如果告诉你,人类的DNA和一根香蕉的DNA有大约60%的相似度,你会不会觉得这是个玩笑?但这不是段子,是事实。因为把时间往前推得足够远,人和香蕉真的拥有过同一个祖先。不只是香蕉,地球上所有的动物、植物、真菌,只要往回追溯到37亿年前,全都能收束到同一个源头。
科学家给这个源头起了个名字,叫LUCA——Last Universal Common Ancestor,最后普遍共同祖先。
LUCA是一个单细胞生物,可以理解为一种微生物。科学家猜测它偏爱温暖的地方,是地球上所有生命的起点。但没人知道它长什么样,只能确定它是一个"活着"的有机体。
而正是从这里开始,一个巨大的疑问浮出水面:这个LUCA究竟是怎么"活"起来的?地球上第一个生命,是如何从非生命的物质里变出来的?是有某种神圣的力量给它注入了灵魂,还是有个外星生物从天上掉了下来?说白了,石头、泥土、水和几种元素,怎么就变成了一个会呼吸、会代谢、会繁殖的生命体?
46亿年前的地球,是从太阳星云里"初出茅庐"的一颗原始行星,和今天完全是两个世界。
那会儿的地表赤日炎炎、电闪雷鸣、火山不停喷发、山崩地裂,脚下流淌的不是水,是滚烫的岩浆;空气里飘着的也不是氧气,而是甲烷、硫化氢这类要命的毒气。液态水几乎没有,氧气稀薄得可怜。
如果那时候真有外星人路过,估计打死也不会相信这么一颗鬼地方将来会长出生命。事实上,生命起源这件事,本身就令人难以置信。
直到大约200年前,绝大多数科学家还是相信有一种叫"生命力"(life force)的东西存在于每个活物体内,让它保持着"活"的状态。这种想法听着很玄,但在当时是主流。
真正把它撬动的是一系列朴素的实验,有科学家抓来一只豚鼠,测它的体温,观察它散发的热量能让冰以多快的速度融化,同时记录它释放了多少二氧化碳。
数据一比对,结论很意外:非生命物质和生命物质,遵循的是同一套化学原理。生命并没有藏着什么额外的、看不见的力量。
紧接着,在1770年代到1790年代之间,意大利医生路易吉·伽伐尼在解剖死青蛙时发现,用金属去碰青蛙的腿,那条已经死透的腿居然会抽动。他把这种现象命名为"动物电",认为每个活物体内都流淌着一种电流,是电让生命活着。
这个结论后来被证明不完全对,但它启发了一大批人。
人们开始意识到,生命不是某种神秘的火苗,它是可以被拆解、被追问的化学与物理过程。
再往后,科学家逐渐搞清楚了一件事:从非生命到生命,不是一蹴而就的。它经历了漫长得让人头皮发麻的时间——至少花了20亿年。
最早的生命大约出现在37亿到40亿年前,而最早的多细胞生物大约出现在15亿年前。中间这一二十亿年,是无数种可能性在慢慢试错、慢慢筛选、慢慢拼接的过程。
这段时间之所以要这么久,是为了让一大堆条件恰好凑齐、一大堆过程都顺利完成。
说到"条件凑齐",就不得不承认地球的运气好得离谱。
它离太阳的距离不多不少,刚好把温度控制在一个既不把水蒸干、也不把水冻死的窄窄区间里,让液态水能稳定存在。液态水一存在,最原始的化学反应就有了发生的舞台。
除此之外,地球还裹着一层浓厚的大气层,替它挡住了宇宙里各种可怕的射线和太阳风。要是没有这层看不见的盾牌,就算生命起了个头,也会被辐射反复地掐灭。
这几层巧合叠加起来,就是所谓地球独一无二的"宜居带"。
有意思的是,宜居带不见得只属于地球。
根据NASA系外行星档案的公开数据,人类目前已经发现的类地行星就有4043颗,其中接近地球大小、又位于宜居带的候选行星大约有50颗,30多颗已经被证实具备宜居条件。
太阳系外距离我们最近的类地系外行星叫比邻星b,离地球4.22光年,体积略大于地球,被叫做"超级地球"。也就是说,地球这样的位置和条件,可能并不像我们以为的那么独特。
再把视野拉大一点:银河系里有超过2000亿颗恒星,每一颗都像太阳一样,可能有自己的行星系统。假设每颗恒星平均带8颗行星,那整个银河系里就有超过一万六千亿颗行星。
哪怕宜居行星出现的概率只有千万分之一,也意味着银河系里至少存在两万颗像地球这样的"候补生命摇篮"。所以问题从来不是"地球是不是唯一",而是"地球上那一系列小概率事件,到底是怎么一步步串起来的"。
回到地球本身。科学家现在比较主流的一种猜想是,第一批生命的诞生地,不是阳光下的池塘,而是深海底部的热液喷口。
那里高温、高压、化学物质浓密,是天然的化学反应场。分子在这种环境里被反复搅动、碰撞、组合,慢慢形成了越来越复杂的结构。
有一部分分子最终学会了自我复制,学会了从环境中吸收有用的东西、把没用的排回去。这就是最原始的新陈代谢——能量来自水中的热量,副产品被随手扔掉。
日子久了,热液喷口附近开始拥挤。抢不到好位置的细胞被挤到外围,而离喷口越远,能量来源就越少。剩下的选择其实只有两个:要么吞掉别人,要么和别人合作。
这两种策略今天在自然界里都还看得见。合作的例子最典型的就是蜜蜂——它从花里吸蜜,也顺手替植物传粉,双方各取所需。
在细胞层面,同样的故事在30多亿年前也上演过一次。要理解这件事,得先认识四个词:原核生物、真核生物、细菌、古菌。
细菌和古菌是两种独立起源的生命形式,但它们都来自那锅最原始的"生命汤",彼此之间有大约三分之一的相似性。古菌和细菌离得越近,古菌能占到的便宜就越多。
某一刻,一个细菌离得太近,直接钻进了一个古菌的身体里。
古菌容忍了这次"入侵",因为它没受到伤害。
这次不打不相识的合并,诞生的那个细胞,被认为是所有多细胞生物的共同祖先。今天地球上一切复杂的生命——植物、动物,包括正在读这段字的你——全都源自这个由细菌和古菌合体而成的单细胞。
这套听起来像科幻小说的推论,是怎么被证实的?功劳要记在1960年代的美国生物学家琳·马古利斯头上。
她研究细胞内部的线粒体——那个专门负责代谢、给细胞供能的小小结构。她注意到一个奇怪的现象:细胞本身有一套DNA,可线粒体居然也有自己独立的一套DNA。
这就不对劲了,如果线粒体是细胞天然的一部分,为什么要单独带着一份"身份证"?答案是:它原本就不是这个细胞的。
今天已经有非常确凿的证据表明,当年古菌和细菌合并的时候,那个被吞进去的细菌演变成了线粒体,而古菌变成了细胞的其余部分。这也解释了为什么线粒体只在真核生物身上出现,原核生物身上没有——因为原核生物就是那次合并前的老样子。
线粒体这一步为什么关键?因为所有真核生物都需要大量能量才能维持复杂结构,而这种额外的能量恰恰是线粒体提供的。
一个普通的真核细胞,能支撑起比细菌基因组大20万倍的基因组,也能调用20万倍的能量。是这股富余的能量,让细胞可以变大、变复杂、可以分工、可以组成多细胞的组织,最终一路演化出叶子、鳃、翅膀、眼睛和大脑。
没有那次古菌和细菌的"合体",就没有后来的一切。
LUCA究竟是怎么活起来的?非生命怎么就成了生命?到今天,人类也还没有一个百分之百的答案。
但把已知的线索拼起来看,会发现这不是某一个神奇瞬间的产物,而是一场跨越20亿年的接力赛:合适的距离、合适的大气、合适的水、合适的化学反应场、合适的能量来源、合适的偶然合并——每一步都不算奇迹,可它们凑到一起,就凑出了一个奇迹。
有时候会有一种恍惚的感觉:我们所有人,其实都是由星尘构成的。构成我们身体的每一种元素——碳、氢、氧、氮、铁——都可以在遥远的太空里找到,它们诞生于某颗早已死去的恒星内部。
那颗恒星爆炸后,把材料撒进太阳星云,一部分落到了这颗蓝色的行星上,绕了几十亿年的圈,最后组装成了正在思考"我是怎么来的"这个问题的你。到底有没有一位"上帝"在暗中设计这一切?
科学没法给出宗教式的答复。但科学能做的,是把那些看起来像"设计"的巧合,一层一层拆开,露出背后漫长而笨拙的过程。
地球的四种巧合——恰好的距离、恰好的大气、恰好的液态水、恰好的那次细胞合并——也许不是谁在暗中安排,而是宇宙里两万颗候补摇篮当中,恰好被点亮的那一颗。真正让人震撼的不是"被设计",而是在没有设计的情况下,居然真的走到了这一步。
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