1953年,一個實驗震驚全球,它似乎解決了生物學的終極問題——生命是哪來的?但它錯了。
原始地球實驗實驗由米勒與尤列主導,靈感來源于木星。木星質量是地球的318倍,巨大的引力可以輕易吸住大氣層,經久不散。同為太陽系混沌初開的行星,木星的大氣成分就是地球初期遺留至今的樣闆。
米勒在實驗中照搬了木星的大氣成分,并模拟了下雨、閃電、海水等地球環境。僅一周後,冷卻液中便發現了有機物,包括生命的基本單位——氨基酸。基于此,遠古洪荒億萬年歲月裡,地球演化出生命似乎也不是什麼難事。
月球颠覆了米勒實驗不久後,人類多次在月球上取回了月岩,發現與地球岩石一般無二,這一下子解開了月球起源之謎,也颠覆了米勒的實驗。
44億年前,地球軌道附近還有顆火星大小的原行星泰娅(Theia)。它與原地球碰撞,核心沒入地球,像雙手托舉着地核,大量碎片抛灑到太空,在引力作用下圍繞着地球,最終彙聚成月球。
連岩石都飛濺出去,何況大氣層。木星靈感頓時成為了虛妄,而且沒有大氣也就無法阻擋太陽紫外線,因此大氣中不可能誕生生命。
同時還有另一個問題,簡單來說一瓶氨基酸豐富的牛奶放在那裡,無論多久它都不會出現生命,因為它無法逆轉熵增。
生命是什麼?薛定谔曾在《生命是什麼》書中寫到“生命以負熵為生”。熵,熱力學角度解釋為系統内熱量相對于溫度的變化率,另一種角度是系統内的混亂程度。
封閉的房間中,有杯熱水,熱水會自發地将熱量傳遞給室内空氣(熵增)。如果想要維持熱水的溫度,要對熱水進行加熱(熵減),這就是水逆轉熵增(攫取負熵)的過程。
從混亂程度來講,一瓶礦泉水滴了一滴墨,開始大部分地方還處于“純淨”狀态,然後墨分子會逐漸擴散(熵增),最終水分子與墨分子達到平衡,也就是混亂最大化。
生命精密又高度有序,同樣是2斤,吃進去的和排出去的,你說哪個更有序?能量與物質代謝就是從環境中攫取負熵,排出低級形态能量的過程。那麼生命之初,甚至未出現前,根本不存在能量代謝機制,生命如何攫取負熵?
海底深處的冰與火之歌上世紀70年代,太平洋中央的群島居民發現海底總是滲出暖流。1979年,美國殿堂級科學家比肖夫乘潛艇下去查看,這一看便震驚了世界。
在陽光盡無、暗無天日的深海之底,冒着大量的煙。煙囪附近生物繁盛景象絲毫不遜色于亞馬遜雨林。最關鍵的是這裡處處透露地球生命的底層邏輯。
圖:搓腳石,火山岩
首先是煙囪附近的岩石,結構疏松,孔隙比一般的“搓腳石”要小得多。巧不巧,這些孔隙直徑剛好與生物的細胞一樣大。
煙囪底部像是一口燒糊了的鍋。鍋的下面是地幔“燃氣竈”1200度的高溫。地下的強堿性物質,通過孔隙向上輸送,而海水呈酸性。
這原本應該是“水火不容”的酸堿中和反應,然而在堿性物還沒從鍋底噴出就被殲滅大半。因為酸性海水會通過疏松孔隙滲入“鍋底”,與還沒出鍋、往上爬的強堿物質相遇進行緩慢反應。
同時鍋底的高溫使得海水在反應瞬間就被蒸發,300~400度的水蒸氣帶着中和後的金屬離子,硫化氫等物質沖出地底,來到海底,這就是黑煙與暖流的由來。
天然的能量流動——負熵這個鍋被科學家稱為深海熱泉口,或深海熱液噴口。泉口底部酸堿反應中,帶酸性的氫離子不斷被消耗,意味着泉底氫離子濃度較低,而酸性海水中蘊含大量氫離子。基于熵增定理,氫離子會由高濃度向低濃度流動,跟着海水不斷滲入岩石下進行補充。
岩石之外濃度高(水位高),岩石之下濃度低(水位低),那岩石孔隙不就是一座水壩嗎?水流就是氫離子定向流動。
隻要地球不涼透,“燃氣竈”就不會熄火,氫離子的流動就不會停。水壩可以穩定水流發電,岩石則利用孔隙使氫離子緩慢、穩定流動,就像是一股股電流。這就是天然的負熵,熵增的源泉是地球的内熱。
巧不巧,如今地球生物供能的方式——三羧酸循環,就是一個更加細膩的酸堿中和反應,底層構架就是氫離子的定向流動。
圖:ATP合成酶
更确切地說是如今生物是利用氫離子的定向流動,推動ATP合成酶(轉輪)為細胞供能。被孔隙馴服的不僅隻有氫離子,還有海底豐富的硫化物與金屬離子,它們都是生成有機物的最好的原材料與催化劑。
生命的起源在生命尚未出現之前,穩定的負熵就在深海熱泉口期盼着。即便這樣都經過了億萬年才随機合成出會汲取周圍物質與能量,進行自我複制的分子——RNA。這便是生命旅程的開始,它在後來不斷自我複制、疊代中,一路升級,越走越遠。
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