《宇宙生命起源》：从实验室到外太空的生命探索之旅

《纽约时报》畅销书作家 与 诺贝尔生理学或医学奖得主 联手

共同挑战生命起源的根本问题

地球生命是不是浩瀚宇宙中的唯一幸运儿？

基本信息

关键词： 物理，生物，生命，实验室，外太空，起源，太阳系，行星，化学，分子，探测器，天文台，金星，火星，木星

作者简介

马里奥·利维奥（Mario Livio），天体物理学家，畅销书作家，曾任职于空间望远镜科学研究所，美国科学促进会会员，皮亚诺奖和国际毕达哥拉斯数学畅销书奖得主。已出版作品包括《最后的数学问题》 《伽利略传》 《φ的故事：解读黄金比例》《好奇心的秘密》。

杰克·绍斯塔克（Jack Szostak），芝加哥大学化学系教授，2009年诺贝尔生理学或医学奖获得者。美国国家科学院院士，美国艺术与科学院院士，纽约科学院院士。

译者简介

王文浩，清华大学工程物理系高级工程师，专业方向聚变与等离子体物理，近年主要从事科普作品翻译，译有贝尔纳的《科学的社会功能》、维纳的 《控制论》 等。

编辑推荐

★ 诺贝尔生理学或医学奖得主与《纽约时报》畅销书作家与联手，共同挑战和解读“生命是什么”以及“我们在宇宙中是否唯一”这两个关于生命本源的根本问题，是人类目前关于这两个问题给出的最新解答，代表了目前该研究领域的最前沿风向标。

★ 仰望星空，我们会思索，在最黑暗的深处是否也有生命在流动；俯身低头，我们会问出，这片土地上的生命是从何而来。

★ 上海交通大学主动健康与战略发展研究院中国科学院吴家睿、国家天文台研究员苟利军、中山大学教授李淼、华中科技大学物理学院天文学系副教授邱涛涛、天文学博士高爽、诺贝尔奖得主托马斯·R.切赫、诺贝尔奖得主亚当·里斯、诺贝尔奖得主詹妮弗·杜德纳、诺贝尔奖得主文基·拉马克里希南、英国皇家天文学家马丁·里斯等多位国内外专家盛赞！

★ 《华尔街日报》《柯克斯书评》《大思想》《出版人周刊》《今日宇宙》《仰望夜空》等好评推荐！

目 录

第2章 生命的起源： RNA世界

第3章 生命的起源：从化学到生物学 （附录：化学结构和化学反应）

第4章 生命的起源：氨基酸和肽

第5章 生命的起源：通向原细胞之路

第6章 聚汇：从天体物理学和地质学到化学和生物学

第7章 太阳系的其他行星上有地外生命吗？

第8章 太阳系的卫星上有地外生命吗？

第9章 太阳系外的生命：天文探索

第10章 我们不知道的生命：自然的设计和非自然的生命形式

第11章 寻找智能：初步想法

第12章 寻找智能：搜索

书 摘

在日常生活中，我们已经习惯了这样一个事实，即心理学的“时间之箭”所指的方向使我们能够审视、研究、反思和记忆过去的事件。但我们同样意识到，我们不可能回忆未来。我们最多只能尝试做出预言、推测，或者想象未来。正如诗人卡里·纪伯伦所写的那样：“因为生活不会倒退，也不会停留在昨天。”

矛盾的是，当谈到地球上生物的生命现象时，我们非常确定大自然将如何在遥远的未来终结它，但我们并不知道它到底是如何开始的。我们所知道的生命的自然终止（不是由占主导地位的物种的自我毁灭行为引起的消亡），将由我们比较了解和可预测的天体物理过程和大气过程决定（除非发生不可预见的宇宙事件，如小行星撞击或附近的γ射线暴，导致生命现象提前结束）。

例如，我们知道，在大约 50 亿年后，我们的太阳将急剧膨胀成为一颗红巨星，地球也将被烧焦，甚至可能被太阳膨胀的外壳所吞噬。复杂的多细胞生命将在更早的时候灭绝，大约 10 亿年后，太阳演化后期的温度上升将导致地球生物圈发生危险的衰退。

但与此同时，有关生命起源的问题则仍然是一个谜。尽管我们在理解生物学的组成方面取得了巨大进展，但我们仍然不知道究竟是什么导致了生命的自发出现，也不知道第一批细胞是如何突然出现的。正如英国化学家约翰·萨瑟兰所说，关于从化学中衍生出生物学的那个重要时刻，我们只能说生命是“突然”出现的。萨瑟兰还诙谐地提到了氰化物的突然发现，正如我们将看到的，氰化物在生命起源中发挥了至关重要的作用。

与生命起源密切相关的另一个问题是：我们在宇宙中是孤独的吗？至少从古希腊毕达哥拉斯时代起，这个问题就引起了人类的兴趣。或者我们也可以换一种更现代、更实际的说法：银河系是否像许多科幻作品描绘的那样还有其他生命存在？换言之，我们想知道人类是否终于结束了在银河系的孤独现状。

虽然本书的两位作者中一位是天体物理学家，另一位是化学生物学家，但在我们的整个科学生涯中，我们都为这些宇宙之谜着迷。我们确实一直对这些问题很感兴趣，但在很长一段时间里，我们除了好奇之外无能为力，因为直到最近，这些问题仍被认为是棘手的，我们可能毕生都无法解决，甚至只能在科学的边缘徘徊。它们往往被归入“太难”的类别。

但这种情况在过去 30 年中发生了巨变。地球上的生命是如何开始的？我们在银河系里是孤独的吗？试图准确回答这两个问题的科学研究已经成为最具活力的两个前沿领域。

值得注意的是，这两个问题的答案取决于第三个问题。这个问题相对简单，定义明确，而且更容易回答（至少原则上如此）：在一颗潜在宜居的行星表面出现生命的可能性有多大？这个问题涉及两个完全不同且基本独立的研究领域。第一，目前的实验室研究旨在确定生物学是否真的可以从纯化学中产生；第二，天文学的很大一部分内容就是致力于寻找其他行星或卫星（无论是太阳系的还是其他恒星周围的）上明确的生命迹象。这两种方法目前都引起了人们的浓厚兴趣，也是科学家群体积极探索的主题。事实上，正如美国国家科学院、美国国家工程院和美国国家医学院 2021年 11 月发布的一份报告所概述的那样，在太阳以外的恒星周围的行星—系外行星—上寻找生命，现在已成为美国天文学界的一致目标。本书的两位作者均（在自己的学科领域中）当仁不让地参与了这些探索。

我们想在本书中强调的一个要点是，追寻地球上生命的起源和寻找地外生命是两个具有强大共生关系的科学课题。其中一个方面的成功将为另一个方面提供极其鼓舞人心的线索和强大的动力。原因很简单。如果我们能在实验室中找到一条从化学通往生命的途径，那么这将意味着大自然也有可能做到这一点，因为它拥有更复杂多样的环境和亿万年的时间，甚至可能在宇宙中的许多地方，包括我们的银河系家园，做到这一点。此外，如果我们能全面了解地球上生命起源可能涉及的一系列令人信服的事件、过程和环境条件，我们就可以更好地预测生命在其他行星或卫星上自发出现的可能性或不可能性。这些见解都有助于我们去寻找地外生命。

从另一个角度思考，如果我们通过天文观测发现地外生命是相对普遍的，那么我们将更加相信生命存在一条不可避免的地球化学演化路径。反过来，这种信念将激励人们去发现正确的初始条件、种子材料、必要的能源和化学反应网络，而这些都是生命出现的先决条件。更进一步来讲，探寻生命起源问题和寻找地外生命这两方面的研究，将为天文学、地质学、化学和生物学等领域和学科的探索提供独特的机会。

这里还有一个重要的问题需要考虑。我们知道，在许多领域中和许多情形下，零一无穷（ZOI）规则都适用。也就是说，一个实体或者被完全禁止（0 态），或者哪怕它再罕见也会有一个样本存在（1 态），或者只要有一个样本，我们就能期望有大量的样本存在（无穷态）。因此，如果存在某种完全独立于地球上生命的地外生命（生命的第二起源），那么（应用ZOI规则）我们可以合理地假设宇宙中可能有无限多的生命存在。