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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？ [:1700256278]
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·碱性热液喷口·
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实际上，早在20世纪80年代，罗素等人刚刚因为在爱尔兰的发现而预言了碱性热液喷口的时候，就已经注意到了它与生命起源的潜在联系。
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1988年，先是维希特斯霍伊泽初次发表黑烟囱假说，接着是第一章里的米勒批评了这个假说不能为有机物提供持续而稳定的反应环境，有机物即便合成出来也会很快消散于无限的海水中。但罗素又紧随其后，声援了黑烟囱假说。他提出，原始的洋中脊上可能有着不同于现代的碱性热液喷口，其中的矿物沉积成了四通八达的管道。如果这些管道内壁上的矿物催化合成了有机物，这些有机物就不会扩散到无限的海洋中，而会在管道内部越聚越多，浓度越来越大，并因此组合成更大分子的有机物，直至形成细胞。IV
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由此过了几年，进入了21世纪，我们既然真的找到了白烟囱，了解了它的基本性质，这些理论也就有了深入讨论的机会。于是，从2002年开始，罗素和德国杜塞尔多夫大学的威廉·马丁（William Martin）就把碱性热液喷口的研究与当代生物化学的研究成果结合起来，逐步建立了一个更加完备，也更加精彩的碱性热液喷口假说V，或者叫“白烟囱假说”。
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在白烟囱假说中，富含氢气和矿物质的碱性热液持续而缓慢地从洋中脊的裂缝中涌出，遇到了原始地球上富含二氧化碳而显酸性的低温海水，就迅速凝固成了四通八达、像海绵一样的微米级的管道系统。海水和热液被这些管壁分隔开，也就无法混合成均一的溶液了。
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而整个假说最精彩、最具启发性的地方就在这里了：那些管壁的厚度只有10微米左右，而且镶嵌着数不清的铁硫矿物晶体，因此，管壁两侧的酸碱性差异就能制造一种强烈的“化学压力”，强迫一些粒子半径极小的物质顺着晶体的缝隙穿过管壁，并在移动途中带动一系列的有机化学反应。而由于管壁两侧是源源不断的热液与海水，那种“化学压力”就会一直存在，有机物也会源源不断地生产出来，在管腔中越来越浓，最终发展成大分子，乃至原始的细胞。
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请注意“化学压力”这个措辞——之前的各种生命起源假说，都只能解释氨基酸等有机物“材料”从哪里来，却不能解释是什么“力量”把这些材料组合成了生命，而这个碱性热液喷口开门见山地给出了这种力量。更妙的是，那种穿过管壁的氧化还原反应，从总反应上看，与时至今日所有生命中现存最古老的物质能量代谢作用惊人地一致——从无机世界出发的综合之路，与从有机世界出发的分析之路，在这里迎面相遇了！
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不仅如此，这个假说还能与20世纪末迅速崛起的，一个将在这本书中占据重要位置的RNA世界假说珠联璧合，在解释细胞物质能量代谢起源的同时，回答“遗传信息源自何处”这个重大问题。
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是的，寻找生命的起源不仅有“综合”与“分析”的两条路，在任何一条路上，我们还会遇到“代谢”和“遗传”这两只脚先迈哪一只的尴尬问题。对于这个问题，遗传先行的RNA世界假说是目前最被认可的解决方案，而白烟囱假说还将使这个方案更加周详，让这两只脚同步起来。
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于是，在2012年前后，伦敦大学学院的生物化学教授尼克·莱恩（Nick Lane，1967年出生）VI也加入了白烟囱假说的支持者的行列。尼克·莱恩结合具体的实验，给出了一种化学压力驱动有机物合成的微观机制，这种机制非常引人瞩目，很快为整个假说吸引了广泛的注意。
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总之，他们试图从最基本的地质化学反应开始，一步步地推演从有机小分子到蛋白质，再到现代细胞里复杂的生物化学反应，究竟经历了怎样的整合过程，终于在无机世界和有机世界之间构造出了一个空前完整的生命起源图景。
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当然，我们绝不可能说这就是40亿年前的事实，也不能说这个假说就是我们最后的完备理论。实际上，我们永远都不可能知道40亿年前的完整事实。因为那个事实早已混淆在40亿年的沧桑变幻中，同样好比那锅倒进大海的老鸭汤，鸭子再也不会原样复活，飞出来了。白烟囱假说所谓的“空前完整”，也仅仅是因为之前的假说有太多的缺口而已，你手中的这本书仍然留有许许多多尚未解决的谜题，一些含糊不清、尚未讨论的地方，甚至也必然有缺陷和漏洞。
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但这并不意味着生命起源的假说都是虚妄的自说自话。恰恰相反，科学就是科学：无论综合的道路还是分析的道路，都立足于可观察、可检验的客观事实，白烟囱假说中的任何一个细节，也都会坦诚地接受包括实验在内的一切事实的检验，不断地修正进步——科学从来不幻想掌握任何真理，我们只是不断地逼近事实，逼近那40亿年前的事实。
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2017年，一个新的事实尤其坚定了我们的信心：一则发表在《自然》杂志上的论文表明，最古老的细胞生物很有可能早在42.8亿年前到37.7亿年前就出现在海底的热液喷口中了，它们留下的痕迹与今天的微生物痕迹非常类似，这让那幅生命起源图景变得越发可信了。VII
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那么，白烟囱假说展示给我们的空前完整的生命起源图景，究竟是怎么样的呢？
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很抱歉，我们还不能直接了解它，因为我们的行囊还空空如也，我们必须先在分析之路，或者叫回溯的道路上，仔仔细细地搜索一遭。
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[1]当时人们还没有发现真正的碱性热液喷口，所以罗素的模拟实验与实际情况有所不同，它用的酸性溶液是氯化铁和氯化亚铁的混合溶液，碱性溶液是硫化钠溶液，反应方式是通过孔径500微米的筛网渗透接触，最后形成了由铁硫化合物构成的毛细管道。而且这些铁硫化合物在静止6个月之后逐渐变成了黄铁矿。
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[2]上述几种矿物的化学式：橄榄石为(Mg, Fe)₂[SiO]₄、蛇纹石为(Mg,Fe)₃Si₂O₅(OH)₄、水镁石为Mg(OH)₂、磁铁矿为Fe₃O₄、铁镍矿为Ni₃Fe，纯铁矿就是单质铁。
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[3]需要注意，这个反应不会发生在平常的水溶液中，而必须发生在高温高压的矿物晶体中。这是因为离子以不同的形式存在就会有不同的能量状态，在橄榄石变成蛇纹石的过程中，亚铁离子不但变成了铁离子，而且与更多的氧原子发生了配位，这会释放很多能量，让整个反应继续下去。反过来，亚铁离子溶解在水中就无法得到这份能量，所以不会发生这样的反应。另外，在蛇纹石化反应中，水分子的还原产物其实是氧离子（O²⁻），但是氧离子立刻就会遇到水分子，继续发生反应（O²⁻+H₂O=2OH⁻），变成氢氧根离子。
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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？
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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？ 第二幕回溯的道路