而不需要投入别的能量了。
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但事实哪有这么美好。要知道，甲烷就是天然气最主要的成分，如果二氧化碳和氢气能够轻易反应，人类就可以利用太阳能电解水制取氢气，再用氢气与空气中的二氧化碳制取天然气甚至汽油。这不仅能一劳永逸地解决能源问题，而且整个过程中都不消耗额外的化石燃料，它就将是最强大、最廉价、最清洁、最取用不尽的完美能源了，何乐而不为呢？
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因为这个反应实在太慢了！它慢到只有在星辰也会熄灭、银河也会枯竭、黑洞也会蒸发……这样无限的时间尺度上才能看出效果。所谓“长远”的自发推进，根本就是“永远”。工业上偶尔要用氢气和二氧化碳造甲烷，这被称为“萨巴捷反应”，这个反应要动用300℃到700℃的高温，1到80倍的大气压，还要用上金属镍之类的强效催化剂，才能推得动上面的方程式。
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所以，“自发反应”虽然乍听起来会有一种自由落体的畅快感，但它在事实上完全可能慢得行不通。钻石转化为石墨也是个自发反应，可戴比尔斯还不是打出了“钻石恒久远，一颗永流传”的广告？
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反应能否自发推进，和反应能够多快地推进，这就是热力学和动力学的区别了。
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我们刚才说过，凡是自由能变小于0的化学反应都是自发反应，这就是热力学关心的事情。比如法棍面包在空气中的燃烧反应，自由能变小于0，是一个自发反应，一旦开始就会持续下去，直到面包烧尽，或者空气中的氧气耗竭。反过来，水和二氧化碳转化成有机物和氧气的自由能变大于0，就不是自发反应，即便植物用光合作用强行驱动了它，一旦断绝光照的条件，整个反应也就随之终止了，绝不会继续发展下去。
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所以，我们不妨打个比方：化学反应就像在一个斜坡的起点上放了一个球。自发反应的斜坡终点比起点低，球很愿意滚到底。非自发反应的斜坡终点比起点高，那个小球即便受力上去了，早晚也得滚回来。
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是的，“受力”，我们可以认为动力学就是在研究这个抽象小球的运动过程。
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就拿约旦沙漠里那块14 400岁的古代面包来说吧。在一般的温度下，淀粉与氧气即便直接接触也不会反应。这是因为“颟顸蠢大”的淀粉分子并不能够直接与氧分子发生反应，而必须有某种“另外的能量”先把淀粉分子击碎，打下很多碳氢原子的“碎片”，再由这些高度活跃、极不稳定的碎片与氧分子发生反应。火焰在微观上的作用，正是给可燃物提供这份“另外的能量”。
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实际上，任何一个化学反应，哪怕氢气在氧气中燃烧这样看起来简单的化学反应，都不是完整的分子按照化学方程式中的“配平系数”直接地反应起来，而一定要先在微观上解体成无数种“碎片”才能推进下去，所以任何一个反应都需要这份“另外的能量”。有些反应，比如淀粉氧化，需要的这份能量比较多，因此就很难启动。而另外一些反应只需要很少的能量就能启动，比如白磷在空气中燃烧，只需达到34℃就能满足那份能量需求，让它们在空气中自燃起来。
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所以，如果还打那个小球的比方，我们就会发现，对于任何一个具体的反应，那个斜坡都不会光滑笔直，而有着各种各样的起伏，那些在动力学上不利的反应，往往是在斜坡某处鼓着一道坎，那道坎的高度就代表了那份“另外的能量”至少要有多大。
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如果你还记得在第四章结尾的地方，我们说过熵增的障碍问题，那么，这道坎就是系统熵增最严重的障碍——氢气要想把二氧化碳还原成乙酰辅酶A路径中的那些产物，什么甲酸、甲醛、甲醇、乙酸抑或一氧化碳，就要想办法跨越这样的障碍，这些障碍常常陡峭得如同壁垒，直接堵住了反应的去路。
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要通过这道障碍只有两个办法：要么直接引入大量的能量，强行翻越障碍，比如萨巴捷反应的高温高压，要么就使用催化剂改变障碍的“地形”，比如产甲烷古菌和产乙酸细菌的酶和辅酶。那么，在既没有工业也没有催化剂的时代，在碱性热液喷口上的白烟囱内部，真的有一种“原始乙酰辅酶A路径”，能让氢气和二氧化碳迈过这道障碍，顺利地反应起来吗？
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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？ [:1700256319]
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·岩石之心·
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在白烟囱假说刚刚提出的时候，米歇尔·罗素和威廉·马丁就注意到了那里储量丰富的无机催化剂，也就是各种过渡金属硫化物，尤其是铁的硫化物。他们注意到这些铁硫矿在微观上有一些奇妙的特性，很有希望在地质化学和生物化学之间构造一条顺畅的通路，促成那种原始乙酰辅酶A路径。II
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在第二章里，我们讲述黑烟囱的灵感来源时介绍过一类铁硫蛋白。这种蛋白质真正的活性中心大都是内部包裹着的铁硫簇，也就是“铁硫化合物的原子簇”。后来在第五章里，我们说过那些在化学渗透中负责转递电子的蛋白复合物大都是铁硫蛋白，第六章还举了一个更加精细的例子，讲述了复合物I里面那些铁硫簇如何像电路一样发挥了精妙的催化作用。
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如果你还大致记得这些，那就太好了，因为乙酰辅酶A路径里的各种关键的酶，那些给氢气和二氧化碳的反应打通障碍的酶，也大都是铁硫蛋白。也就是说，现代的乙酰辅酶A路径，就是被铁硫簇催化完成的。而罗素和马丁注意到的，就是各种铁硫簇都与热液喷口中的某些铁硫矿拥有如出一辙的微观结构，简直就是这些铁硫矿的碎片。
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所以，如果要用传奇的措辞概括他们的理论，那么，在40亿年前的地球上，就是这些铁硫矿物催化了原始乙酰辅酶A路径，为生命的诞生积累了最初的有机物。生命诞生后也就沿用了这套乙酰辅酶A路径，作为最初的固碳作用。在那之后，所有的基本物质能量代谢都由这一套原型衍生而来，所以作为一份进化的遗产，时至今日，地球上的每一种生命，都还在细胞里面保存着一座座微型的白烟囱——血肉之躯里暗藏了一颗岩石的心。
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