已經(jīng)是接近午夜了。科學(xué)考察船“亞特蘭蒂斯”號(hào)在哥斯達(dá)黎加以西大約1600千米的海面上，在東太平洋中的一片熱液噴口區(qū)域徘徊。在漆黑一片的控制室里，羅格斯大學(xué)微生物學(xué)家科斯坦蒂諾·韋特里亞尼就坐在離我?guī)酌走h(yuǎn)的地方。盡管夜已經(jīng)深了，但他依舊精力旺盛。他全神貫注地盯著幾十個(gè)監(jiān)視器，只是偶爾用一只手摸一下他那剃得光光的腦袋。監(jiān)視器上顯示著從海底的遙控潛水器發(fā)回的即時(shí)影像，我們可以看到溫度超過(guò)350℃的、灼熱的濃濃黑煙，從距離我們大約1600米的海底石塔中滾滾涌出。此情此景真是震撼人心！水下的這些石柱正在狂暴地釋放著來(lái)自黑暗地心的被封閉的能量。韋特里亞尼是一位打扮得體的意大利人，他穿著一件T恤衫，上面寫(xiě)著：“RNA（核糖核酸）：另外一種核酸。”他那炯炯有神的黑色眼睛，仔細(xì)觀察著這股原始的力量。他笑了一下， 說(shuō)道：“一個(gè)（海底）黑煙囪，就是通向地獄的一扇窗戶(hù)。”

? ? 在東太平洋上的熱液噴發(fā)區(qū)，工程師在“亞特蘭蒂斯”號(hào)的甲板突出部調(diào)配“詹森”號(hào)遠(yuǎn)程遙控潛水器。

事實(shí)上，（海底）黑煙囪也可能是開(kāi)啟地球上生命爆發(fā)的窗戶(hù)。韋特里亞尼是一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)中的成員，他們來(lái)到這些海底熱液噴口，是為了研究微生物。這些微生物像地毯一樣覆蓋了整個(gè)熱液噴口區(qū)域。早前，在這艘船的圖書(shū)館里，伍茲霍爾海洋研究所的微生物生態(tài)學(xué)家、團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家斯蒂芬·西韋特，為此次長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的探險(xiǎn)之旅勾畫(huà)出了目標(biāo)。他解釋說(shuō)，知道這些微生物是如何在這種地獄般的熱液噴口中存活下來(lái)的（它們利用的是什么營(yíng)養(yǎng)素，利用率是多少，它們將熱液轉(zhuǎn)化為鮮活生物量的速度有多快），就能夠讓我們深入了解生命是如何進(jìn)化的。當(dāng)遙控潛水器在海底工作時(shí)，我在控制室中一直緊隨其后，并幫忙記錄。遙控潛水器全天運(yùn)轉(zhuǎn)，只有當(dāng)海底環(huán)境太過(guò)惡劣，以致遙控潛水器無(wú)法安全工作時(shí)，才偶爾中斷一下。

午夜過(guò)后，在韋特里亞尼和我造訪海底“黑煙囪”時(shí)，他對(duì)我說(shuō)熱液噴口是“一種歷史遺跡，我們相信，它與地球的早期環(huán)境十分相似。我們現(xiàn)在所做的，歸根結(jié)底是為了了解生命在地球上是如何進(jìn)化的”。在“亞特蘭蒂斯”號(hào)上，不僅可以了解今天生活在熱液噴口中的原始微生物，還可以了解有機(jī)生命是怎樣第一次出現(xiàn)在大洋深處的。在這片仿佛超越了時(shí)間的海底，巖石與水相遇，當(dāng)我們看到濃濃的熱液從礦物質(zhì)煙囪中滾滾涌出時(shí)，恍如我們正在直視著的，就是生命的誕生地。

自1977年熱液噴口被隨“阿爾文”號(hào)深潛器下潛的地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)以來(lái)，很多科學(xué)家相信這些深海熔爐很可能就是生命的搖籃。雖然問(wèn)題還遠(yuǎn)未解決，但排出的熱液和周?chē)暮Ｋ畮?lái)了生命的必需元素，比如：碳、氫、氧、氮和硫。科學(xué)家相信，這種易燃的混合物很可能生成了大量復(fù)雜分子的前體，比如RNA（核糖核酸）。正是RNA在第一個(gè)細(xì)胞中攪起了生命的萌動(dòng)。

人們發(fā)現(xiàn)深海存在熱液噴口的線(xiàn)索，要追溯到1976年在加拉帕戈斯群島附近進(jìn)行的一次探險(xiǎn)，一臺(tái)在海底拖行的儀器探測(cè)到一股比周?chē)涞谋尘昂Ｋ晕嘏恍┑囊后w。第二年，地質(zhì)學(xué)家?guī)е顫撈饔只氐竭@里，并且發(fā)現(xiàn)了他們預(yù)料中的、冒著煙的海底溫泉。隨之而來(lái)的，還有他們完全沒(méi)有預(yù)料到的一群生物：蛤蜊、巨型蠕蟲(chóng)、粉紅色的魚(yú)、天白色的螃蟹。

在當(dāng)時(shí)，深海被認(rèn)為是一片生物學(xué)上的荒漠，沒(méi)有人料到對(duì)海底熱泉的探險(xiǎn)還需要生物學(xué)家的參與。但是，當(dāng)?shù)谝淮螡摰綗嵋簢娍跁r(shí)，“阿爾文”號(hào)深潛器上的地質(zhì)學(xué)家杰克·科利斯立刻就將它們視為生命起源的一個(gè)可能地點(diǎn)。熱液系統(tǒng)很可能在早期地球上大量存在，早期的地球溫度要比現(xiàn)在更高。1980年，科利斯與研究了取自熱液噴口的最早一批微生物樣本的微生物學(xué)家約翰·鮑羅什以及研究生薩拉·霍夫曼，聯(lián)合發(fā)表了一個(gè)假說(shuō)，認(rèn)為簡(jiǎn)單的有機(jī)分子，比如氨基酸，可能在熱液中形成，而且這些分子最終可能被一層膜包裹，從而形成一個(gè)活的細(xì)胞。鮑羅什將熱液噴口描述為“唯一可以被稱(chēng)為‘真正原始’的現(xiàn)代地質(zhì)環(huán)境”。

盡管深海熱泉在溫度、壓力以及其他環(huán)境特征上都較為極端，但是在早期地球極為惡劣的環(huán)境下，深海熱液噴口提供了一個(gè)相對(duì)舒適的避難所。在早期太陽(yáng)系中，我們年輕的地球暴露在太陽(yáng)的強(qiáng)烈紫外線(xiàn)輻射中，因?yàn)樗?dāng)時(shí)還沒(méi)有形成保護(hù)性的臭氧層。直到生物進(jìn)化創(chuàng)造出了光合作用，光合作用將氧氣穩(wěn)定地補(bǔ)充到我們的大氣層中，這一噩夢(mèng)方才宣告結(jié)束。

而且，太陽(yáng)灼傷并不是地球表面面臨的唯一挑戰(zhàn)。地球科學(xué)家認(rèn)為，就在生命剛剛開(kāi)始起步的前后，地球曾經(jīng)遭受過(guò)太空巖石的狂轟濫炸?？▋?nèi)基科學(xué)研究所天體生物學(xué)家，同時(shí)也是《地球的故事》（《地球的故事》主要講述了地球的形成以及地球上早期的生命）的作者羅伯特·哈森說(shuō)：“這些撞擊使地球的表面以及接近地表的地方變得極其危險(xiǎn)，但在海底， 在熱液系統(tǒng)產(chǎn)生的區(qū)域，所有這些問(wèn)題都被解決了?！?/p>

最重要的是，這些熱液噴口中充滿(mǎn)了能量。起初，從熱泉中噴出的液體是冰冷的海水，后來(lái)滲入了海底的裂隙。在地殼中，溶解了來(lái)自熔巖的礦物質(zhì)和氣體——比如氫和硫化氫——的海水，在被噴射回海洋之前被巖漿加熱。今天，生活在熱液噴口處的微生物，利用這些熱液中的化學(xué)能制造糖分以及其他一些高能分子，從而形成了食物鏈的基礎(chǔ)。

在一個(gè)陽(yáng)光明媚、和風(fēng)徐徐的下午，當(dāng)我和西韋特在船頭漆黑的控制室里進(jìn)行早、晚班交接時(shí)，西韋特說(shuō)：“生命需要能量，而在熱液系統(tǒng)中有大量能量可供利用。因此，熱液系統(tǒng)附近是生命開(kāi)始的絕佳地點(diǎn)。你很容易就可以想象，早期生物在這些能量來(lái)源的供養(yǎng)下， 會(huì)是怎樣的生機(jī)勃勃?！?/p>

海底黑煙囪

關(guān)于生命起源于熱液噴口的假說(shuō)，也從一種新型熱液噴口的發(fā)現(xiàn)中得到推動(dòng)。1991年，現(xiàn)在就職于美國(guó)航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的地球化學(xué)家邁克爾·拉塞爾研究了位于南斯拉夫境內(nèi)的一處富鎂礦床，提出該礦床最初應(yīng)該是由一個(gè)呈堿性的熱液噴口形成的觀點(diǎn)。而在海底黑煙囪和其他火山口處發(fā)現(xiàn)的典型物質(zhì)，都是一些酸性物質(zhì)。

在當(dāng)時(shí)，還從未有人見(jiàn)到過(guò)類(lèi)似拉塞爾描述的堿性熱液噴口。2000年，華盛頓大學(xué)海洋地質(zhì)學(xué)家黛博拉·凱利及其同事，考察了沿大西洋洋底延伸的山脊。她們白天乘“阿爾文”號(hào)深潛器下潛，晚上還要拖上一臺(tái)攝像機(jī)繼續(xù)觀測(cè)。一天晚上， 在攝像機(jī)傳回的圖像上，有人注意到一個(gè)奇怪的白色塔狀物。2天后，凱利下潛到了該地點(diǎn)，并且近距離看到了這個(gè)被她稱(chēng)為“失落之城” 的地方。

“失落之城”的熱液噴口，是通過(guò)海水與地殼中的富鐵富鎂巖石礦物之間的化學(xué)反應(yīng)形成的。該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生熱量。正如拉塞爾曾經(jīng)預(yù)測(cè)的那樣，這些熱液噴口也會(huì)產(chǎn)生堿性的熱液，而且這些熱流會(huì)從海底向上升騰。當(dāng)這些熱液向上匯入海洋，它們會(huì)將溶解的二氧化碳轉(zhuǎn)變成石灰?guī)r結(jié)構(gòu)，而石灰?guī)r結(jié)構(gòu)很可能為剛剛起源的生命提供了庇護(hù)。

隨著對(duì)“失落之城”熱泉的特性了解得越多，研究生命起源的科學(xué)家越發(fā)感到興奮。其中一個(gè)很吸引人的地方，就是在熱液和海水之間出現(xiàn)了離子梯度。眾所周知，離子梯度在幾乎所有已知的生命形式中都是一個(gè)至關(guān)重要的因素。堿性熱液的pH值為10至11，而海水的pH值在8左右，因此海水要比熱液含有更多的質(zhì)子（也就是H-1離子）。

這一地質(zhì)化學(xué)現(xiàn)象吸引了科學(xué)家的注意，因?yàn)殡x子梯度是存在于活體生命中的普遍特性之一，而且在細(xì)胞獲取能量的方式中，離子濃度是一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。它提供的這個(gè)條件，使得深海熱泉有可能成為早期生命的“釀造廠”。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院生物化學(xué)家，同時(shí)也是《生命的躍升》的作者尼克·雷恩說(shuō)：“所有生命體所做的，正是制造一個(gè)質(zhì)子梯度，然后利用這些質(zhì)子穿過(guò)生物膜所形成的質(zhì)子流來(lái)產(chǎn)生化學(xué)能。 ”《生命的躍升》討論了生命的起源與進(jìn)化。這一通用的能量產(chǎn)生模式，對(duì)線(xiàn)粒體來(lái)說(shuō)尤其適用。線(xiàn)粒體是細(xì)胞內(nèi)的“發(fā)電機(jī)”，就像它在大多數(shù)獨(dú)立生存的微生物中一樣，也在人體的細(xì)胞中提供能量。

順著這條線(xiàn)索繼續(xù)向前推進(jìn)，在大約40億年前，居住在熱液噴口毛細(xì)孔中的年輕原始生命，可能已經(jīng)通過(guò)對(duì)RNA進(jìn)行化學(xué)微調(diào)，獲得了DNA。

管形蠕蟲(chóng)

雷恩解釋說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作有點(diǎn)像水電站的水壩。以一種蛋白質(zhì)的形式存在于細(xì)胞內(nèi)的生物泵，將大量質(zhì)子移到生物膜的一側(cè); 生物膜對(duì)質(zhì)子開(kāi)啟“放行”模式， 使質(zhì)子能夠通過(guò)在生命體內(nèi)所扮演的角色類(lèi)似于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的另一種蛋白質(zhì)， 穿過(guò)生物膜再流回去。 這個(gè)“渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)”會(huì)產(chǎn)生ATP，也就是三磷酸腺苷，它攜帶著可以為細(xì)胞活動(dòng)提供動(dòng)力的生物化學(xué)能量。

雖然這些特定的蛋白質(zhì)和生物膜在不同的生命形式中差別很大，但是質(zhì)子梯度在人們研究過(guò)的幾乎所有生命形式中都存在，一些研究人員認(rèn)為，這是質(zhì)子梯度一定會(huì)出現(xiàn)在生命誕生環(huán)境中的間接證據(jù)?！昂茈y解釋為什么所有生物都具有這一特征，除非你能說(shuō)明在生命開(kāi)始萌動(dòng)的地方，就存在質(zhì)子梯度的根源。”德國(guó)杜塞爾多夫大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家比爾·馬丁說(shuō)：“說(shuō)到這里，這些堿性的深海熱泉是不是已經(jīng)開(kāi)始讓你覺(jué)得看上去好多了?！?/p>

那么，生命是如何依靠自身的努力，在像“失落之城”那樣的熱液噴口，或者在像“亞特蘭蒂斯”號(hào)下面那些點(diǎn)綴在太平洋洋底的熱液噴口中，成功產(chǎn)生的呢？有一種可能是，在熱液噴口， 一些簡(jiǎn)單物質(zhì)（像二氧化碳和氫）之間的反應(yīng)產(chǎn)生了有機(jī)分子，而隨著反應(yīng)的進(jìn)行，這些有機(jī)分子變得越來(lái)越復(fù)雜。

從本質(zhì)上說(shuō)，熱液噴口可能扮演了一個(gè)“自然水熱反應(yīng)器”的角色。舉例來(lái)說(shuō)，在熱液噴口中的礦物質(zhì)的催化下，二氧化碳和氫反應(yīng)可以生成一種被我們稱(chēng)為丙酮酸鹽的分子。丙酮酸鹽是多種氨基酸的前體之一，而氨基酸形成以后， 它們之間可以連接在一起形成蛋白質(zhì)。二氧化碳和氫還可以形成甲醛，而甲醛與甲醛之間可以發(fā)生反應(yīng)形成核糖，而核糖是RNA的組成部分之一。而在熱液噴口中發(fā)現(xiàn)的氰化氫自身之間可以發(fā)生反應(yīng)，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物，而環(huán)狀結(jié)構(gòu)的化合物是RNA的另一個(gè)基礎(chǔ)組成部分。核糖、一個(gè)堿基和一個(gè)磷酸基團(tuán)（在熱液噴口中同樣也可以發(fā)現(xiàn)）結(jié)合在一起， 從而形成一種被稱(chēng)為核苷的化合物。若干個(gè)核苷酸連在一起，你就有了一條RNA鏈。熱液噴口中的毛細(xì)孔可能扮演了生物膜的作用，將諸如RNA和氨基酸之類(lèi)的有機(jī)分子集中在一個(gè)狹小的空間里。

最終，這些RNA 將開(kāi)始自我復(fù)制，這是一個(gè)受自然選擇支配的過(guò)程。順著這條線(xiàn)索繼續(xù)向前推進(jìn)，在大約40億年前，居住在熱液噴口毛細(xì)孔中的年輕原始生命，可能已經(jīng)通過(guò)對(duì)RNA進(jìn)行化學(xué)微調(diào)，獲得了DNA（脫氧核糖核酸）。通過(guò)去除一個(gè)氧原子，將核糖轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗鹾颂?，再加上一個(gè)甲基將單個(gè)堿基固定住，這樣就造成了DNA 和RNA 的不同。在完成這些后，“近似生命” 還需要組裝出自己的生物膜，并產(chǎn)生自身的離子梯度，用來(lái)以ATP的形式制造出能量。做到這一點(diǎn)，它就可以被認(rèn)為是第一個(gè)細(xì)胞了。

在“亞特蘭蒂斯”號(hào)的甲板上，一批采自熱液噴口的樣品破浪而出，當(dāng)?shù)踯?chē)將滿(mǎn)滿(mǎn)一網(wǎng)樣品堆放在甲板上后，韋特里亞尼像其他科學(xué)家一樣撲了過(guò)去。他拿到一個(gè)裝滿(mǎn)海水的盒子，并且從里面掏出了一段“黑煙囪”。這段“黑煙囪”和一個(gè)由聚氯乙烯與編織網(wǎng)制成的細(xì)菌取樣缸， 都采集自海底，“黑煙囪” 上的黃鐵礦還閃閃發(fā)亮。韋特里亞尼連忙回到船上的實(shí)驗(yàn)室，在那里與他的合作者一起開(kāi)始處理這些樣品。

韋特里亞尼和西韋特找到的很多微生物，都被證明屬于ε-變形菌綱， 而ε-變形菌綱的微生物在熱液噴口幾乎占據(jù)了統(tǒng)治地位，在地球上的其他環(huán)境中這一情形則不常見(jiàn)。他們還發(fā)現(xiàn)，這些微生物中的一些不耐受氧氣，而是利用硫來(lái)進(jìn)行“呼吸”， 而硫在熱液噴口處通常大量出現(xiàn)?！皩?duì)那些古老的生命來(lái)說(shuō)，這一利用硫的代謝途徑可能是一個(gè)核心的代謝途徑，”韋特里亞尼說(shuō)，“因?yàn)檫@一代謝途徑可以?xún)H僅依靠早期地球的原材料（指硫），而成功地避開(kāi)了在早期地球上不可能找到的原料（指氧氣等）?！?/p>

對(duì)這些原始微生物的分析，能夠?yàn)樯钠鹪刺峁┬┦裁创_鑿的證據(jù)呢？韋特里亞尼說(shuō)，如果要求他給出一個(gè)答案的話(huà)，他也很為難。從根本詹尼弗·巴羅內(nèi)，美國(guó)“學(xué)者公司”旗下《科學(xué)世界》雜志社的高級(jí)副主編。上說(shuō)， 對(duì)“生命發(fā)祥地”的調(diào)查本身還處于“嬰兒期”?！皫资昵?，我們甚至不知道生命可以在一些溫度如此之高的地方存活，”韋特里亞尼說(shuō)，“生命的起源意味著我們要回到第一個(gè)細(xì)胞‘組裝’前發(fā)生的非生物過(guò)程。通過(guò)研究這些熱液噴口的微生物，我們正在盡可能地接近事實(shí)真相，以便了解這些早期的代謝途徑究竟是怎么回事。這些熱液噴口的微生物， 很可能是我們能找到的、 最接近幾十億年前已經(jīng)生活在地球上的微生物的群體了。我們相信，在沒(méi)有氧氣的條件下，早期微生物可能出現(xiàn)在火山環(huán)境中?！?/p>

在船上，當(dāng)我日復(fù)一日地待在裝滿(mǎn)了顯示器的控制室內(nèi)，記錄著我們?cè)谀睦锊杉搅四男┓N類(lèi)的樣品時(shí)，我期待著能夠看到海底的那些巨大煙囪的成長(zhǎng)變化。但是一個(gè)月以后，它依然沒(méi)有什么變化。我清醒地意識(shí)到，無(wú)論是在“亞特蘭蒂斯”號(hào)或是在岸上的實(shí)驗(yàn)室中發(fā)生了什么，確定生命的起源也許仍舊只是遙不可及的事情。但是，我知道是什么力量牽引著探險(xiǎn)家，懷揣著每一次都能夠離我們自身的起源更近一些的希望，一次又一次地回到這個(gè)地方。