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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。
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而热液喷口中的硫复铁矿不可能纯洁无瑕，必然掺有许多杂质。尤其是钴、镍，它们与铁合称“铁系元素”，化学性质非常相似，总是相伴而生，硫复铁矿的晶体也就总是或多或少地掺杂了钴和镍。但在催化反应发生的时候，它们又有一些微妙的不同，恰如拆解积木时有些不同的偏好。比如镍就更容易与一氧化碳形成配合物，所以在乙酰辅酶A路径的短分支上，就是一个含有镍原子的铁硫簇把二氧化碳催化成了一氧化碳。
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不仅如此，硫复铁矿还是一种半导体，它的晶格能够接受和释放额外的电子，只要排列得当，它们就能变成万用的电路元件。我们已经在第六章的图2—40里见识过，成串的铁硫簇是如何在有氧呼吸的复合物I里巧妙构成“导线”，在本章的“延伸阅读”里，我们还会看到它在铁氧还蛋白里如何充当了“电容器”和“蓄电池”，而到了第五幕，铁硫簇又会在另一种更有趣的酶里变成“充电器”。
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总之，在今天的铁硫蛋白内部，铁硫簇的基本结构与硫复铁矿的晶格单元非常相似，它们各自揉入的杂原子相互一致，蛋白质所起的功能，只是将那些铁硫簇固定在最适合反应发生的位置上，并且在每个铁硫簇周围的极小空间内营造适宜的酸碱性和电负性罢了。
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所以，只要证明白烟囱里的硫复铁矿真的能够催化原始乙酰辅酶A路径，我们就在理论上沟通了无机的地质化学和有机的生物化学。
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这样的证据已经露出了痕迹。比如在2015年，伦敦大学学院的化学部就在实验室里证明了硫复铁矿在相当温和的条件下能催化二氧化碳与氢气的反应，生成甲酸、甲醇、乙酸和丙酮酸，这就与斯特拉斯堡大学的实验一样，从产物上良好地吻合了乙酰辅酶A路径，而反应条件甚至更加理想VII。而且受这一实验启发，不同的团队也在实验室里展开了更加丰富的测试，迄今为止，结果大多是非常乐观的。
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特别是在这一章写作前不久，2020年的3月2日，威廉·马丁与斯特拉斯堡大学的实验室，以及日本筑波的国家先进工业科学技术研究所生物生产研究所，三个团队共同测试了白烟囱里的硫复铁矿、磁铁矿、铁镍矿对氢气和二氧化碳的催化能力VIII，结果在模拟热液喷口的碱性环境下都成功产出了甲酸、乙酸和丙酮酸。并且，有充分的证据表明，这些矿物晶体的催化方式与铁硫簇的催化方式非常一致。
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从目前看来，威廉·马丁的原始乙酰辅酶A路径颇有希望地连接了地质化学和生物化学，所以我们的故事也将沿用这个模型。在第五幕里，我们还会看到乙酰辅酶A路径如何与产甲烷或者产乙酸的能量代谢耦合起来，由此沟通起物质和能量代谢的起源，成为生命起源之路上的枢纽。
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不过，在现实的科学研究中，未知的谜题永远不会只有一个理论模型，哪怕是在白烟囱假说内部，三个主要的研究者也提出了不同的看法。白烟囱假说的最初创立者是米歇尔·罗素，他注意到，氢气如果能充分还原二氧化碳，最后的产物就应该是甲烷，并由此释放出很多的能量，就像产甲烷古菌的能量代谢那样。但是在迄今的白烟囱模拟实验中，二氧化碳的还原产物都不包含甲烷，而只有乙酰辅酶A路径里的那些中间产物。罗素认为，氢气还原二氧化碳的反应或许能够制造足够的有机物，却不利于给进一步的反应提供能量。所以他怀疑，进化上最早出现的能量代谢并不是产甲烷作用，而是另一种甲烷氧化作用。
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这种甲烷氧化作用既出现在细菌身上，也出现在古菌身上，而且总是与乙酰辅酶A路径的固碳作用相结合：它们先通过甲烷氧化作用，设法把甲烷氧化成甲酸，由此获得维持生命活动的能量，再把甲酸投入乙酰辅酶A路径，与氢气合成乙酰，最终拿去制造各种有机物。