点亮
“星标”
防走失
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地球生命在地球形成约5亿年后就已出现，然而在这之后的20亿年内，生命一直停滞在简单的细菌水平。
在大约20亿~15亿年前，一种拥有精细内部结构和空前能量代谢水平的复杂细胞一跃而出。这份复杂性遗传给了大树和蜜蜂，也遗传给了人类中的你和我。我们与蘑菇有着天壤之别，但在显微镜下观察到的细胞又如此相似。从有性生殖到细胞衰老再到细胞凋亡，复杂生命共有的一套细胞特征在不同的物种间有着惊人的相似程度。
生命为什么是现在这个样子？在40亿年的漫长岁月中，从简单的细菌到令人敬畏的复杂生命，这样的演化飞跃事件为何只发生了一次？
不得不承认，在生物学的核心地带，横亘着一个巨大的认知黑洞。
生物化学家尼克·莱恩
（Nick Lane）
从生物能量角度，交给了我们一把有望解开生物起源之谜的钥匙。
怪异的生物能量生产机制从各方面限制了细胞，而一次罕见的一个细菌入住到一个古菌体内的内共生事件，打破了这些限制，使得复杂细胞的演化成为可能。
看似偶然发生的单次事件，却因为能量的约束而必经一种演化历程，许多最重要也最基础的生命特征，也由此可以通过基本的生物化学规律进行推断。
我们在演化过程中取舍权衡生殖力和年轻时的健康，换来衰老和罹患疾病的代价。
生命的起源、人类的健康乃至生死，都可以从能量角度重新发问。
什么是生命？
译者 | 严曦
42台巨大的射电天文望远镜耸立在加利福尼亚北部灌木丛生的山区，它们组成了松散的“艾伦”望远镜阵列：扫视天空，全神贯注，夜以继日。白色的碟状天线如同一张张没有表情的脸，全体凝视着天外遥不可及的某一点，就像一群渴望回家的外星入侵者在此集结。这幅奇异的景象似有深意。望远镜阵列属于“搜寻地外文明计划”（SETI）。半个世纪以来，该组织一直致力于扫描太空，寻找地外智慧生命的踪迹，至今仍一无所获。即使是SETI的支持者们，也不对它的成功抱太多希望。然而，热情并未因此消退。几年前拨款资金用尽时，他们直接求助于公众，很快“艾伦”望远镜阵列就恢复了运作。在我看来，
SETI的探索象征着人类为自己在宇宙中的处境无限困惑，也象征着科学本身的脆弱。这样通天彻地、近似科幻的技术，却被用来证明一个科学基础薄弱、近乎天真的梦想：我们在宇宙中并不孤独。
SETI的艾伦望远镜阵(ATA-42)
即使SETI的望远镜永远找不到地外生命，它的努力仍然很有价值。我们不能把射电望远镜倒过来使用，但可以把其中的科学思路倒过来，由此产生强大的冲击力。我们到底在寻找什么？宇宙中其他的智慧生命应该和我们一样使用电磁波吗？它们一定是碳基生命吗？它们是否依赖水和氧气？这些问题，其实不是在思考可能存在的外星生命，而是在思考地球上已知的生命：为什么地球上的生命会是这样？SETI的望远镜就像一面反射镜，把问题抛回给地球生物学家。
科学之精要，在于能够提供规律。
比如物理学中最迫切的问题在于，为什么物理定律是这样的？使用什么样的基本规律，才能推演出宇宙中已知的各种物理特性？生物学的规律性远弱于物理学。尽管生物学规律不需要像物理定律那样严密普适，演化生物学的预言能力还是弱得令人汗颜。关于演化的分子生物机制和地球的生命历史，我们已经积累了海量的知识，但对其中的规律性仍然知之甚少。在生命的历史中，哪些部分事出偶然？如果在另一颗行星上演化，生命可能会经历完全不同的轨迹。而哪些部分又由物理定律和约束条件决定？
电子显微镜
拍摄的火星陨石
ALH84001
，一些科学家认为照片中显示的可能是化石化的细菌形式的生命体。
并非科学家不够努力。一大批诺贝尔奖得主和生物学巨匠都活跃在这个领域，然而以他们的学识和智慧，甚至也远远不能达成共识。40年前分子生物学发端之时，法国生物学家雅克·莫诺（Jacques Monod）在他的名作《偶然性和必然性》中悲叹，生命在地球上的起源是一次异乎寻常的偶然事件，人类在空荡荡的宇宙中绝对孤立。莫诺书中的最后一段结合了科学与形而上学，充满诗意：
上古的神契不复存在；人类终于认识到，他在无知无觉的浩瀚宇宙中孤立无助，他的出现只是偶然的产物。何为他的天命，何为他的职责，更是无从索解。仰视天国的信念，还是沉入现实的混沌？他只能独自抉择。
也有人提出对立的观点：生命是宇宙化学的必然产物。在每颗条件适宜的行星上，生命都会迅速产生。那么，一旦行星上有了生命，接下去又会如何演化呢？科学家们再一次无法达成共识。生命可能受制于有限的系统工程方案，无论始于哪里，演化的路径最终都将汇聚到有限且相似的形式。因为有重力的限制，飞行动物的体重应该较轻，而且都会有类似翅膀的器官。生物应该都由类似细胞的部件组成，依靠这些微小的单元把自身内部环境与外部世界隔离。如果此类约束条件主导着生命的发展，那么，外星生命很可能十分类似于地球生命。另一方面，生命的演化也可能由偶发事件决定。生命是什么样子，可能纯属随机结果，由全球性灾难事件的偶然幸存者决定，比如地球生命史上导致恐龙灭绝的小行星撞击事件。
一颗几千米直径的
小行星
撞击地球的视觉模拟图。这样的撞击可以释放出相当于几百万枚核武器同时引爆的能量。
假设我们把时钟拨转到5亿多年前的寒武纪，也就是化石记录中的“生命大爆炸”刚刚发生之时，然后重新开始——那个平行世界会与我们的世界相似吗？也许是巨型章鱼满山乱爬呢。
生命的时间线
地球上的细菌曾有过一个机会，通过这次独一无二的机会，它们演化成了真核生物。
在化石记录和种系发生学数据中，没有任何证据表明复杂生命曾经多次演化出现，却只有现代真核生物种群生存下来。相反，真核生物的单源辐射演化，意味着它们独特的起源是由内在的物理限制决定的，与大氧化事件等环境剧变没有多少关系。任何恰当的理论，都必须解释为什么复杂生命的演化只发生了一次。我们的解释必须有足够的合理性令人信服，但也不能“太过合理”，因为这会令人疑惑：如此合理的事件为何没有多次发生？对单一事件的任何解释，多少都会显得有些巧合。我们怎样才能证明是否出于巧合？事件本身过于久远，直接证据早已湮没，可能难以发掘；但在事件的余波中，我们很可能会发现隐藏的线索，就像一把还在冒烟的枪能够证明扣动扳机之人先前的罪行。一旦摆脱了它们的细菌枷锁，真核生物的形态就变得非常复杂，极其多样。然而，它们复杂度的积累并未遵循常规的渐进演化：它们一出现就拥有一整套全新的特征，从有性生殖到衰老，其中没有哪种在细菌和古菌身上真正出现过。最早的真核生物，在一个绝世独立的共同祖先身上聚集了所有这些奇异的特征。在形态简单的细菌和非常复杂的真核生物共同祖先之间，没有已知的演化中间型来指明其演化过程。所有这些疑惑构成了一幅激动人心的前景：生物学中最大的问题仍然悬而未决！在所有这些特征中，是否存在某种模式，能够揭示它们的演化途径？我认为有。
△ 一群生活在蓝细菌体内的细菌。右边的细胞中，波纹状的内膜是类囊体
膜，是蓝细菌进行光合作用的场所。围绕着细胞的深黑色线是细胞壁，细胞壁外侧裹着一层半透明的凝胶外壳。内共生的细菌包在颜色较淡的区域内，这个结构可能被误认为吞噬泡
（phagocytic vacuole）
，但应该只是制备样本时人为造成的缩水现象，因为有细胞壁的细胞无法通过吞噬作用吞入其他细胞。这些细菌到底是如何进去的，至今仍是个谜。但毫无疑问，它们就是进去了。自由生存的细菌体内住着另外的细菌，即使极为罕见，但确实有活生生的实例。
DNA，迷人的生命代码脚本，仿佛向我们许诺了所有的答案，让我们忘记了薛定谔的另一基本信条：生命抵抗熵，抵抗世间万物固有的崩坏倾向。薛定谔在《生命是什么》的一条脚注中写道：如果我的目标读者是一群物理学家，那么我的论证就不会围绕熵进行，而是“自由能”。那本精炼而影响深远的著作，书名就标志了一个科学时代，但完全问错了问题。
加入对能量的思考，问题才变得切中要害：什么是活着？
不过，薛定谔问错问题情有可原，因为他当时不可能理解这一点。在他写那本书的年代，没有人对生物能量的流转有深入理解。现在，我们已经掌握了关于生物能量代谢的各种精深细节，直至原子水平。与基因编码一样，细胞采集能量的机制在所有生命中保有相同的形式，而这些机制严格地限制了细胞的基本结构。但是我们还不知道它们是如何演化而来的，也不理解生物能量如何约束了生命的发展历史。
从能量角度思考生命能让我们认识人类自身的生物学特性，特别是演化过程中深层次的取舍权衡：生殖力和年轻时的健康，代价是衰老和疾病。我认为，这些见解能够帮助人类增进健康，至少能加深对健康的理解。
本文节选自《复杂生命的起源》，后浪，2020年10月版。
——一本特刊
[法]米里埃尔·加尔戈、埃尔韦·马丁 等 / 著
后浪
本书改编自特刊书《从太阳系到生命：地球生命起源的编年史》，由二十多位国际专家合著，国内权威学者团队合译，是目前国内外天体生物学领域的经典之作。
作者以追溯地球生命的起源为主线，将各学科领域的最新研究成果整合在一起，从天体生物学视角重新审视了早期生命的起源这一古老的话题，按时间顺序讲述了使得地球孕育出生命的14个重大事件：太阳诞生、地球形成、晚期重轰击、最早生命形式的出现……阅读本书，读者将依次化身为天文学家、地质学家、化学家、生物化学家、生物学家，重构从45.7亿年前太阳系形成之初至5.4亿年前的寒武纪生命大爆发这段时期的地球起源和地球生命诞生的故事。
一幅对早期地球被熔岩海洋覆盖的印象画。
这本书不仅仅是科学事实的堆砌，它还带有哲学性的思考，探讨人类在宇宙中的位置以及地球生命的独特性。
