你有沒有想過這樣一個問題，浩瀚的宇宙，因什麼而精彩呢？是燦爛的星雲、廣袤無垠的星系、還是光都無法逃脫的黑洞呢？我想這些都不是，它們只是宇宙中的一種形態。這種狀態就像是一幅精美的裝飾畫。而畫的精美程度，取決於是否有青睞它的人，也就是觀賞者。宇宙的觀賞者，以目前的探索來看，可能就只有人類。或者說只有地球生物。生命或許就是讓宇宙更為精彩的催化劑。
科學家認為地球誕生於46億年前，是太陽系中距離太陽由近到遠排第三的行星，大概在35億年前生命在這顆藍星上誕生。大家有沒有想過這個問題，為什麼地球成為了誕生生命天體？在太陽系的八大行星中，地球能夠誕生生命的優勢是什麼？地球最原始的生命，又是從何而來的呢？
何為生命？
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擺在我們面前的第一個問題，便是生命究竟是什麼？我想屏幕前的您，見我提出如此幼稚的問題，是不是都準備拔出你40米的大刀了。你可能會說，生命不就是你、我、他、動植物以及微生物嗎？你要是這樣理解，確實沒有問題。
但問題是病毒算不算生命呢？你可以說它是生命，也可以說他不是生命。說病毒是生命的科學家認為，病毒與我們熟知的無機物不一樣，它們具有自我複製的能力，也就是說，一個病毒可以複製出更多的病毒。認為病毒不是生命的科學家認為：病毒不具備單獨生存的能力，需要藉助宿主的生命才能存活。所以在對生命的定義上，科學家沒有統一的標準。
如果我們把病毒看做是一種生命，那麼它就是比細菌還要簡單的生命。因為它的結構極其的簡單，只含有核酸，也就是我們常說的RNA和DNA,以及一點點的蛋白質。如果你上百科搜索，就可以看到這樣的一段解釋：病毒是一種非細胞生命形態，它由一個核酸長鏈和蛋白質外殼構成，病毒沒有自己的代謝機構，沒有酶系統。因此病毒離開了宿主細胞，就成了沒有任何生命活動、也不能獨立自我繁殖的化學物質。其實這一段的定義也是模稜兩可的，說它是非細胞生命狀態，就是承認了病毒是一種生命。又說病毒離開宿主後，就不能完成自我繁殖，就不再是一種生命狀態，而是一種化學物質。
那麼，地球上出現的第一個生命是什麼呢？是最簡單的原核微生物，還是比原核微生物還要複雜的含有細胞的真核微生物呢？首先我們要弄明白什麼是原核微生物和真核微生物。原核微生物是指即核質和細胞質之間沒有明顯核膜的細胞型微生物。簡單的說，原核微生物就是無典型的細胞結構，沒有核膜和核仁。染色體為單個裸露的DNA分子。比如細菌、支原體、立克次體、衣原體、螺旋體和放線菌等都是屬於原核微生物一類。
真核微生物是一種具有細胞核膜，細胞質中存在線粒體或同時存在葉綠體等多種細胞器，且能夠進行有絲分裂的生物。比如我們常見的真菌、顯微藻類、黏菌等都是真核微生物。除此之外，生物學家對生命出現在地球上的這一事件，究竟算是一個非常偶然的事情，還是一個必然的事情，也存在很大的爭議。
生命定義 點擊觀看完整視頻
我個人認為，生命在地球上出現，是一個非常偶然的事件。這種偶然的範圍有多大呢？科學家認為，有可能整個銀河系中只有地球存在生命。這是他們運用龐加萊回歸理論進行計算的結果。那麼什麼是龐加萊回歸呢？其實這是一種應用於統計物理等學科的理論現象。也就是說，宇宙中的任何一個粒子，在經過漫長的時間之後，就會回到無限接近原點的初始位置。請注意這裡無限的接近，並不是重合。因為在時間的長度下，只能是接近，無法做到重合。當然了這個時間長度，也是我們無法衡量的。科學家認為一個粒子如此運動的一個周期，就叫做一個龐加萊回歸。龐加萊回歸又是如何計算宇宙生命出現的概率的呢？
到目前為止，科學家對生命的研究，給出了大概40餘種的定義，但是沒有一種是能夠完全界定生命是什麼？也就是說到目前為止人類依然沒有弄清楚，地球上最早出現的原始生命究竟是什麼？大多數都只是一些猜測和假想。
對此科學家認為：地球上出現的最早的原始生命，不會比一個只會複製自己的RNA病毒更為簡單。為此科學家就從RNA出現在地球上的概率進行計算。地球的年齡大概在45億年，在這樣的時間長度中，一個簡單的RNA出現的概率會是多少呢？假如這個概率小於千分之一，那麼根據龐加萊回歸的理論，基本上可以肯定的說整個銀河系內只有地球上存在生命。因為整個銀河系中的類地行星不會超過一千億顆。為什麼會是這樣呢？這還得從克卜勒太空望遠鏡說起。
生命誕生的概率 點擊觀看完整視頻
時間來到2009年3月6日，在美國佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地，發射了世界首個用於探測太陽系外類地行星的飛行器——克卜勒太空望遠鏡。在這一期的內容里，我就描述了克卜勒太空望遠鏡的工作原理。我們知道克卜勒採取的探測方式是行星從其母恆星前面經過的「凌日」現象。
克卜勒太空望遠鏡從2009年3月服役開始，到2018年10月退休，在這9年的時間裡，總共發現了2662顆系外行星。美國賓夕法尼亞州立大學根據克卜勒太空望遠鏡觀測的數據，進行了一項新的研究。研究結果表明，每4顆類日恆星中的行星里，只有有一顆和地球大小相似的行星。並在其恆星的宜居帶內運行。那是不是說每4顆類日恆星中，就包含一顆類地行星呢？其實並非如此。
《天文學雜誌》在2019年8月14日發表文章，說我們的銀河系大概總共有2000億顆恆星，其中類日恆星占總數的10%。也就是說銀河系大概有200億顆和太陽相似的恆星。根據賓夕法尼亞州立大學的研究結果，每4顆類日恆星中，就會出現一顆和地球大小相似的行星。我們暫且把這些行星稱之為類地行星。綜合計算，銀河系中大概有50億顆類地行星。這個數據遠遠低於龐加萊回歸理論的千分之一。也就是說：有可能我們是銀河系中唯一的生命。
如果廣袤無垠的銀河系中，真的只有地球存在生命，那麼地球的原始生命又是從何而來的呢？對於這個問題，多年來科學家也一直在潛心研究，並提出了一系列的地球原始生命起源假說，其中最為著名的就是「原始湯」起源說和海底熱液起源說。
原始湯 點擊觀看完整視頻
讓我們把時間撥回到1871年，62歲的英國著名生物學家，查爾斯·羅伯特·達爾文在一封信中這樣寫道：「近30年來，科學家在世界各地的大洋海底相繼發現海底熱液和「黑煙囪」，很可能最早的生命是在一個熱的小池子裡誕生的，」而這個熱的小池子則被稱之為「原始湯」。
時間來到1929年，生物學家阿列克桑德.奧帕瑞和約翰·霍爾丹猜測早期的地球大氣層缺少氧氣。在這種惡劣的情況下，如果單分子受到紫外線或者閃電等強能量刺激，它們將形成複雜的有機物分子。
該學說認為早期地球環境使無機物合成有機化合物的反應較易發生。這個怎麼理解，簡單的說，大概在40億年前後，天空中密切且頻繁的閃電釋放的巨大能量，和大氣中甲烷、氨和氫等發生化學反應，地球原始海洋，就是這些有機分子的「原始湯」。最簡單的單細胞就可能在原始湯中產生。雖然結構極為簡單，但是它有著最基本的細胞結構。可以將其視為最簡單的生命體
時間來到1953年，美國美國芝加哥大學研究生史坦利·米勒和加州大學聖地亞哥分校的研究生哈羅德·尤列組建一個實驗小組，實驗的目的就是在一個密閉的裝置里，模擬原始地球閃電持續對大氣成分進行火光花放電，會發生什麼，進而證明原始湯理論是否可靠。一切準備就緒後，一個令人興奮的放電實驗就此開始了。他們用電火花代替閃電，用一種接近原始大氣的混合氣體，代替原始大氣。並不斷的釋放電火花點擊這種代替原始大氣的混合氣體。就在此時，神奇的事情發生了。
混合氣體中的甲烷里有15%的碳發生了轉移，形成了水溶性有機小分子，其中包括四種胺基酸和氰化氫、甲醛等。你可不要小看這四種有機分子，他們可是構成生命最基本的單位。胺基酸是組成蛋白質的成分，而蛋白質是生命體不可缺少的有機物；甲醛分子是結合生成組成RNA的一種核糖，而RNA是生命體中決定蛋白質性質的物質；氰化氫也可以進一步結合成腺嘌呤，腺嘌呤是生命體中遺傳物質DNA的組成成分。也就是說，科學家通過這個實驗證明了，生命確實可以通過簡單的化學反應，在原始湯中誕生。這個實驗後來也被稱為米勒-尤列實驗。
海底熱液 點擊觀看完整視頻
在1871年達爾文在信中就提到了黑煙沖囪，並認為黑煙囪是周圍的海水很有可能就是原始湯。但是就當時的科學技術而言，達爾文的這種假設，自然也沒有辦法得到證實。直到100年後，也就是1978年。美國的阿爾文號深海潛艇，在東太平洋洋中脊的軸部位置進行深海考察，並在此處採得由黃鐵礦、閃鋅礦和黃銅礦組成的硫化物。
這個阿爾文號深海潛艇是一個深海探測潛艇，是上世紀60年代初，根據美國明尼蘇達州通用食品公司(General Mills)的一位叫做哈羅德 (Harold Froehlich)的 機械師設計建造的，最初的潛水深度為1868米。後經過不斷的改進，在1994年時其潛水深度達到了4500米
到了1979年，阿爾文號深海潛艇又在太平洋的同一個位置的海底熔岩上，發現了數十個冒著黑色和白色煙霧的煙囪。大約有350℃的含礦熱液從煙囪中噴出，與周圍海水混合後，產生沉澱變為"黑煙"。我們知道深海的溫度只有0攝氏度，然而觀測發現黑煙囪附近的海水溫度卻高達350℃到400℃。並且在黑煙囪周圍的海洋生物的種類和數量都極為豐富。科學家認為噴溢海底熱液的出口往往能夠形成黑煙囪。
隨著對海底熱液噴口的生態的深入研究，科學家發現海底熱液環境竟然和地球早期的原始環境很相似。在海洋剛剛形成時，海底熱液活動使得地球內部的熱量向外輸導，同時產生大量的金屬元素和氣體。通過物理和化學的條件改變，使得原始海洋中富含豐富的還原態的鐵、銅、鋅、鉛、錳等金屬離子，以及甲烷、氫氣和硫化氫等氣體。
當然了海底熱液噴口的液態水環境非常的穩定，溫度長期維持在70℃~100℃的區間。並且形成了化學梯度，對小分子形成大分子的化學反應更為有利，也就是說這樣的環境，和豐富的金屬礦物質，成為了有機化學反應的催化劑。
由於植物還沒有誕生，地球上還無法形成光合作用。所以此時的大氣中幾乎是不含有氧氣的，反而二氧化碳的濃度卻很高。因此科學家斷定，當時的海洋呈酸性，也正是因為早期海洋海底熱液噴口的特殊性質，使得生命開始在海底熱液噴口的周圍悄悄的萌芽了。
自上世紀60年代的《分子進化鍾》問世，就將古老的進化學與新生的分子生物學綁定到了一起。通過「分子進化鍾」，科學家對對地球上所有的生物進行基因測序，並勾勒出了地球生命發展的進化樹。經過無數次的基因測序和對比，結果發現地球上所有生物都有一個共同的祖先——微生物。巧合的是，科學家從海底熱液噴口周圍環境中分離得到的嗜熱古菌生長的平均溫度超過了80℃。也就是說諸如嗜熱古菌這樣的微生物，是完全能夠在古代海洋中存活的，這也算是生命起源於海底熱液噴口的核心證據。
科研障礙 點擊觀看完整視頻
大家有麼有發現一個問題，那就是為什麼科學家在研究地球原始生命的起源的難度往往比研究人類起源、動物起源、植物起源更大呢？這主要是後者不論多少物種都有很多的化石證據，甚至也可以進行線粒體追溯至數十萬年前的先祖，就比如人類進化學說中，被認為是人類的共同母系祖先就是線粒體夏娃。而原始生命誕生於40億年前左右，在如此漫長的時間裡，地球經歷無盡的滄海桑田的變化，很多岩石被風化沉積早已變質了，想找到第一個細胞形成時的化石記錄幾乎是不可能的。這也是研究原始生命如何誕生的最大關卡。