为了揭示生命起源的奥妙，首先得知晓当时的地球条件（如大气组分、地表矿物质的元素组成等等），而地球现在的环境由于数十亿年的生命活动，早已被改变得面目全非……太阳系中唯有地球才有生命（至少迄今为止如此），说明地球在某些方面必定具有独特性，但这也不能排除地球与其他星体之间存在的共性或在大气与矿物形成方面的共同法则……

有机物看似复杂，都可进行约化，譬如数十万种蛋白不过就是二十种氨基酸的不同组合而已，无数的DNA分子亦不过4种碱基的排列变换罢了……像氨基酸、碱基这样的物质可以称为生命的构件，它们在生命诞生之前就普遍存在吗？可以设想，如果这类物质在太空中普遍存在的话，这个答案就是肯定的。

1. 彗星：蕴含复杂的芳香族分子

彗星（图2）是由冰冻物质和尘埃构成的太阳系小天体，是太阳系中行星形成后的残余物，已有4000多颗彗星被发现。据法国的太空化学家Hervé Cottin和Didier Despois报道，通过大型望远镜对彗星头部的无线电及红外图谱的分析显示，H₂O是彗冰的主要成分，探测出的其他化合物还有约30种：含量丰富的CO（为水的1%～30%）和CO₂（5%）及许多种与前生物化学反应相关的分子—HCN、NH₃、H₂CO、H₂S（约百分之几），HC₃N、CH₃CN、NH₂CHO、CH₃CHO、H₂CS……（0.01%～1%），其中HCN是合成腺嘌呤及其他核酸碱基的关键分子，H₂CO可用于合成糖类（甲醛聚糖反应）、NH₂、HCN、H₂CO及其他醛类，使得氨基酸和相关物质的Strecker反应能够进行（Cottin and Despois 2011）。

图1 海尔博普彗星（Comet Hale-Bopp），1997年3月29日出现于克罗地亚的帕辛（Pazin）（引自维基百科）

美国航天局用星尘号（Stardust）收集了彗星样本并带回地球，检测出了芳香族分子，如臭樟脑（C₁₀H₈）、菲（C₁₄H₁₀）和芘（C₁₆H₁₀），并通过红外光谱鉴定出CH₂、CH₃，芳香族CH、OH和C=O基团。X射线吸收近边结构谱分析也检出了羰基、腈和氨基酸功能集团（Keller et al. 2006, Sandford et al. 2006）。彗星可将元素带到地球，如碳、水（量仍不确定）、简单的或复杂的有机分子，这可能有助于地球早期对前生物分子的富集，并可能影响到地球上生命的发展（Cottin and Despois 2011）。

2. 土卫六：拥有一个还原性的大气层

土星是太阳系的八大行星之一，比地球离太阳更远，表面温度只有-140℃。现已确认的土星的卫星多达62颗，其中土卫六最大，土卫二（Enceladus）是土星的第六大卫星。土卫六也是太阳系中第二大卫星，比行星中的水星还要大，也是唯一拥有明显大气层的卫星。

正如法国的太空生物学家Francois Raulni所说，“还有一些行星体，与产生生命之前的我们的星球具有相似性。因为早期地球的多数条件在今天都已消失，被地质演变和生命自身抹去，所以对这种环境的研究有极大的重要性……土卫六（Titan，图1）—土星最大的卫星，是一个非常好的目标”（Raulin 2011）。

图2 绕土星运转的土卫六（美国有线新闻网CNN）

美国国家航空航天局等1997年发射的惠更斯（Huygens）探测仪，2005年才成功登上土卫六。根据惠更斯探测仪穿越土卫六大气层测定的结果，土卫六的大气主要由N₂组成，与地球大气相似，其他的主要成分为CH₄（1.6%-2%，同温层）和H₂（约0.1%），推测土卫六的原始大气最初由NH₃组成，后来通过光解和（或）撞击引起的化学过程转化为N₂。在土卫六的大气中探测到了一些有机物，它们在地球前生物化学过程中通常被认为是关键分子，包括氢氰酸（HCN）、丙炔腈（HC₃N）和氰（C₂N₂），在同温层中探测到的有机物为碳氢化合物（含饱和和不饱和链）和含氮有机组分（主要是腈），这与实验室模拟实验预期的一致。卡西尼号的复合红外分光仪（CIRS）还证实了水和苯的存在。低层大气中的有机物可能冷凝在浮质中，这些浮质由耐高温的有机物组成，在热解时释放出HCN和NH₃，显示可能存在腈、氨基酸和（或）亚氨基基团。惠更斯号着陆后，GC-MS对地表附近大气的分析显示，可能存在多种有机物，包括含氮有机物，C3、C4碳氢化合物和苯（Raulin 2011）。

此外，卡西尼飞船携带的离子与电中性质谱仪（INMS）在土卫二的巨大的冰粒子组成的羽状物中检测出双氮、N₂和（或）CO及一些碳氢化合物（甲烷、丙烷和乙炔），N₂可能由氨的热分解产生，最终由矿物催化，因此，氨及有机物可能存在于内部的液态水体中，提供了发展前生物化学反应的可能性（Raulin 2011）。

3. 陨星：纷杂的有机分子恰似生命创造之筹谟

陨星是起源于外太空、在撞击到地球表面后仍然残存的天然物体，多数陨星为小型星体的碎片，大部分分布于火星和木星之间。陨星分为铁陨石、石陨石以及石铁陨石等类型。1969年，在澳大利亚维多利亚州的Murchison附近发现了一块质量超过100 kg的碳质球粒陨石（Carbonaceous chondrites），被命名为Murchison陨石，其外表没有经过极端温度或压力转化的痕迹（图3），在这种原始而普遍存在的陨石中的有机物，也许就是生命诞生前不久地球上曾经发生过的从无机到有机反应的样本，类似的反应在太阳系中应该普遍存在过。

在Murchison陨石中，铁占22.13%，水占12%，有机物含量较高。Murchison陨石中的有机物种类丰富：氨基酸 17～60ppm，脂肪烃 ＞35ppm，芳香烃3319ppm，富勒烯 ＞100ppm，羧酸 ＞300pm，羟基酸15ppm，嘌呤类和嘧啶类 1.3ppm，醇类 11ppm，磺酸 68ppm，膦酸2ppm，而对核碱基的碳同位素含量分析显示，这些化合物并非来自地球。以笔者之见，陨石中水的丰富性意味着只要星球处于与恒星一个合适的距离，就有可能允许液态水的存在（就像地球这样），也就为生命的孵化创作了必需的条件。

图3 华盛顿国立自然历史博物馆的Murchison陨石样本（引自维基百科）

图4 Murchison陨石中不可溶有机碳的组成（引自Pizzarello 2011）

据美国生物化学家SandraPizzarello报道，在Murchison陨石中，发现有机碳中较大的部分为油母岩类似物，与地球上的油母岩一样，是一种不可溶的大分子物质，其假定的结构如图4所示，具有芳香环的簇，通过S、N和O的脂肪链进行桥连，还带有分子和功能基团。这些物质在类似于地球热液口处（300℃，100MPa）的高温高压条件下释放的单个分子（Pizzarello 2011）。

在陨石中发现的氨基酸超过了100种，而地球上所有蛋白质的氨基酸仅由20种组成（且全部由α氨基酸组成），在Murchison陨石中发现有10种氨基酸与地球上的蛋白质氨基酸相同：甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。在其他陨石和生物圈中都有发现的有机物还有：烟碱酸（以烟酸形式存在，是一大类氧化还原酶的辅酶）、一些单羧酸（如蚁酸、乙酸、丁酸）、类糖物质（许多地球上的多糖的组成）及复杂的两亲物质（同时具有疏水端和亲水端），它们是用氯仿从陨石粉末中抽提出来的，在水中能形成膜状囊泡（Pizzarello 2011）。

表1 Murchison陨石中的可溶性有机化合物

（引自Pizzarello 2011）

从Murchison陨石粉末中提取的可溶性有机化合物如表1所示，很多成分在陨石中普遍存在，也是地球生物圈的常见类型。陨石有机组分的分析告诉我们，无生命的合成反应可以产生大量具有显著复杂性的有机物，包括与地球生物分子完全对应的组分，也就是说，地球外无生命的合成体系可以产生生物分子（Pizzarello2011）。

4. 天“生”的生命构件

陨石中有机化合物的复杂性与丰富性令人惊叹！笔者认为，陨石几乎备齐了原始生命及光合作用起源用的一些核心的有机化合物构件，如各种各样的氨基酸的存在使多肽链的出现顺理成章，腺嘌呤和类糖物质说不定就是生物能量的货币物质—ATP以及核苷酸前体形成的基础（图5），再加上烟酸的存在，另一个重要的还原力—NADPH（或NADH）的出现似乎有了可能（图6），从芳香环的存在加上核苷酸，另一个重要的电子传递体—FAD（图7）的出现似乎不会困难。从成簇的芳香环化合物的存在似乎看到了出现卟啉结构的希望（图8），加上长脂肪烃的存在，似乎叶绿素这样的感光物质的出现也已万事俱备。

图5 ATP的结构

图6 NAD⁺和NADP⁺的结构。NAD⁺时，R=H；NADP⁺时，R=PO₃^-2

图7 黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD，flavin adenine dinucletide )

图8 最简单的卟啉（porphyrin）—卟吩（porphin）

图9 叶绿素a（chloropyll a）

碳同化（卡尔文循环）、糖酵解、三羧酸循环等关键代谢过程中的一些小分子有机化合物（如丙酮酸、琥珀酸、甘油酸、乳酸等）也已存在。能够在水中形成膜状囊泡的两亲物质的存在使这些有机物在水存在的条件下形成细胞膜这样的结构成为可能。

结语

看来，宇宙中普适性的物理化学过程已经为驱动原始生命诞生（可能是在光合作用的发生中开启航程的）进行了物质性铺垫，即准备好了各式各样的原材料（生命构件），只是在等待一个适宜阳光的沐浴和珍贵雨水的降临，而我们赖以存在的地球恰好具备了这等得天独厚的境遇，才有它花费近10亿年的时间，用这些平庸的“积木”搭建出了神秘瑰异的生灵！

主要来源：

谢平. 2014. 生命的起源—进化理论之扬弃与革新.北京：科学出版社（英文：Xie P. 2014. The Aufhebung and Breakthrough of the Theories on the Origin and Evolution of Life. Beijing: Science Press）

对该博文内容引述时，请引用此专著 。