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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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图3—8 与乙酰辅酶A路径有关的酶的铁硫簇，其中不少都掺杂了镍。这些物质现在看来都很陌生，都有拗口的名字，但在正文里你不用记住它们的名字，至于那些好奇的读者，在这一章的“延伸阅读”里你会看到其中的大部分。（作者绘）
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图3—9 左侧是普通的硫复铁矿（Fe₃S₄）的部分晶胞。右侧是1/6的铁原子被镍原子替代后的硫复铁矿（Fe₅NiS₈，铁镍硫矿）的部分晶胞，替换后，每个铁原子都是立方体的一角，每个镍原子都与周围4个硫原子相连，成为一个四面体的中心。仔细看，图3—8里的铁硫簇像极了这种铁镍硫矿的碎片。另外注意右下角：一个氢分子可以渗入铁和硫组成的立方体中，成为两个比较自由的氢原子，然后把吸附上来的二氧化碳还原成水和一氧化碳，这个催化反应恰好就是乙酰辅酶A路径里的短分支。（作者绘）
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至于这岩石之心具体由哪些铁硫矿铸成，罗素和马丁的回答是“硫复铁矿”，也就是四硫化三铁（Fe₃S₄）的天然晶体，尤其是掺杂了镍原子的晶体，如图3—9，那些铁硫簇像极了这种晶体的碎片。硫复铁矿1964年才被人类发现III，只看名字中的“矿”，好像是一种无机物，但它一直都与生命活动关系暧昧。在自然界中，它们的主要来源竟然就是生物合成。
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晶体程度的硫复铁矿出现在世界各地的湖泊与海洋的沉积物中，由那些以硫化物为能源的细菌、热液喷口上的嗜热细菌，还有一些趋磁细菌合成出来。其中，前两类细菌我们在第七章里接触过许多，而趋磁细菌就比较新奇，这些细菌本来没什么亲缘关系，却不约而同地在细胞内制造了硫复铁矿的晶体微粒，并且把这些晶体微粒整齐地排列在细胞内。这是因为四硫化三铁与四氧化三铁一样，整齐结晶就会成为磁铁。可想而知，这些细胞内的小磁铁就会像指南针一样，沿着地球磁场的方向分布。可是，这样做的意义是什么呢？
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目前比较流行的解释是，细菌需要生活在恰当的氧气浓度下，而在它们生活的淤泥和沉积物里，氧气总是越向上浓度越高。但要让这些微小得连重力都感受不到的细菌分出上下，就像让在沙漠里赶夜路的旅人找到南北，实在太难了。所以，就像旅人用指南针分辨南北，细菌也可以用硫复铁矿的晶体分辨上下。
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乍听起来，这有些违反常识，指南针顾名思义指的是南北，如何能指上下呢？这是因为地球磁场要在两极回归地心，所以除了赤道附近，世界各地的磁场都不会平行于地表[3]，而是斜着插进地表。那么，细菌如果沿着磁场运动，也就不是单纯的南北运动，而同样伴随着上下运动了IV。
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除了趋磁细菌，还有更令人啧啧称奇的。印度洋中脊的黑烟囱附近生活着一种鳞角腹足螺（Chrysomallon squamiferum），它们靠食道中共生的变形菌为生，而它们的贝壳外层就长有一层结实的硫复铁矿，甚至连整个腹足表面也长满了像鳞片一样的硫复铁矿晶体。2015年被人类发现的它们是已知整个动物界里唯一拥有“铁甲”的物种，这层铁甲或许可以帮助它们抵御热液中灼人的高温V。
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当然，生命活动不是什么奇迹，这一早就澄清过了。除了生物合成，硫复铁矿也能出现在含硫丰富的热液活动中。根据罗素在2015年的研究，早在40亿年前的白烟囱里，就已经存在着含量可观的硫复铁矿了VI。
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回到我们的问题上，这颗硫复铁矿的岩石之心，是如何促成原始或者现代的乙酰辅酶A路径的呢？
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概括地说，那就是“催化”二字。我们都知道，催化剂是在反应前后维持不变的物质，但这并不意味着催化剂不参与化学反应，恰恰相反，催化剂参与的反应甚至在动力学上更有利——如果说某个反应本来存在着壁垒般的障碍，催化剂就像是绕过障碍，另外开辟了一条平缓的捷径，当然就能让整个反应顺利推进了。
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当然，这样概括似乎有些太过笼统，不能尽兴。但要问四硫化三铁的晶体微粒究竟怎样改变了动力学障碍的地形，那又很难避免深奥和晦涩了。所以，我们在正文里就只打一些简单的比方，在“延伸阅读”里才举几个具体的例子，留给那些好奇的读者。
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图3—10 鳞角腹足螺已知的三个种群有不同的颜色。（图片来源：Chong Chen）
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首先，从微观上看，硫复铁矿的晶体表面就像乐高积木里最大最平整的那一块，而二氧化碳、一氧化碳、氢分子还有各种有机物就像是小块的乐高积木。这些小积木一旦附着在硫复铁矿的表面上，自由运动的空间就从三个维度降低到了两个维度，在热运动中产生新组合的概率也就大大提高了。而且更重要的是，硫复铁矿上的铁原子对碳原子有很强的吸引力，这种吸引往往能把不够小的积木或者接口不多的积木拆成更小的积木或者接口更多的积木，氢气与二氧化碳的各种还原反应乃至有机物的相互反应因此更加容易启动。