【導(dǎo)語】
【生命是宇宙間最偉大的創(chuàng)造】
首先要定義什么是生命。一般認為，生命最本質(zhì)的特征就是它會主動地從外部吸收能量，維持自己的熵值，并把這個本事傳遞下去?！纠斫膺@一點需要知道熱力學(xué)第二定律，即熵增定律，如果你不知道的話請自行查詢?！?/p>
目前公認生命有三大要素：第一是新陳代謝，這是生命最本質(zhì)的特征；第二是遺傳，這是生命之所以延續(xù)下去的基礎(chǔ)；第三是某種膜，能夠把生命和非生命分隔開。
生命再復(fù)雜，也不是神造的，而是一點一點由簡到繁地演化出來的，不需要某種無法解釋的所謂“神跡”，不同意這一點的不用往下讀了。
由簡到繁的過程絕大部分都是循序漸進的，不是跳躍式的，每次進步都是對邊界的一點點擴展，比如從氨基酸只能先進化到多肽，然后才能進化出蛋白質(zhì)。這個理論被稱為“相鄰可能”（Adjacent Possible）理論，是由美國進化生物學(xué)家斯圖爾特·考夫曼（Stuart Kauffman）于2002年提出來的。
“相鄰可能”理論不但可以解釋生命的演化，甚至可以用來解釋一切創(chuàng)造過程。所有的創(chuàng)新都不是無中生有的，而是在舊東西的基礎(chǔ)上，通過一系列自由組合而產(chǎn)生的新結(jié)構(gòu)或者新想法。
生命可以被視為宇宙間最偉大的創(chuàng)造，遵循創(chuàng)新的普適原理，下面就具體談?wù)勆膭?chuàng)造過程。
【為什么生命都是碳基的？】
1953年，芝加哥大學(xué)的斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈羅德·尤里（Harold Urey）在玻璃瓶里模仿地球早期環(huán)境，生成了氨基酸，證明有機化合物是可以從簡單的無機物一步步組合而成的，不需要神秘力量的參與。
有機和無機化合物之間最本質(zhì)的區(qū)別就是前者種類異常豐富，只有這樣才能滿足生命的各種需求。所以生命是用有機物搭起來的。
要想創(chuàng)造出復(fù)雜的分子，首先需要有個善于連接的原子。碳能夠形成4個化學(xué)鍵，是自然界最喜歡“交朋友”的原子。硅原子雖然也可以形成4個化學(xué)鍵，但卻無法像碳那樣形成二價鍵甚至三價鍵，這個特性使得碳原子可以兩兩結(jié)合，形成一條以碳原子為骨架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長鏈。這條鏈甚至可以首尾相連形成閉環(huán)，這就進一步增加了碳基分子的多樣性。
碳原子還有一個優(yōu)點，那就是碳和其他原子相結(jié)合所需要的能量比硅原子要小得多，僅僅依靠閃電所提供的能量就足以形成化學(xué)鍵了，這一點在缺乏催化劑的地球“原始湯”中是一個很關(guān)鍵的優(yōu)勢。
以上就是為什么宇宙中的生命應(yīng)該都是“碳基”的原因，硅基生命應(yīng)該是不存在的。正因為如此，地球這才選擇了僅占地殼總質(zhì)量0.05%的碳原子作為組建生命的原材料，而不是含量比碳多100倍的硅。
【為什么生命需要水？】
這個問題的答案有兩個：第一，液態(tài)水是個萬能溶劑，大部分有機或者無機分子都可以溶于水中，這就相當于為不同分子提供了一個見面和碰撞的機會，這是創(chuàng)新的前提條件。
第二，水的冰點很低，沸點又很高，因此水分子能夠在很大的溫度范圍內(nèi)（0-100°C）保持液態(tài)，這一點是宇宙間絕大部分物質(zhì)都無法做到的。事實上，按照地球現(xiàn)在的溫度，只有水能夠長期保持液體狀態(tài)，如果換成別的分子，要么全部凍成了固體，要么全部化成了蒸汽，海洋就不會存在了。
為什么一定需要液態(tài)水呢？美國計算機科學(xué)家克里斯托弗·朗頓（Christopher Langton）給出了一個很普適的答案：創(chuàng)造需要“液態(tài)網(wǎng)絡(luò)”。
朗頓是“人造生命”（Artificial Life）系統(tǒng)的創(chuàng)始人之一，他從生命誕生的過程中得到啟發(fā)，提出創(chuàng)造力旺盛的地方一定處于“混沌的邊緣”，也就是介于嚴格秩序和徹底混亂之間的中間地帶。
如果我們用物質(zhì)三態(tài)來比喻的話，氣體是徹底混沌，新結(jié)構(gòu)隨時出現(xiàn)但又隨時瓦解，固體是嚴格秩序，雖然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但幾乎杜絕了新結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的可能性，液體介于兩者之間，只有液態(tài)網(wǎng)絡(luò)才是“混沌的邊緣”，既能夠讓新鮮事物可以順利出現(xiàn)，又可以讓好的創(chuàng)新穩(wěn)定下去，并將這個邊緣繼續(xù)擴大，以便進一步探索“相鄰可能”。
總之，從以上這兩個條件可以得出結(jié)論，生命必須出現(xiàn)在一個原子種類豐富，溫度適中的有水的星球上。銀河系里到底有多少這樣的星球呢？請繼續(xù)往下看。
【銀河系的生命帶】
銀河系大約有1000億顆恒星，這是個很大的數(shù)字。可惜的是，并不是所有恒星都具備孕育生命的基本條件。
首先，宇宙誕生于138億年前發(fā)生的大爆炸（Big Bang），之后很長一段時間里宇宙中只有氫和氦這兩種元素，生命是不可能誕生的，缺乏原材料。
天文學(xué)家把氦之上的元素統(tǒng)稱為“金屬”，第一個金屬原子是在恒星內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境里誕生的。之后，恒星生命結(jié)束，以各種方式解體，“金屬”散布到宇宙中成為宇宙塵埃，被下一個星系俘獲。這個過程一再重復(fù)，“金屬”的種類和含量逐漸增加。所以你看，宇宙的創(chuàng)新過程也符合“相鄰可能”理論。
銀河系的第一顆恒星誕生于130億年前，那顆恒星里只有氫和氦。太陽是45億年前誕生的，也就是說太陽是在大爆炸發(fā)生后的93億年之后才出現(xiàn)的。但即使如此，太陽系里仍然含有高達71%的氫和27%的氦，其余“重金屬”只占2%，地球就是由這2%的物質(zhì)組成的。因此有科學(xué)家認為，比太陽早的恒星系里的“重金屬”少到無法形成固體星球，所以即使銀河系里有生命，地球生命也是最早出現(xiàn)的那一個。
銀河系是一個飛碟狀的圓盤，直徑10萬光年。太陽距離銀河系中心2.7萬光年，屬于中間偏遠一點點的位置。距離銀河系中心越近，星系的密度就越高，“金屬”的含量也越高，但因為中心區(qū)包含的老恒星要多一些，所以那里有更多的超新星，宇宙射線強度太大。另外，銀河系中心區(qū)平均每隔100萬-1億年就會來一次伽馬射線大爆發(fā)，每次爆發(fā)都會把周圍一大片區(qū)域里的任何生命全部殺死，所以即使中心區(qū)的行星出現(xiàn)了生命，也沒有時間進化成高等生物。
與此相反，距離銀河系中心越遠，星系的密度就越小，“金屬”的含量就越低，也就越不可能形成像地球這樣的固體行星，而是只會形成像木星那樣的氣態(tài)行星，誕生生命的可能性同樣非常低。
因此，澳大利亞科學(xué)家Charles Lineweaver等人提出了“銀河系適宜居住帶”這個概念，這條“生命帶”距離銀河系中心大約2.3萬-3萬光年，大致相當于銀河系半徑的7%，其中含有的恒星只占銀河系恒星總數(shù)的不到5%。太陽位于這條生命帶的中心，屬于這5億個有可能誕生生命的恒星之一。
【幸運的地球】
雖然5億仍然是一個很大的數(shù)字，但也并不是所有這些恒星都有資格孕育生命。太陽系內(nèi)的幾大行星全都在近似圓形的軌道上運動，其狀態(tài)相對穩(wěn)定，這在恒星系當中是不常見的。大部分恒星系內(nèi)的行星軌道都是雜亂無章的，這就導(dǎo)致每顆行星上的氣候隨時在變，生命是不會喜歡這樣的環(huán)境的。
除此之外，地球更是一顆極其幸運的行星。首先是地球和太陽的距離正合適，太近太遠都不行。其次，地球有一顆相對體積非常大的衛(wèi)星，這就是月球。如果沒有月球引力的穩(wěn)定作用，地球的自轉(zhuǎn)軸會發(fā)生大幅度變化，導(dǎo)致氣候劇烈變化。目前地球的自轉(zhuǎn)軸變化幅度很小，但也足以導(dǎo)致地球階段性地出現(xiàn)冰期了。
第三，地球內(nèi)部含有大量含鐵的液態(tài)巖漿，再加上地球的自轉(zhuǎn)速度極快，這就產(chǎn)生了一個很強的磁場，如果沒有磁場，宇宙射線就會直接照到地表，我們誰都活不了。
第四，地球的地殼很薄，板塊運動極為活躍，導(dǎo)致地心內(nèi)部的營養(yǎng)物質(zhì)和金屬不斷地翻上來。如果沒有這個循環(huán)，地表生命很快就會把營養(yǎng)耗光，我們也不會擁有金屬工具。另外，板塊運動導(dǎo)致的火山噴發(fā)是碳循環(huán)的重要一環(huán)，如果沒有火山，碳循環(huán)就無法進行，地球溫度很快就會失控。
以上所有這些條件都是誕生高等生命必不可少的，缺一不可。這些條件之所以在地球上正好全都具備，主要的功臣就是月球。在太陽系形成初期，地球和一個火星那么大的行星相撞，這就是地球自轉(zhuǎn)速度為什么那么快的原因。這次相撞導(dǎo)致重金屬留在了地球上，最終變成炙熱的巖漿。輕一點的物質(zhì)被拋出去，形成了月球，這就是地球的地殼為什么那么薄的原因。
這種級別的行星相撞事件的概率肯定是很低的，目前沒有在其他星系中觀察到任何可能的跡象，所以，地球之所以能有生命，實在是一件極為幸運的事情。
【生命的誕生】
前面講到了有機物的生成，但從有機物到生命還有很長的一段路要走，而這段歷史是目前研究得最不充分，結(jié)論最不清晰的部分。但是，仍然可以有很多推論性的東西值得介紹給大家。
目前認為地球生命最早出現(xiàn)在大約35億年前，也就是說，地球誕生10億年后生命就出現(xiàn)了，這說明如果條件合適的話，生命的出現(xiàn)是一個大概率事件。
目前還活著的地球生命全都來自同一個祖先，科學(xué)家稱之為“盧卡”（Last Universal Common Ancestor，LUCA）。生命也許有過其他嘗試，但顯然都失敗了，沒有留下任何后代。
得出上述結(jié)論的原因是：地球上所有生命的新陳代謝系統(tǒng)和遺傳系統(tǒng)本質(zhì)上都是一樣的，這兩個重要特質(zhì)沒法試錯，所以一直保留至今。這其中，新陳代謝系統(tǒng)最為重要，科學(xué)家們正是從這一點開始研究生命起源問題的。
今天的所有生物都使用ATP作為能量來源。如果讓科學(xué)家設(shè)計ATP的話，至少可以設(shè)計出幾十種更加高效的生產(chǎn)方法，但生命選擇了一個非常落后的方式，即通過細胞膜兩側(cè)的電壓差來生產(chǎn)ATP，這說明地球生命最早就是利用這個辦法從環(huán)境中獲得能量的。
從這一事實推導(dǎo)開去，英國倫敦大學(xué)學(xué)院的生化學(xué)家尼克·萊恩（Nick Lane）提出地球生命很可能起源于海底的堿性熱液噴口（Alkaline Hydrothermal Vent），從噴口噴出的含有氫氣的堿性熱液遇到海水后形成了一個天然的質(zhì)子梯度，為含碳無機物轉(zhuǎn)化成有機物提供了能量。與此同時，海底巖石內(nèi)部狀如海綿的細小縫隙為有機物提供了一個個小小的避風港，這就是原始細胞的雛形。
關(guān)于地球生命的起源地點還有若干個假說，也有人認為是干涸的淡水湖底或者陸地上的地熱噴口，但目前以海底熱液噴口假說支持者最多，這一點再次證明板塊運動和液態(tài)水是生命誕生的必要條件，缺一不可。
【高等智慧生物的出現(xiàn)】
按照現(xiàn)有理論，“盧卡”出現(xiàn)后很快就分成了兩支，一支是細菌（Bacteria），另一支叫做古細菌（Archaea）。雖然中文名字里都有“細菌”這兩個字，但它們在細胞膜構(gòu)成和新陳代謝細節(jié)等幾處關(guān)鍵地方有差異，屬于兩個不同的界。
此后大約20億年里，地球上就只有這兩種生物，它們?nèi)紝儆谠松?，體積很小，結(jié)構(gòu)極為簡單。直到大約15億-20億年前，地球上終于出現(xiàn)了真核細胞，結(jié)構(gòu)復(fù)雜了很多，體積也增加了一萬多倍，終于肉眼可見了。
目前地球上的所有真核生物可以分成原生生物（阿米巴）、真菌、植物和動物這4界，雖然旗下物種形態(tài)各異，但細胞內(nèi)部的構(gòu)造卻出奇地相像，其生化反應(yīng)類型也極其單一，幾乎可以肯定是源自同一個祖先，而且之后就再也沒有發(fā)生過大的改變了。
這一現(xiàn)象說明了一個非?！翱膳隆钡氖聦?，那就是地球上的所有真核生物全都來源于最初的那個真核細胞，那次從原核到真核的轉(zhuǎn)變在地球上只發(fā)生過一次（當然也可能發(fā)生過若干次，但都沒有活下來）。
這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是線粒體，它為細胞解決了能量供應(yīng)問題。美國遺傳學(xué)家琳·馬古利斯（Lynn Margulis，薩根的前妻）提出了線粒體起源的內(nèi)共生學(xué)說，認為真核細胞是由一個古細菌吞噬了一個依靠氫氣生活的細菌而產(chǎn)生的。后者沒有被殺死，而是被“詔安”，并逐漸演化成了線粒體，專門為宿主提供能量。
這樣的事情在長達20億年的時間里只發(fā)生過一次，說明這是個極小概率事件。銀河系中即使某個星球上出現(xiàn)了生命，也很可能一直停留在原核細胞階段，無法進一步進化出復(fù)雜的多細胞生物，更不用說高級智慧生物了。
真核細胞誕生后，生命形態(tài)仍然沒有發(fā)生根本的改變，就這樣又過了10多億年，到了距今大約5.5億年前，發(fā)生了著名的寒武紀大爆發(fā)，生物物種突然大幅增加，今天地球上的絕大部分物種都是從那個時候開始第一次出現(xiàn)在地球上的。可惜的是，寒武紀大爆發(fā)的原因至今仍然不明，有待研究。
下一個大事件是發(fā)生在6500萬年前的小行星撞地球事件，直接把恐龍滅絕掉了，哺乳動物這才終于有了出頭之日。然后是大約700萬年前，人類祖先和靈長類動物分道揚鑣，一路進化至大約20萬年前，這才首次出現(xiàn)了可以被稱之為“高等生物”的現(xiàn)代智人。
【結(jié)語】
上面這些節(jié)點的出現(xiàn)概率大都很低，這樣算下來，人類的出現(xiàn)是真正意義上的小概率事件，我們很可能是銀河系中唯一的一群孤獨的智者。
銀河系之外有沒有智慧生物呢？那就不好說了，畢竟宇宙幾乎可以說是無限大的，再小的概率乘以無窮大，其結(jié)果也是可能大于一的。
另一個關(guān)鍵問題在于，宇宙太特么大了！如果宇宙和地球遵循同一套物理定律的話，那么即使存在外星人，他們也不太可能旅行到太陽系來找我們玩，我們之間的距離已經(jīng)大到超過現(xiàn)有物理定律所允許的范圍了。
總之，別人怎么想我不管，但我堅信人類直到滅絕之前都不會找到外星人的，我們只有依靠自己超凡的創(chuàng)造力，去應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的各種問題，延續(xù)生命這個宇宙間最偉大的創(chuàng)造。
【主要參考資料】
《Where Good Ideas Come From》- Steven Johnson
《Origin Story》-David Christian
《The Vital Questions：Why Is Life The Way It Is?》-Nick Lane
《Scientific American》- 2018年第9期
