行星之聲：生命的起源

本文僅供自娛自樂，有多處不規範引用，不要在意這些細節。

第一部分摘要：米勒實驗原始湯第一類深海熱泉口（黑煙囪）

(一) 生命科學的皇冠——我們究竟在追尋什麼？

史鐵生說：「人是被拋到這個世界上來的。」或許如此吧。僅透過人的認知、實踐和視野看，世界毫無目的，我們似乎天然地被框定在各種規律的桎梏中。然而，既生而為人，便有意識，意識催生自我，自我又拷問意識，追尋人在宇宙中的位置，而這追尋的終極、構成一切位置的第一推動和根本原因的，便是起源問題。換作最經典的提問，即是「我們究竟從哪裡來？」

起源問題，貫穿了整個的人類文明史，所有文化活動，無論是神話、宗教還是哲學、科學，都不得不把起源問題作為自己的終極內核。起源可以解析為三個核心的節點：宇宙起源（包括物質起源）、生命起源和人類起源（這裡尤指智能和意識起源，因為靈長目狹鼻猴次目人猿超科人科人屬Homo Sapiens種在分類階元上並沒有什麼特別之處）。宇宙起源超然而磅礴，人類起源神秘而幽深，但囿於人的認知手段，二者似乎阻滯于思辨的瓶頸。生命起源介於二者之間，似乎沒有那麼令人驚奇，但這確是生命起源最激動人心的地方——生命起源可以完完全全地接受科學的介入（*注1）。

生命是時空中異質、低熵、動態和非周期性的獨特構型（*注2）。這樣一句論斷放棄描述生命複雜的生理、行為和令人咋舌的多樣性，僅僅試圖提取生命最本質的「基底」，從而引領我們發現生命起源最核心的問題：化學、熱力學和生物學的問題，這也是後文需要細細敘說的內容。

需要注意的是，科學並不是歷史學或者偵探學，即使有一天我們可以從試管中搖出生命來，我們仍無法斷言這個過程是否真實發生過。30多億年足以湮滅我們所能想像的所有物質證據，也許在時光機被證明可能之前，我們將永遠無法探知和還原地球歷史上對所有生命意義非凡的一天究竟發生了什麼。但不必沮喪，科學追求的不是特例，而是宇宙中亘古不變的規律，也許真的存在一條用數學寫成的「生命定律」，而宇宙所有的生命都將在這條定律的執掌下從混沌中脫穎而出——這才是追尋生命起源在科學中的終極目的。

但生命起源到這就結束了嗎？這就是我們的終極追求嗎？顯然不是。生命起源，遠不止是科學的問題（*注3）。在科學的視野里，我們可以領略生命運行的規律，但這運行對人對、宇宙的意義在何處？這終極追尋之問，只得交由各位讀者了。

注1：這並不是指宇宙起源和人類起源不適合科學的介入，我們無法否認大爆炸學說和認知科學做出的偉大貢獻，但奇點之前的「無」和人類的「自由意志」都是科學無法觸及、哲學只得懸設、一般歸於宗教信仰的對象。從這一點來看，宇宙起源和人類起源都不算完完全全地被科學解釋。

注2：生命是為構型意在指出生命具有自我更新和自我複製的特點，因而生命的特殊性不在物質的特殊性，而在物質集成方式的特殊性。

注3：單從歷史來看，生命科學就遠不及生命起源來得古老久遠。回溯（現代）生命科學的歷史，大概只能到公元前四世紀的亞里士多德。亞里士多德是生物學系統化的第一人，對動植物進行了解剖和生活史觀察，並完成了對五百多種動植物經驗分類。而「上帝創世」（猶太傳說、聖經舊約）、「女媧造人」（中國古代傳說）和「原始丘」（古埃及神話）等關於生命創生的傳說卻幾乎可以追溯到人類文明的發端。

(二) 構件起源——生命分子的自然合成

任何關於生命起源的敘述都不得不從生命的化學起源說起，也就不得不提及大名鼎鼎的米勒-尤里實驗（Miller-Urey experiment）。其實這是很自然的，在發現生命起源的細節之前，一般人第一時間想到的也一定是生命基本的組成元件，具體而言，就是生命體的構件分子——氨基酸、糖類、脂質等等。且不說米勒的觀點命運如何，單憑他創造性的實驗工作，米勒就足以名垂青史，他對有機分子自然合成的研究也可以視為現代生命起源研究的發端。

(Fig1.Stanley Miller)

雖然實驗定名為Miller-Urey實驗，但其實主要工作就是Miller做的，原因其實也很簡單，尤里其時已經是蜚聲學界的諾貝爾化學獎得主了，怎麼可能和一個當時還是普通博士研究生的Miller一起搞這個莫名其妙的裝置呢。事實上，米勒一年都不一定能得到幾次導師的親自指導。因為缺少指導，米勒便轉到另一位研究行星物理學的教授手下去了。在那裡，他獲得了一個重要事實：遠離太陽、歷史上可能變化較小的巨行星（如木星和土星等），它們的大氣都是沒有遊離氧（O2）的還原性大氣，其主要成分是氫（H2）、氦（He）、甲烷（CH4）和氨（NH3）。既然太陽系的行星們都是一團星雲生出來的，那早期地球的大氣環境想必也是這般的還原性大氣，而這種還原性的氣氛，會不會成為生命構件分子合成的原料呢？

米勒一拍大腿（我猜的），動手設計起來他的實驗，裝置就長下面這樣：

(Fig2.米勒實驗的示意圖和原始裝置)

米勒在一個大燒瓶中裝了水和氨氣（後來的改進實驗換為氮氣，因為氨氣易分解且極易溶於水，不可能在地球長期高濃度存在）、甲烷、氫氣等混合氣體，向這團混合氣體通入電火花來模擬閃電，然後等待。分別在幾天、幾周、幾個月後，他從中取了樣進行分析，來判斷他到底煮了些什麼出來。而他的發現超越了他自己最狂野的想像。

他所創造的是一鍋原始湯，一堆近乎神秘的有機分子混合物（約20種有機物），其中有幾種氨基酸，而且不是稀奇古怪的氨基酸，恰恰屬於我們生命體使用的20種氨基酸——在DNA尚未出名的上世紀五十年代，這種蛋白質的組成部件無疑是最具象徵意義的生命分子。後續的進一步改進實驗（1973年）中，添加了原始地球可能發生的光解（那時沒有臭氧層，紫外線極強）和熱解（地球早期頻繁的地質活動）過程的模擬，燒瓶中甚至產生出生物使用的20種氨基酸中的17種 。

生命分子的起源竟然如此簡單，米勒的發現似乎抓住了生命起源的某處要害。正當所有人都為之振奮時，峰迴路轉——對遠古岩石的分析發現，地球從未被甲烷、氨氣和氫氣覆滿，至少在小行星大轟炸（*注3）後就沒有過。更加符合現實的原始大氣層模擬則令人失望：那是一堆二氧化碳和氮氣，混有痕量的甲烷（來自轟擊化學和火山運動），通電後幾乎無法檢測到任何有機物。米勒發現的聲望頓時急轉直下。這種經歷，大概和大廈快要封頂的時候，測量人員突然跑過來告訴你大廈的地基挖錯了差不多吧。

還好，柳暗花明緊接其後，原始湯又被救了回來：在對小行星和彗星的研究當中，人們出乎意料地發現大量有機分子，在取樣檢測後，發現其中的氨基酸序列竟然和米勒燒瓶中的十分相似——看來生命結構在宇宙中的確有什麼不同尋常之處，以至於生命分子也成為某種備受青睞的集合，在迥異的合成環境中（米勒燒瓶中的通電環境、太空中高強度輻射環境）合成的有機分子，恰恰就是那幾種生命分子。宇宙起源說應勢崛起，小行星大轟炸也不再是滅世般的毀滅力量，反而成為行星的生命之光，不僅為地球輸送了所有的水，還送來了有機分子之源。儘管大部分有機分子都會在撞擊的一瞬間「灰飛煙滅」，但計算機模擬顯示，總會有些漏網之魚，日積月累之下，原始湯仍然可以建立。

米勒的貢獻可謂是里程碑式的，他向我們演示了，有機分子甚至是更特殊的生命分子，都可以通過簡單的無機原料經過簡單的步驟合成。無生命的物質可以一個跳躍變成「幾乎是生命」的物質。生命起源的構件起源可以被很好的解釋。

但是，對原始湯的過分看重其實是有害的，由此派生來的原始湯理論（*注5）和海相起源說也在很長的時間裡限制了人們的想像力，這正是下一小節要提到的。

注4：小行星大轟炸發生在太陽系誕生後的五至六億年間，土星和木星的軌道發生了微妙的變化，產生的特殊引力模式也改變了海王星的天王星的軌道，在此期間，古太陽系中部區域的微行星群則受到這些大型氣態行星引力的相互作用，有些軌道變成橢圓或者更扁平的橢圓，甚至被彈出太陽系。進入高橢圓軌道的外圍天體組成聚集成現在太陽系邊疆的奧爾特雲，而靠近內側一些的微小行星群則向太陽系內側軌道移動，對木星以內的行星發動了「密集轟炸」。月球正是在這一過程中從地球炸離。可以想像，這種程度的轟炸下，早期地球的大氣早就被全盤剝離了。

注5：原始湯理論不是指前面提到的「無機生有機」的反應原理，而是一種生命起源理論，猜想早期地球海洋煮滿了和米勒燒瓶里差不多的原始湯，在內容上和海相起源說視為相等也並無大礙（實際上是稍大的集合）。

(三) 熱力學起源——低熵體的推動力

單有構件分子還不夠，物質結構要發展成為生命，撇去一切細節，它首先得是個能滿足一定功能需求的多分子體系，這樣才有接下去的可能。既然米勒實驗證明了原始湯的可能，那很自然的，人們就會猜想到早期地球的海洋很可能會逐漸熬成一大鍋濃稠的湯，海相起源說也因此應運而生並大行其道，解釋從有機小分子到生命大分子的神奇跳躍。

在海相起源說（或者說原始湯理論）的猜想里，在海洋濃稠的原始湯中，各種大分子（蛋白質、DNA、RNA）由小分子通過化學鍵像串珠一樣串起來而生成（可以實驗模擬，比如奧巴林的團聚體和福克斯的微球體）。

這鍋湯完美地滿足了分子生物學家們的期望。從分子生物學和遺傳學的角度透視，很容易把生命的起源看作複製的起源。有了複製才會伴生變異，自然選擇才可能發揮作用，生命的演化才能進行。此時的原始湯大鍋里，DNA、RNA具有穩定性、自我複製性，蛋白質具有無限的生物化學多變性，很自然地引進了複製的素材。一旦大分子素材出現，接下來便是進化論的天下了。大分子們不斷生成、互相競爭、變異、淘汰、組合，最後形成鬼斧神工的分子機器，主動攝取能量，實現自我保存、自我複製、自我擴散，在自然選擇的威力下遺傳和進化——這已然滿足對生命最苛刻的定義。

可以這麼總結：原始湯就是游滿字母的字母表海洋，只等著自然選擇把它們撈起來，變成卓越章句。（*注6）

可以，這個假說很強勢，還有現代生命科學的台柱——分子生物學——為其張本，可謂權傾朝野、一手遮天，在很長一段時間內佔據了各種學院教育中的正統地位（即便現在很多中學也可能會這麼講）——可惜了，大自然更強勢，或者說科學的質疑和批判精神比任何科學內容都強勢。

首先跳出來質疑的是統計學家們，最著名的論斷來自大名鼎鼎的弗雷德·霍伊爾（Fred Hoyle，天文學家和數學家）：「生命起源於地球的概率就像大風吹過機械垃圾場組裝出一架波音747的概率。」隨後，連DNA的發現者之一克里克（Francis

Crick）都為其助陣。他們說，生命起源於別的地方，「感染」了我們的星球，要麼純屬偶然，要麼被某些神一般的地外智慧操縱著——理論支持也很簡單：地球上沒有足夠的時間，不足以演化出這般複雜的生命。

他們的觀點太過激進，以至於大部分科學家都不得不退避三舍，這近乎斷言現在的科學不足以解決這個問題。倒是各路神學家（我覺得還有科幻作家#（滑稽））把這個觀點撿起來，包裝一下，成為自然目的論、智慧設計論（簡單來說就是上帝的存在）最好的武器，旋即向進化論發起猛烈的炮轟。

還好這時又有一位大牛站出來，聲名顯赫的Christian

de Duve（諾貝爾化學獎得主）發表了科學之內的、更加激動人心的論證：化學的決定性意味著生命一定會快速湧現。生命起源當然是個化學問題，而化學反應的事實告訴我們：反應要麼較快的發生，要麼永遠不發生。如果一個反應需要花上一千年，那從概率上來說它的反應物早就彌散消失了或者直接就分解了，除非有源源不斷的補充。照他的邏輯，生命在1萬年內起源比在100億年內誕生的可能性要大得多。

不過，這樣一來，原始湯理論就站不住腳了。因為倘若一大鍋原始湯孤零零地熬在那裡，不加以任何特別干預的話，它在熱力學上就是「死」的。舉最極端的例子來說，拿一大罐消毒的牛肉湯密封起來擱上幾百萬年，難道就會有生命從其中誕生出來嗎？的確，地球曾經的原始湯不是單純的擱著，自然界還會有閃電，有光照——然而我們要了解一個事實：對於強熱、電場、輻射等一切粗暴輸入的能量形式，它們擅長的是撕裂化學鍵，而不擅長促成新化學鍵的形成。換言之，推動分解反應它們是行家裡手，推動合成反應完全就是蹩腳工匠。熬出一鍋原始湯的確超出了化學家們的想像，但從原始湯中再熬出一鍋生命出來，已經不是人們想像力不行的問題了，這幾乎是在正面懟熱力學規律（*注7，建議先拉下去看一下，不然後文可能會有理解障礙）——這也難怪Fred Hoyle激進地發表那樣的宣言。從原始湯中直接熬出生命，即使不是完全不可能，那也得從宇宙的開端熬到現在才有這麼一點可能，與Christian de Duve的描述背道而馳。

然而，生命就在那兒，它確實是演化出來了，容不得一點質疑。但是Fred Hoyle 和Christian de Duve又都站得住腳，這個時候，唯一的可能性就是，原始湯理論一定存在某些問題，即使不是全盤皆錯，也至少忽略了什麼至關重要的細節。

科學研究的歷史總是有著種種巧合（比如牛頓在伽利略逝世的同一年降生），生命起源研究也不例外。1977年，加拉帕戈斯群島，在達爾文乘貝格爾號經過此地的近150年後，美國海軍深潛器執行了一場裂谷深潛行動。這次行動的目的是查明加拉帕戈斯群島奇特的水文現象——暖水柱——的形成原因。想來下面可能存在一個深海熱泉口，這也沒什麼稀奇的，比起驚天動地的造山運動和火山活動，這簡直就像小孩子過家家。然而，事實總是會出乎人們的意料，而這次出乎人們意料的是生命，令人難以置信的生命多樣性。有圖為證，第二張圖是蛟龍號在西南印度海3000米以下拍攝的深海熱泉口。

（Fig3.熱泉蝦）

（fig4.蛟龍號深潛）

漆黑一片的深海熱泉口生活著各種各樣彷彿只在瘋狂的夢境中才能出現的生命：沒有口也沒有肛門的龐貝蠕蟲、不計其數的沒有眼睛的盲蝦（上圖1）、在120攝氏度水溫下自由活動的蟹類（完了，水煮煮不熟，估計只能油炸了）和餐盤大小的蛤與貽貝

（口-口上圖2）。

熱泉口本身也極富特色，以至於人們第一眼看到它，便起了個惟妙惟肖的綽號：「黑煙囪」。黑煙囪噴的當然不是煤煙，而是灼熱的（溫度可達400攝氏度）強酸性（大概等於醋酸，但對生命無疑已經十分酸了）的液態金屬硫化物通過地質活動從地殼深處的岩漿熔爐中噴湧出來，遇到接近0攝氏度的海水冷凝生成的沉澱。煙囪本身就是之前沉澱的含硫化合物組成的，典型的如黃鐵礦（俗稱愚人金）。煙囪是在不斷生長的，有些煙囪一天就可生長30厘米，在最終垮塌（一般是由於熱液枯竭後，煙囪經不住海水衝擊導致的）之前甚至可以長到100米。

為了與後文出現的另一種形成機理完全不同的熱液泉口區分開，又因為黑煙囪是最早發現的熱液泉口，我們可以將黑煙囪稱為「第一類熱液泉口」，不過因為黑煙囪的知名度，以下還是以黑煙囪代稱。

（fig5.黑煙囪）

對於黑煙囪如此龐大的生態系統，它最初的能量輸入究竟是什麼？肯定不是太陽（*注9），數千米的水層可以吸收掉太陽幾乎所有的光輻射；也肯定不是熱泉的熱量，如前所述，高熱破壞那是行家裡手，要小心翼翼地合成攜帶生物可用的化學能的化合物，那就是張飛穿針了。真正的奧秘，便在高溫下與含硫礦物一起衝出地殼的硫化氫（H2S）上。

H2S是一種非常強的還原劑，強到足以在我國高中無機化學的還原劑中獨孤求敗（令狐沖是H2）。強還原性意味著高反應活性，生物代謝的各種底物在自然環境下都是「冷淡」（反應自由能增加）的，至少是「羞澀」（活化能較高*注8）的，但它們一碰到H2S就搖身一變化為熱情似火的應召女郎。雖然不知道具體路徑，但這至少賦予了生物代謝合成理論上的熱力學動力，而經驗告訴我們，生命就是如此強勢，只要存在理論上的可能又恰好生物需要，生物總會進化出讓所有人類合成化學家自慚形穢的反應方案，達成自己的目的。事實也確實如此，熱泉口的硫細菌發明了下面這個東西。

各位不必看懂上面這幅圖，只需要知道，H2S在黑煙囪創造了深度的化學不平衡，而這種不平衡正是黑煙囪生態系統的根本動力。之前將碰到H2S的底物比作應召女郎並不是我趣味低俗，而是確有用意。各個底物分子與H2S接觸，收了嫖資（其實就是氫和電子）後立即就失去了興趣，一腳踹開原主（此時已經氧化成硫單質）轉手便把資金上繳給它的上級，層層傳遞後到了老鴇——O2——手中，最後生成水。H2S本身並沒有什麼意義，但O2的存在讓一切變得不一樣。在老鴇O2的指導下，生命體系不斷地壓榨H2S。可以說，生物分子以H2S和O2的體系的熱力學不平衡（就像氧氣想拿H2S的氫和電子作嫖資一樣）作為熱力學動力，撐起了整個深海熱泉系統的能量供應和物質合成。

沒過多久，生命起源學界便注意到了（第一類）深海熱泉口世界，在這裡，原始湯的很多問題迎刃而解，最明顯的就是熱力學問題，在泉口和海洋交界的重重黑煙中，沒有什麼可以和平衡二字扯上關係。不過硫細菌的代謝模式還不足以作為起源的參考，因為它的反應是需要氧氣的（*注10），而藍藻出現以前的古地球顯然是沒有氧氣的。但既然有H2S在，留得青山在，不怕沒柴燒，只要再找個老鴇就好了。德國化學家和專利律師甘特（Gunter Wachtershauser）也是這麼想的（除了老鴇以外），在他看來，早期地球的老鴇是鐵。眾所周知，三價鐵也是無機化學重要的氧化劑。生命最早的引擎就是鐵和硫的反應，反應可以自發進行，產物是硫化亞鐵，也就是黃鐵礦——這在黑煙囪也不是什麼稀罕物什。

根據化學原理，甘特這樣設計他生命起源理論的細節。由於鐵和硫的反應放能（準確的說是氧化還原電位的電勢差不夠大）不足以推動CO2生成有機物，因此甘特選擇了黑煙囪另一種常見的碳氧化物CO作為有機分子合成的底物。更激動人心的是，過渡金屬元素化合物往往能夠成為優良的無機催化劑，硫化亞鐵也不例外。在硫化亞鐵的推動下，遲緩的有機反應得以大大加速，生物大分子的合成就不用再經歷宇宙尺度的時間等待。甘特不僅說說而已，他和他的團隊在實驗室實現了他從理論上預言的很多反應。他大大推進了米勒實驗的廣度和深度。生命起源也許的確存在過一鍋原始湯，但這鍋湯的原料不來自於太空，這口鍋也不在海洋上層，而在海洋的底部——並且這口鍋、這鍋湯都是活的，是很有可能合成出有意義的生物大分子的。

甘特的想法的確驚世駭俗，生命的起源竟然發生在地獄一般的環境，而且原料竟然是兩種有毒氣體和一種人類不屑於開採的廢礦石。難怪有位科學家在首次閱讀甘特的論文時感慨：這怕是二十一世紀末期的論文穿越時空隧道不小心掉在了我的桌子上吧。

不出意外的，甘特的理論收到了猛烈的批評。剛開始可能由於不滿，甘特是個革命家（而且他為人傲慢），一把推翻了前代科學家奉為教條的原始湯理論，使得許多人的研究變得只具有觀賞價值。不過，徹底揚棄原始湯理論後，批評逐漸切中要害。甘特的生命起源理論和原始湯理論一樣，存在致命的漏洞——濃度問題。

在開放系統中，任何聚集的化學物質濃度都趨於擴散、淡化，這是簡單物理原則決定的，而無論是原始湯還是深海熱泉口都是這樣的開放系統。但是我們知道，化學反應必須依賴一定的濃度，倘若反應物被無限制地稀釋，活化分子們（*同樣見注8）將很難發生有效碰撞，生成DNA，RNA和蛋白質這樣的多聚物。對此，甘特反駁道，聚合反應可以在硫化亞鐵表面進行。但反應分子如果可以很好地吸附在催化劑表面發生連續的聚合反應，那就意味著它很難被釋放出來，而催化劑表面的吸附面積終歸是有限的，這樣就陷入了兩難境地：反應物要麼堵在一起，要麼在稀釋作用下煙消雲散。

甘特的理論還存在很多問題，比如他理論中硫的分量太重了，這和現代生物化學的圖景格格不入。而且，黑煙囪太酸了，而他模擬的實驗都只能在鹼性的環境才能實現。

不過，給予甘特的理論沉重一擊的是另外一個理論。這個理論是二十世紀最偉大，同時也是最反直覺的生物學發現。它的發現近乎重構了生命科學的研究格局，當然也深刻地衝擊了生命起源領域。在它的指引下，人們把目光放在更遠的地方，驚訝地發現令人屏息的巧合和生命起源更優雅更接近完美的圖景。

注6.考慮到原始湯理論債多不愁，我們不妨再對它充滿豪情壯志的斷言踩上一腳。

1967年，「斯皮格曼的怪物」閃亮登場。斯皮格曼是美國伊利諾伊大學的分子生物學家，他設計了一個實驗，想用來確定自然選擇條件下最小的遺傳個體。他把一種非常簡單的病毒從寄生細胞里分離出來，放在充滿必要營養物（即各種有機小分子）和必要催化酶的溶液中自由生長。所謂病毒，就是蛋白質殼包裹的核酸序列，這很接近原始湯的主角——一堆短小甚至零碎的有機小分子。這種病毒只有4500個鹼基位元組長，可謂極其簡單。最初這些病毒正常複製，接著，有一些複製發生變異，丟失了基因。如果在寄生細胞中，病毒丟失基因意味著缺失某種功能，下場就是死亡。但在這個接近「原始湯」的充裕環境中，這反而成了優勢：更短的序列複製更快，搶佔資源更多，淘汰更長的對手。最終的結果是病毒逐漸退化成了只有220個位元組的破碎殘片，以瘋狂的速度複製，充滿整個培養液。這個實驗不但其他科學家重複結果相同，更有普遍意義的是換成其他更複雜的病毒，結果仍然類似。

這狠狠地打滅了原始湯理論的幻想（其實還有個副產品，表明病毒不太可能是早期生命形式）。自然界不一定會從字母表裡揀出一個章句，反而可能把一個章句打碎成一堆字母。這其實是老生常談，evolution並不是字面意義上的進化，而是中性的演化。對簡單生命而言，複雜化反而不利於它們適應，簡單化和退化才是大勢所趨。

注7.要理解這句話需要一定的高中化學知識：化學反應能否自發進行的判據。判據之一是焓判據，完成一個化學反應吸收的能量被稱為焓變，一般情況下，放能反應（焓變為負，可理解為負吸收）容易自發進行，吸能反應（焓變為正）很難自發進行。這是符合直覺的，能量高的物體有自發降低自身能量的趨勢，正如水往低處流（勢能降低）。判據之二是熵判據，這是基於熱力學第二定律的，完成一個反應體系的熵值也是變化的，一般而言，熵增的反應容易自發發生，熵減的反應很難自發進行。這也很符合直觀，一副牌越洗越亂（熵增，簡單理解就是更無序）顯然是容易的。將二者綜合一下，便發展出大名鼎鼎的吉布斯自由能判據，用於判定化學反應能否自發進行。自由能減少，反應可以自發進行；自由能增加，反應不能自發進行。

之所以說原始湯幾乎是死的，是因為有生物小分子合成生物大分子的聚合反應自由能大多在增加（不能自發進行），甚至是焓變為正熵減的反應，這就很尷尬了。唯一有點希望的就是還有外界能量的輸入（可能讓反應不自發地進行），然而閃電、輻射這種力量可以解開化學鍵形成活化分子，但在這之後更可能發生的過程是生物大分子分解，而不是有機小分子聚合。別說是自由能減少的反應了，就是自由能增加的剛剛的反應——H2和O2在點燃後的反應——給它電一下，發生的也會是剛生成的水分解了，而不是生成水的速度加快了。外來能量不過是在體系中打個轉而已，沒有什麼實際作用。

注8.化學反應的有效碰撞理論：化學反應不是由反應物分子直接進行的。反應物分子需要吸收一定的能量（被稱為活化能，數值上等於鍵能）轉化為活化分子，之後活化分子進行能量、取向適宜的有效碰撞，才能生成產物分子。

注9.之所以不直接寫光輻射，是因為黑煙囪噴出的熱液會輻射微弱的紅外線，雖然人肉眼感受不到，但足以使某些光合細菌啟動自己的光合反應。不過，這個能量過程不是黑煙囪生態系統能量來源的主角。

注10.其實這個結論可以更強一點，硫細菌對氧氣的利用還是基於氧化磷酸化的。氧化磷酸化是存在於所有有氧呼吸生物細胞內的代謝途徑，它的歷史肯定比硫細菌的歷史久遠，因此硫細菌的代謝模式肯定無法很有說服力地反映氧化磷酸化都還未進化出的早期生命的代謝圖景。

第二部分摘要：第二類深海熱泉口（蛇紋石化）土衛二

(四) 生命結構起源1——細胞和生物能量反應堆

(五) 生命結構起源2——底層核心生化反應追溯

(六) 土衛二——另一處行星之聲

(七) 物質、生命、意識——開拓的未來

推薦閱讀：