虽然达尔文提出了生物从简单到复杂的生物演变，但关于生命最初是如何开始的，他却没有给出答案，他说“人类可能也需要思考一下物质的起源”。 追踪一下，人体内的每一个原子都至少有几十亿岁历史，氢诞生于137亿年前的宇宙大爆炸，碳和氧等更重的原子是从70亿到120亿年前在恒星体内产生的。 成年人的细胞大约有50万亿个，寄生的微生物大约有500万亿个，大于人体细胞10倍。每个细胞内大约含有300到400个线粒子，而线粒子体的前身是细菌，在漫长的生物演化过程中，线粒子体前身细菌逐渐与细胞融合，各自分工，成为动物及人体的能量工厂。你不是你，你的意识更像是一个微生物集团的代言。 生物体内，一般来说，有机分子大约含有6千到6百万原子。人体细胞核内有23对染色体，人体内的染色体1含有大约100亿个原子，是自然界中最大的有机分子。一个成年人大约有7×1027个原子组成。生物体及细胞象一台量子计算机，每时每刻都在做着大量精确而复杂的计算。从量子角度，人体更是一个量子集合，人的意识本质就是量子集合的智慧代表。而本书正是试图从量子的角度，探索生命起源的物质基础及生命本质。 本质来讲，组成人体的有机分子都是由原子组合，所有的物质与生命都是由量子组合。原子指化学反应的基本微粒，原子在化学反应中不可分割。原子直径的数量级大约是10-10m，原子质量极小，且99.9%集中在原子核。原子核外分布着电子，电子决定了一个元素的化学性质，并且对原子的磁性有着很大的影响。 原子是个空心球体，原子中大部分的质量都集中在原子核上，电子几乎不占质量，通常忽略不计。如果把原子核放大到葡萄（20mm）大小，那么原子直径就有200米左右，而大部分空间充斥着运动的电磁场。 在这样的空间中，电子大小好比这个运动场中一粒沙子，质子好比一个米粒。生命体就是由这样的量子及其电磁场组成的。 根据最新数据表明，宇宙里的恒星总数量约为3 × 1 0 2 4个。而平均恒星每个质量约为1030千克，每千克约包括1027个质子，因此我们的宇宙中大约包含3×1080个质子。而电子数大约与质子数相同，光子数量大约为1089数量级别，中微子与光子数量相当，一个鸡蛋大小的地方， 大约含有100以上个中微子。当然我们物质在总体宇宙中占据不到4%，剩余的为暗物质与暗能量。 而根据现代物理学的观点，除了我们宇宙之外，还有无数的平行宇宙，霍金在《大设计》里说根基弦理论计算有10500个数量级别的物理规律可能，这意味着10500个可能的不同宇宙，各有自己的定律。 从量子角度来看，生物中的动植物与物质似乎没有差别，因为都是量子的产物，但是生命，又体现了其独特性。宇宙创造了生命，生命高级进化的人类也开始了窥视宇宙本身。 人类的终极探索，无非是弄清楚三个问题：一个是宇宙如何起源的，一个是生命如何诞生的，一个是生命与宇宙的关系。这是作者在另一本物理书《宇宙的第三种猜想》中的话，作者认为物理书基本解决了万物如何诞生的问题，而这本书要探索的便是生命如何诞生的问题。 第一节 生命是偶然还是必然？ 本来生物学家似乎对生命起源问题应该有更多的兴趣，但是很多物理学家也投入其中，如果他们试图弄明白宇宙的奥秘，那么就需要回答关于生命哲学与试验上的意义问题。 爱因斯坦几十年前在《宗教与科学》一文里试图揭示物理世界与生命及信仰之间的未来理想关系。爱因斯坦把宗教分为三个阶段：恐惧宗教、道德宗教和宇宙宗教。爱因斯坦认为，所有人在经历宗教的第三个阶段就是宇宙宗教感情，人们要求把宇宙作为单一有意义的整体来体现。宇宙宗教感情的开端早已出现在早期的历史发展阶段中，比如在大卫的许多《诗篇》中，以及在某些犹太教的先知那里。佛教所包含的这种成分还要强烈得多。爱因斯坦的宇宙学宗教试图超越人格化之上帝，把精神世界与物质世界用现代科学结合起来。 霍金在他的新书《大设计》里说“宇宙创造过程中，上帝没有位置。没有必要借助上帝来为宇宙按下启动键”、“由于存在万有引力等定律，因此宇宙能够，而且将是从无到有自己创造了自己。自然发生说是有物而非无物存在的原因，是宇宙和人类存在的原因。没必要借助上帝引燃蓝色导火线，让宇宙诞生。”因此霍金遭受西方宗教界的严厉批判。 物理学界还盛行“弱人存原理”，霍金及一些物理学家认为，人类之所以存在，是因为我们宇宙恰恰处于一百多亿年的年龄中。很多问题非常巧合，如果地球的体积再轻或者再重20%，恐怕地球的轨道偏心率将接近1，地球到达近日点时候就会使海洋沸腾，到达远日点时候就会使海洋冰冻，都不利于生命演化与人类生存。如果质子再重0.2%，或者夸克质量高再10%，那么任何物质都不会形成稳定的原子核。而碳的形成依赖于核子内的强作用力与电磁作用力，如果作用力强度改变不到1%，碳与氧就无法形成，生命就没有存在的条件。 霍金认为，能够支持智慧观察者的复杂结构的宇宙体系是非常脆弱的，自然定律形成了一个极端微调系统。如果不是物理定律一系列的细节达到令人吃惊的巧合，那么人类与类似生命似乎永远不可能形成。 与“弱人存原理”相比，“强人存原理”认为我们存在的事实不仅对我们的环境，而且对自然定律的可能形式与内容本身加以限制。产生这种思想的原因是，似乎奇妙的人类生命发展不仅是太阳系罕有的特征，而且是我们整个宇宙特征。 很多科学家认为宇宙是多重的，我们宇宙之外还拥有大量的宇宙，亿万多个宇宙可以解释自然定律的微调，使得其他行星有机会因为物理定律环境而变得寻常。 开普勒太空望远镜目前已经监测到近3000颗行星，其中有多至50颗或可能适合生命存在。2013年4月18日，美国航天局等研究机构宣布，开普勒天文望远镜已观测到太阳系外迄今“最像地球”的行星。研究人员在《科学》杂志上说，有两颗行星位于一个名为开普勒—62的行星系统的“宜居带”中，这里温度条件适宜，理论上其表面可保有液态水，甚至可能有少许大气，这也就意味着，那里可能有生命存在。开普勒—62行星系统距地球约1200光年，位于天琴座。在该系统中，5颗行星围绕一颗恒星运行，开普勒—62e和开普勒—62f是其最外围的两颗，它们的体积分别只有地球的1.6倍和1.4倍，受到的热量辐射也只是地球的1.2倍和0.4倍，公转周期分别为122天和267天。此外另一个研究小组的天文学家在《天体物理学杂志》上，报告了位于天鹅座的行星系统开普勒—69也拥有宜居带行星开普勒—69c。其恒星尺寸为太阳的93％、亮度为太阳的80％，距地球约2700光年，而开普勒—69c尺寸为地球的1.7倍，公转周期为242天。 根据一个新模型，银河系内有超过1%的恒星系统拥有支持复杂生命存在的行星。他们的模型显示，银河系有多达1.2%的恒星拥有存在复杂生命的行星。 科学家宣称宇宙中恒星数量可能是现在预估计的3倍，数量大约是3×1024，比地球上所有的海滩和沙漠的沙子总数还多，约相当于地球70亿人口所有身体细胞的总和。更多恒星的存在也意味着有更多的星球，外星生命存在的可能性也更大。按照科学家认为的有多达10500个数量级别的平行宇宙，宇宙之内生命肯定比较普遍，甚至有更高级文明的外星人。在英国皇家学会做的民意调查中，有44%的英国人相信外星生命的存在，28%的人不相信，而剩下的28%则表示不确定。 第二节 量子意识 正如达尔文所说，探索生命起源，要探索物质起源。物质世界与生命世界，本质都是各种量子组成的结构集合体。量子世界与宏观物质世界、生命世界存在着不同，似乎量子是生命与物质的中间体，因为结构不同而组成不同的世界。我们有必要从量子世界理解生命的演化。 在双缝实验中，电子会因为有人用观察设备试图观看电子路径而改变方向，在时间延迟实验里，光会因为人遮挡住其路径而选择另一条道路，似乎量子拥有自己的意识。在很多量子实验中，量子系统能够形成协调性，而且很多物质拥有自己的记忆特征，并能够天然地进行自我组装，尤其有机分子，因为结构不同形成不同的分子表达结构，表现出不同的特征。 量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义这个问题，一直存在着严重的分歧和激烈的争论。许多著名物理学家、哲学家、实验物理学家、数学家等都卷入了这场争论。争论之深刻、广泛，在科学史上是罕见的。在1927年和1930年这两届物理学盛会的索维尔会议中，关于量子力学的辩论，爱因斯坦两次都被以玻尔为首的哥本哈根派打败。爱因斯坦强调量子世界深层的因果关系，量子现象背后必然存在原因。而哥本哈根派强调量子世界的几率，波粒二象性，不确定性，不能同是测量量子的两个状态，而很多科学证据也证明了哥派是对的。 现代物理学证据证明，量子力学并非不确定。比如2010年，美国科学家设计出一种肉眼可见的量子机械，让一个极小的半导体“量子鼓”同时处在振动和不振动的叠加态中，进一步缩小了量子力学和我们现实感之间的距离。该研究成果获评《科学》杂志2010年十大科学突破之首。1996年，物理学家将电子空穴和自旋子分开，自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子。电子衰变为两个不同部分各自携带电子的部分属性：一个是自旋子，具有电子的旋转属性；另一个是轨道子，具有电子绕核运动的属性。 电子可以分裂及“量子鼓”的两个状态测量说明爱因斯坦的疑问并非完全错误，而爱因斯坦研究大统一理论，也是准备用新理论代替统一量子力学与相对论。至少爱因斯坦本人认为相对论并非完美，正如他认为的量子力学不完美一样。在宇宙的深层里面，微观量子世界与宏观相对论时空世界，必然产生联系。 当然新理论还要囊括占据宇宙23%的暗物质与73%的暗能量。 爱因斯坦与玻尔的哲学辩论，为物理学的思考及发展奠定了很大的思想空间，虽然留下无数谜团，也正说明了人类对真实世界的认识的局限性。 20世纪50年代，物理学家大卫·玻姆发表了他的第一本书《量子理论》，成为该领域的一部经典教科书，他成功构建了一个隐函数体系。粒子拥有确定的位置和动量，周围弥漫着直到宇宙尽头的“量子势”，以维护爱因斯坦的“上帝不掷骰子”观点。观测仪器会和量子势之间发生作用，从而使粒子改变它的行为模式。 玻姆认为，量子理论和相对论之间的矛盾，暗示了在自然宇宙中存在一种更基本的层面。无论是量子理论还是相对论，都指向这一更深层的理论。而这种更基本的层面，代表了一种不可分割的整体和一种隐含的秩序，在此之上才产生了我们对这个经验宇宙的解释秩序。 玻姆的隐含秩序不仅适用于物质也适用于意识，它能解释物质和意识二者之间的关系。隐含秩序代表更基本的真实，精神和物质被看作是这一更基本真实在我们的解释秩序中的一种投射。 玻姆用听音乐的经验来讨论意识的性质。他认为，对运动和变化的感受构成了人们的音乐经验。刚刚过去的和当下的感受在大脑中同时呈现，刚过去的成为对当下的解释，这是一种转化，而不是一种记忆。玻姆认为，这正是意识从隐含秩序中的浮现。 玻姆把对运动、变化、流动以及相关类似的经验，如听音乐，作为一种隐含秩序的体现。他称支持这一观点的证据来自简·皮亚盖特对婴儿的研究。这些研究显示，儿童必须学习时间和空间，因为这是解释秩序的部分，而他也有一个“硬件”来理解运动，这是隐含秩序的部分。他认为语法形成了大脑中的“硬件”。但玻姆从未提出任何具体的大脑机制，将他的隐含秩序和意识联系起来。 目前有几种不同的量子意识理论。代表人物除了大卫·玻姆之外，还有古斯塔夫·波洛伊德、大卫·查尔默斯、罗杰·彭罗斯与斯图亚特·哈梅罗夫等人。 2011年1月29日，在曼哈顿菲罗克忒忒斯多学科研究中心举行的一场题为“真实的性质”辩论会。这场辩论会的主题是——物理学和数学能完整描述真实吗？其中涉及到量子与生命的关系，将科学家、艺术家和学者们集中到一起，以圆桌会议的形式进行科学探讨，致力于在科学与人文两个截然不同的世界之间架起沟通的桥梁。 古斯塔夫·波洛伊德（GustavBernroider）认为玻姆的“隐含—解释”理论构架说明了神经过程和意识之间的关系。2005年，波洛伊德发表论文详细论述了这一过程的物理基础。文章的主要观点是，量子相干是由和神经过程有关的一种足够长的离子通道支撑。他提出，这种通道能和周围的**、蛋白质以及同一细胞膜中的其他通道产生纠缠。离子通道控制着整个神经轴突膜的电势差，在大脑的信息处理过程中起着核心作用。 澳大利亚国立大学大卫·查尔默斯（David Chalmers）提出了多种量子力学方式来解释意识，他认为：问题在于我们如何解释，最有可能的解释是，在意识状态不可能被叠加的条件下，意识状态和系统的整体量子状态有关。大脑作为意识的物理系统，在非叠加的量子状态中，该系统的物理状态和精神现象之间相互关联。 美国物理学家亨利·斯塔普（Henry Stapp）1993年出版了著作《精神、物质和量子力学》，他的解释更为客观，结合了自行坍塌理论等。斯塔普认为，意识对大脑神经兴奋进行最高水平的控制。量子大脑事件发生在整个大脑，是从大范围的大脑兴奋中进行选择。神经兴奋被看做一种编码，每一个意识经历都是来自这一编码的选择。据此理论，大脑是个以记忆为输入数据的自行编程的计算机，记忆本身是来自过往经验的编码。 量子大脑动力学（Quantum brain dynamics）最早起源于20世纪60年代，其代表人物是物理学家Hiroomi Umezawa和赫伯特·弗洛里希与马利·吉布（Mari Jibu）等人。根据量子大脑动力学理论，占大脑70%的水分子有两个电极，构成了量子场，称为皮层场。皮层场中的量子被称为皮层子。皮层场和生物分子产生的量子相干波相互作用，在神经元和神经网络中传播。 弗洛里希最早提出了神经网络中会产生量子相干波，他认为，由于生物系统中生化过程波动的扰乱，尚不清楚是什么次序支持。量子大脑动力学认为皮层场不仅互相作用，而且会扩展到对整个神经网络的控制。量子大脑动力学的支持者认为，意识并非由某种确定的途径产生。一方面，吉布和雅苏认为，在神经网络中，皮层场和生物分子波的能量量子之间的相互作用产生了意识。另一方面，维泰罗认为，量子大脑动力学中的量子状态产生了两极，一极是主观的外部世界的表现，另一极是自我，这一自我向外部世界表现开放。根据该理论，意识既不是自我，也不是外部世界表现，而是处于开放的二者之间。 一些量子意识的证据表明：许多实验力图证明神经过程与量子状态有关。 2003年到2009年之间，埃里克·康特等人做了一系列实验，来证明人类在感知和认知模糊数字的过程中，其精神状态中存在量子相干效应，并取得了证据，为分析认知主体的时间动力学提供了理论支持。 （参考资料：《物理学和数学能完整描述真实吗》2011年5月01日 科技日报常丽君） 万物始于量子魂 2007年5月德国 《P.M.》杂志对德国物理学家Hans-Peter Duerr教授进行了专访，Hans-Peter Duerr提出了量子魂的概念。Duerr 教授认为：量子物理告诉我们，真实世界是一个庞大的精神体。它也向我们展示了，世界和未来是敞开的，充满了各种可能性。这一认知给予我们无尽的乐观与鼓励。我们生存于其中的世界，比我们想象的要大得多。量子物理对自然的描绘更确切，因为量子世界遵循多元逻辑，不是非此即彼，而是亦此亦彼，量子是一个中间体。我们必须习惯的，就是这个不可捉摸，不置可否。量子物理中的场不仅仅是非物性的，它还沿入、更深层更宽广的空间，那与我们日常熟悉的三维空间已毫不相关了。一个纯粹的信息场，——好像一种量子码，和物质或能量已无关。这个信息场不仅仅在我体内，它充斥着整个宇宙。宇宙是完整一体的，因为量子码没有疆界。只有这个“一”，具有不可分性。 这与大物理学家惠勒生前提出过的论断很相似。惠勒认为：“万物源于比特”。他认为，物理世界的所有单元，从最根本、最基础的意义上来说，具有非物质的来源和解释。也就是说，我们所说的实在归根结底产生于“是－否问题” 的提出及其所激起的仪器反应的记录。简而言之，所有的物质性事物，究其根源，都是“理论上的信息”。 南京大学生张辰宇教授及其团队在 2 0 1 1年9月2 0《细胞研究》（C e l l research）的一篇论文中发现：植物的微小核糖核（microRNA）可以通过日常食物摄取的方式进入人体血液和组织器官，进而发挥生物学作用。该研究证明植物微小核糖核酸可能是食物中的“第七种营养成分”（其他六种分别是水、蛋白质、脂肪酸、碳水化合物、维他命和稀有元素）。张辰宇认为，“微小RNA十分特殊，从某种意义上来说，我们吃的不仅仅是食物，还有信息。”这个发现，让“吃什么补什么”、“一方水土养一方人”这些“老话”似乎有了理论依据，对于中国人来说，还为在传统的中草药中发现一类全新的活性分子提供了依据。 即使是最简单的细菌也比任何的化学制品复杂的多，很多科学家试图从大量的实验里模拟生命诞生的过程，但是都失败了。这是因为在化学实验室条件下，化学语言和生物学语言并不一致。 美国宇航局天体生物学家萨拉·沃克（Sara Walker）试图把信息论应用于生物系统，他认为：“生物学信息的最重要特征并不是它的复杂性，而是它分层级性的组织方式。在所有的物理系统中信息都是从底部向上流动，从某种意义上说，系统的部件决定了整个系统的特性。比如预测天气，先要搜集各个地区的温度和气压，然后计算出天气系统作为一个整体的移动方向和变化趋势。在有机体内，底部朝上的信息流和顶部朝下的信息流传递方式可能相互混合，一个细胞是否反映了一个基因特性取决于环境对整个细胞造成的机械压力或者电场。” 科学家一直试图通过电子计算机模拟出一个有意识的、自我补充能量与复制的生命体，但是目前为止还没有发现成功的案例。科学家希望将生物信息导入物理学和化学之中，使物质作为生物信息的中介来最终解释生命的起源。 在作者另一本物理书《宇宙的第三种猜想》里，作者提出圆转聚合的宇宙模型与九层宇宙学说，认为宇宙是一个自我旋转运动的，无数多的力弦粒子经过多层聚合，构成一个多层的宇宙。这其中包括物质及生命都在宏大宇宙中一个物质在不同层次里，但是层级不同会有不同的表现，一个量子既拥有自己的属性，也拥有其所在分子、基因、生物体及天体物质中所承担的属性。对于粒子物质的表现，更体现在其不同的结构里，比如碳因为结构不同可以表现为柔软的石墨，也可以是世界最坚硬的金刚石。但是在生命系统里，碳是重要的元素。 第三节 太空中的生命元素 生命的基因遍布宇宙，生命本身就是物质量子化的聚合运动，量子赋予了生命的动力与原始力。宇宙、太空都参与了地球生命的进程。我们有必要在宇宙的逻辑，审视生命是必然还是偶然。因此我们可以探视一下，生命关键的有机物在宇宙中的位置，这样我们会更好地理解，宇宙中生命是否具有普遍意义。 在地壳里，氢如果按重量计算，占总重量的1%；如果按原子百分数计算，则占17%。氢在自然界中分布很广，水便是氢的“仓库”——水中含11%的氢；泥土中约有1.5%的氢；石油、天然气、植物体也含氢。在整个宇宙中，按原子百分数来说，氢却是最多的元素。据研究，在太阳的大气中，按原子百分数计算，氢占81.75%。在宇宙空间中，氢是宇宙发生的太初元素，氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约大100倍。 氧是地壳中最丰富、分布最广的元素，在地壳的含量为48.6%。在大气中占23%。大多数元素在含氧的环境中加热时可生成氧化物。有许多元素可形成一种以上的氧化物。 地球上的水资源比较丰富，地球大部分被海洋覆盖，无论是在地下，还是在大气、河流、湖泊里面都拥有良好水资源，这为生命的诞生及延续提供了基本的保障。 最新科学研究证明，在太阳系很多的行星都拥有水或者曾经拥有水，而最近科学家通过月球撞击试验发现，月球拥有大量的水。科学家已经获得了迄今最有力的证据，证明土星的一颗小卫星——土卫二表面之下拥有一个巨大的咸水海洋。 美国航天局2012年9月27日宣布，从“好奇”号火星车发回的图像显示，一些火星岩石中含有火星古老河床碎石，表明火星表面确曾有水流淌过。“好奇” 号找到了一条火星古老河床的证据，它与地球上一些河床相似，“好奇”号传回火星砾岩层中石子大小和形状的信息，从这些碎石的大小，我们可以了解到，水流速度约为每秒3英尺（约合0.9米），水深大概在人的脚踝到臀部之间。 2013年3月，美国宇航局的“好奇”号火星车在一个古代河床的沉积岩中钻取的岩石粉末样本中，科学家发现了硫、氮、氢、氧、磷和碳，其中一些是形成生命所需的重要化学要素。分析得出的数据显示，“好奇”号勘探过的黄刀湾可能是一个古代河系的尽头，也可能是一个间歇湿润湖床，能够为微生物提供化学能量以及其他必要条件。该岩石是由含有黏土矿物、硫酸盐矿物和其他化学成分构成的细粒泥板岩，远古潮湿环境不同于其他火星地形，并未遭受严重的氧化和酸化侵蚀，含盐度并不高。好奇号火星车机载化学实验室的创新性分析显示，远古火星可能支持微生物体存活。 2013年发表在3月7日的《科学》杂志上的研究表明，远古火星的洪水可能来自深层的地下水库，火星生命可能存在于800多米深的地下，这里的环境可能满足火星液态水的存在。即便火星上的古老河流或湖泊被蒸发了，深层地下依然有机会留存着大量水分，无论这些水是以液态形式还是固态形式存在。而科学家在地球下1.6公里就发现了不可思议的微生物，它们嗜好放射性矿物能量。 2011年7月，欧洲南方天文台说，一个国际天文学家小组在太空中首次发现过氧化氢分子，分析指出在太空中，氢原子与氧原子在宇宙尘埃的颗粒表面可以发生反应，形成过氧化氢。氢分子再与过氧化氢分子反应，就会产生水。 2011年6月，天文学家最新观测发现距离地球750光年之遥有一颗奇特的年轻的类太阳恒星，它爆炸式地喷射大量水滴至太空之中，释放的水液速度比高速子弹运行更快。 这项发现表明原恒星可能在宇宙中“播撒”液态水，伴随着环绕恒星周围的下落灰尘的逐渐增多，这些恒星胚胎从南极和北极喷射物质流。这颗恒星释放的大量水滴相当于亚马逊河水流速度的数亿倍。这些恒星水滴的时速可达到20万公里，这相当于机械手枪射击子弹速度的80倍。”这项研究发表在《天文学&天体物理学》期刊上。 2011年7月，由美国加州理工学院牵头的两个天文学家小组在距离地球120亿光年的宇宙深处，发现了一个有史以来探测到的最大最远的关于水的踪迹，科学家将其称为“巨型海洋”，这个“贮水池”由水蒸气组成，以云状物存在。 经过估算，它的含水量约有10万个太阳质量，相当于地球上水量的140万亿倍。与一般星系相比，它的密度高出1~2个数量级，温度高出5倍。来自这个类星体的光谱信号可能是宇宙不足16亿年时发出的。这证明了一个事实：水在宇宙中真的是无处不在。 水是“万能溶剂”，水可溶解几乎所有的元素，因此海洋中含有生命所需的全部物质。现已查明，原始海洋聚集了丰富的生命化学物质，同时，由于能阻止紫外线对生命的杀伤，海水又是生命的“保护伞”，生命与海洋有“不解之缘”。最早的化石记录可追溯到在35~37亿年前格陵兰、澳洲和南非地层中发现的微体生物化石，类似于现代蓝菌。由于古老的生物没有硬体而极难保存，因此有人推断42亿年前就可能有生命从大洋出现。 在太古代，生命刚刚起源的时候，地球上还没有绿色植物。那个时候，地球处于高温、缺氧的环境，与今天深海海底环境十分相似。因此，科学家们非常想通过研究深海环境，来想象当年太古代的情景，探寻生命起源之谜。 碳对于生命来说极其重要，碳广泛存在于地球大气和地壳，宇宙太空中。很早就被人认识和利用，碳的系列化合物——有机物更是生命的根本，碳能在化学上自我结合而形成大量化合物。 2011年9月，美国卡内基研究院的研究人员对来自地表以下700公里深处地幔层的钻石进行了分析，发现其包含的杂质成分与海洋底壳一致，为碳循环深及地表以下数百公里提供了第一个直接证据。科学家曾推测，碳循环可能深入到地球的内部，但一直没有证据支持这一观点，论文发表在9月15日的《科学快递》网络版上。 从星际有机分子到地球有机世界的演变由于星际物质非常稀薄，天文学家们起初认为星际气体都是单个原子或离子，分子是根本不可能存在的。但是，科学家们1963年在仙后座探测到了羟基（OH），1968年在银河系中心区探测到了氨（NH3）和水，1969年发现了甲醛（HCHO）。星际有机分子的发现有助于帮助人类了解星云及恒星的演变过程，同时也增大了外星生命存在的可能性，因此它也被誉为“20世纪60年代天文学四大发现”之一。 截止2001年，科学家们已找到120多种星际分子，其中约2/3是由碳、氢、氧等元素组成的有机分子，约1/3是由硫、硅等元素组成的无机分子。在金牛座的星际云中发现了氰基己三炔（HC7N）有9个原子，分子量99，含有长碳链结构，接近于有机化合物。1978年发现的氰基辛四炔（HC9N）含有11个原子，分子量123，是结构最复杂的有机分子。1974年在人马座B2星云中找到了大量乙醇分子（乙醇也即酒精），其含量有8000亿亿亿升，是地球体积的7000多倍！ 2010年，科学家又在距离地球700光年的在英仙座的星际介质中，发现一种有机分子蒽（俗称绿油脑），化学式为C14H10，这是目前为止，在太空中所发现最复杂的有机分子之一。像蒽这种复杂的碳氢化合物，受到紫外辐射影响，再结合水和氨等化合物后，就可以合成氨基酸等有生物之前与生命发展相关的基础分子。两年前他们也在同一块区域发现另一种复杂有机分子（萘俗称臭樟脑），看来这个区域孕育着生命的摇篮。 2012年9月，天文学家们发现在一颗距离地球约400光年远的恒星周围的气体云中存在单个最小糖分子乙醇醛。丹麦哥本哈根大学天文学家詹斯·约根森（Jes.rgensen）表示，此次他们小组探测到的是地球上同样存在乙醇醛，这种物质在形成核糖核酸（RNA）的化学反应过程中起着非常关键性的作用，而RNA则是在所有生命体细胞中起到关键性作用的重要生物分子结构体。这是科学家们首次在太空中距离一颗类太阳恒星如此近的距离上观察到糖分子的存在。 2013年3月，科学家安东尼·瑞米简领导的研究小组，通过射电望远镜在人马座B2区域发现氰基甲烷亚胺和乙烷亚胺分子。这些物质被认为是“前体分子”，这就意味着在它们所参与的化学反应中起到了“启动”的作用，是分子链反应的早期步骤。安东尼·瑞米简认为，嘌呤和氨基酸的化学前体如同生命种子，此外，陨石也是隐藏生命分子的地方，如果陨石中发现了氨基酸和DNA碱基，比如腺嘌呤，这就意味着其形成机制发生在宇宙空间中，我们最终将能够回答人类是否是宇宙唯一生命的疑问。 在一些暗气体星云中，由于对光及紫外线的屏蔽作用，更可能有很多无机分子、甚至更复杂的有机分子。因为那里有足够多的尘埃杂质，甚至温暖温度有可能已经形成生命，对于生命来说，早在太阳系与地球诞生之前，最早的复杂的有机分子甚至生命，就已在茫茫太空漂泊了。 宇宙生命的前传 现代科学试验及考察已经证明，在极端寒冷、高温、酸、碱、盐、的条件下，生命是能够存在的。生命可以出现在地下一千多米下面、深海、太空高辐射环境中，在没有阳光、没有氧气、营养物质极端缺乏的条件下，照样能够有生物体甚至动物存在。 既然量子具有选择性，看来，生命的演化要放在几十亿之年之外的宇宙角度思考，生命演化时间或远超地球本身！何况从给科学生命体的定义来看，像烟草叶病毒及噬菌体病毒科学界不认为是单独的生命，但本身却体现了其与传统大有机分子不一样的智能性。 传统理论认为最早诞生于地球上的生命出现于35~39亿年前，但是有些科学家认为，生命比地球历史更早。2013年4月，美国遗传学家阿列克谢·沙罗夫（Alexei Sharov）与理查德·戈登（Richard Gordon）在研究数据中显示，生命进程的演化历史很有可能远远早于地球的出现，生命最早可能出现在100亿年前，比地球45亿年的预测年龄古老得多。在太阳系形成的时候，可能已经存在着类似细菌的生物体，或者一些存在于银河系古老区域的简单核苷酸，可能通过彗星、小行星或其他太空碎片来到地球。 甚至有科学家判断，人类与外星人拥有共同的基因。如果宇宙中生命积木间的关联可能比原先设想得更为紧密，人类与外星人可能有着一样的基因结构。这早在1953年著名的米勒—尤里试验，已有10种氨基酸可以通过人工合成，该试验模拟了地球早期的环境，氨基酸同样也在太空陨石、彗星中获得发现，越来越多的科学家认可地球生命来源与太空中的生命种子。一些科学家认为某些大型的陨星既温暖又含水，与地球早期的某些温度环境大致相似。 假如地球生命来自太空，那么生命基因是如何传播到地球上的呢？一个来源于陨星，一个来源于彗星，或者两者兼之。 陨星是太阳系中最古老的物质之一，它们与太阳系几乎同时诞生，它们的化学组成包含有数十亿年前太阳系初生时的信息。有科学家认为，陨星在38~45亿年前，将组成生命的重要材料带到地球，陨石碎片中的核碱基用作基因编码，让优秀的特征传给后代。这就是进化过程的开始，然后进化到现在出现的所有的生物。 英国卡迪夫大学钱德拉-维克拉玛辛赫是一位富有争议的科学家，他认为地球生命起源于外太空。他声称2012年12月流星雨坠落至斯里兰卡境内的一块直径为5厘米的陨石，已发现外星生命存在的“确凿证据”，这块陨石遍布着类似地球海洋中的海藻化石。这块陨石非常独特，具有多孔状结构，密度低于地球上任何地方的岩石。虽然一些研究人员对这项研究提出了置疑，认为这块陨石可能遭到地球污染，甚至还认为这根本就不是一块来自太空的陨石。但是大多科学家承认陨石里包含着复杂的生命前体分子及能量元素。 2011年3月，英国生物学家特里·基博士和他的研究组发现富含铁的陨石和酸性水体接触会形成磷酸盐。在超过80℃的温度环境下，磷酸盐会转变为焦磷酸盐，他相信，这种物质正是三磷酸腺甘（ATP）的前身。这种大分子在细胞呼吸机制中起到关键性作用。ATP让所有活体细胞得以将以糖的形式储存的能量转化为驱动自身细胞生命活动的动力。他指出，焦磷酸盐的高活性显示可以促进早期地球火山口附近温暖的酸性池塘内复杂化学反应。酸性水中焦磷酸盐会被释放进入地球环境，可能开启地球化学循环和细胞形成序幕的时刻。 美国宇航局艾姆斯研究中心的化学家乔治库珀（George Cooper）对此认为：三羧酸循环被许多生物学家认为是最古老的一种生物过程之一。是需要型生物体内普遍存在的一种重要代谢途径，并且在真核生物的线粒体和原核生物的细胞质中存在。 俄科学家叶甫盖尼· 德米特里耶夫宣布，他在陨石中找到了已经石化的生物片段，这些已经石化了的生物片段是证明有外星生命存在的有力证据。在实验室中获取的数据表明，这些陨石残留物种钴和钛的含量均为3%，铜为6%，镍为7.5%，锌为20%，其中锰的含量是普通玻璃中的40多倍。在此前长达1 5 年的研究过程中，科学家们得出结论称，这些特殊的物质很可能是由某种类似于地球上远古海洋生物的地外生命的骨架 演化而成的。 科学家在另外两块来自火星的陨石中发现微型“生物化石形态”，暗示着远古时期火星存在着生命体。科学家在对火星陨星的新一轮高科技分析测试中发现了新的证据，为证实火星远古时期存在生命增添了几份神秘感。以上的观测分析仪器将提供陨石样本更好的化学成份信息，使科学家获得陨石中“生物形态”的生物和地质特征的形成过程。 太阳系外围的柯伊伯带与奥尔特云地带有一个巨大的彗星库，有数以万亿到十万亿的彗星存在，这些彗星是太阳系形成时的残留物，彗星物质主要由水、氨、甲烷、氰、氮、二氧化碳等组成，而彗核则由凝结成冰的水、二氧化碳（干冰）、氨和尘埃微粒混杂组成，是个“脏雪球”！在地球形成时刻，很可能这些脏雪球就成为地球一部分，并在随后的几十亿年的地球演化中，大量彗星掠过地球，留下的氨基酸形成了这种有机尘埃，彗星也能以这种方式将有机物质像下小雨一样洒落在地球上——这就是地球上的生命之源。 彗星可能随处可见，这些彗星常与初形成的行星相撞，对年轻行星的成长与演化，有很深远的影响。地球上大量的水，可能是与年轻地球相撞的许多彗星之遗留物，而这些水，后来则孕育了地球上各式各样的生命。 太阳系形成后的四十多亿年中，靠近太阳系中心区域的彗星，或与太阳、行星和月球相撞，或受太阳辐射的蒸发，已消失迨尽，我们现在所见的彗星应来自太阳系边缘。如假设残存在太阳系外围的彗星物质，历经数十亿年未变，则研究这些彗星，有助于了解太阳系的原始化学组成与状态。 1999年，美国宇航局发射的“星尘号”彗星探测器，在2004年到达并穿越“威尔德-2号”彗星周围五公里厚度的尘埃和冰粒云，收集了从该彗星表面散逸出来的彗星物质微粒。2006年，返回地球发现了大量复杂的碳化物分子。这些化合物能够参与其他有机化合物生成时所进行的化学反应。2008年，研究人员终于证实就在该样品中发现了生命形式关键的组成成分——氨基甘胺酸，以及含氮的有机化合物——胺类物质。过去曾在陨石上发现过氨基酸，而在冰冷的彗星上发现氨基酸，氨基酸对生命来说至关重要，它是构成蛋白质分子的基本单位。这还是第一次。目前所研究的样品仅来自彗星彗发，而彗核则是彗星上有水湿环境并富含有机分子，这一切都为原始细菌的生长和繁殖提供了理想条件。彗星可能会含有更复杂的氨基酸混合物和更高水平的氨基酸，蛋白质，甚至生命。 即使在极低温度下也能够孕育出复杂有机物，美国宇航局加州喷气推进实验室（JPL）的科学家发表在《天体物理学通报》上的文章表明，实验室中模拟宇宙中的极低温环境并观察多环芳香烃物质分子的反应，在这一实验中，他们所设定的温度值低至5K，即-268℃。他们使用紫外辐射轰击这些粒子，模拟宇宙中来自恒星的紫外光辐射。检验的结果显示这些多环芳香烃物质已经发生了变化：它们的结构中吸收进了氢原子，并失去了它们原先环状的原子键，从而形成了一种更加复杂的有机质。这一变化正是一种有机质最终转变为氨基酸或核酸的过程中所需要经历的，前者是蛋白质的基本片段，后者则含有DNA物质。 这种结构牢固的有机质在宇宙中的气体和高温尘埃中是普遍存在的，科学家们对于在如此低温的环境下，冰粒表面发生的有机化学过程感到惊讶。生命演化所需的最早期步骤可能开始于宇宙中最寒冷的区域，科学家们认为构成生命的基本组成物质，包括水和有机质，最初都是从这些孤立的冰粒开始的。这些水冰和有机质一开始可能附着于彗星和小行星表面，随后坠落地球，从而将“前生物” 物质带到地球，这些物质最终将演化成为生命。从冰冻有机质到黏菌之间的转变所需复杂的过程。 2013年3月，美国加州大学伯克利分校、夏威夷大学马诺阿分校的研究人员在一个超真空室模拟空间环境，形成一个冰冷的雪球，雪球中包括二氧化碳、氨和各种碳氢化合物，如甲烷、乙烷和丙烷等。研究人员采用高能量的电子模拟太空中的宇宙射线对雪球进行轰击，引发化学反应。而后，加州大学伯克利分校的理查德·马蒂斯和阿曼达·斯托克顿借助一台分析仪对有机残留物进行了分析，发现了复杂分子的存在，检测到具有9个不同的氨基酸和至少两个二肽，这些物质可在地球上促进生物进化，含有两个氨基酸分子的二肽是所有生物共享的重要基础组成分子。这一发现开启了生命基础分子搭乘彗星或者陨石来到地球的传播路径，由此可形成生命所需要的蛋白（多肽）、酶和糖等更复杂的分子。该成果发表在《天体物理学杂志》在线版上。 科学家一直认为，复杂的生命化学过程起源于地球早期的海洋，新的实验模拟了深邃太空条件，表明在冰冷的星际尘埃上有可能创建新的复杂生命成分，并有可能运送到地球，从而启动生命。研究论文的合著者之一，加州大学伯克利分校化学家马西斯说：“地球上生命的最基本生物化学组成部分可能起源于地球之外。哈雷彗星可以是复杂分子如二肽的温床。彗星撞击地球可能递送这些分子，并形成更复杂的蛋白质、糖等生命成分。” 由于彗星形成这类彗星含有保存完好的数十亿年前太阳系形成初期的物质颗粒，因此也可追踪到太阳及行星形成的线索，这证明生命的基本组成成分在宇宙空间广泛传播。