1977年2月,俄勒冈州立大学的海洋地质学家杰克·科利斯和两名船员在加拉帕戈斯群岛附近海面以下1.5英里处巡游。他们乘坐阿尔文号深海潜艇—一种特别为适应深海条件设计的潜艇—寻找着在前一年被遥感探测出来的热液喷口,他们希望能近距离地观察热液喷口。这些喷口是海洋底的巨大裂口,是喷出滚烫热水的海底间歇泉;这些水因与地下岩浆接触而被加热,从泉口喷出,与海洋冰冷的海水混合在一起。
很快,地质学家以及船员们就发现了这些喷口,与此同时,他们还发现了更奇怪的东西,在它们的周围聚集了一整套繁盛的生态系统,其中包括巨大的蛤蜊、巨型管虫,甚至还有白化的螃蟹,这些生物都生活在彻底的黑暗中。这些生命的发现是他们意料之外的,因为他们此时处于海面以下八千英尺的位置,而海面以下二千五百英尺处的压力就足以压垮一条核潜艇了。生物学家曾以为在这样深的洋底应该没有生命。事实上,当时的普遍观念认为:生命只能在相对较窄的温度区间和压力范围内存活,而热液喷口系统远远超出了这些范围。
科利斯对喷口生态系统的这一发现,被看作“生命起源研究”的一大重要时刻。因为这使很多人怀疑:热液喷口会不会是生命诞生的地方。当科利斯回国以后,首次提出这一想法时,却被认为太过可疑,因而被大多数期刊拒绝发表。十多年之后,它才得到了人们的接受。
科利斯并不是独自一人提出这个想法的。他与俄勒冈州立大学的几位同事(约翰·巴罗斯和研究生萨拉·霍夫曼)讨论之后才想到了它。引导他们得到这个想法的是:除了能量丰富,热液喷口还具有许多对生命来说可能有益的特点。例如:在滚烫的喷口和周围寒冷的海水之间的温度差,可能有利于特定的化学反应发生,这种化学反应可能催生生命诞生过程中所需要的复杂的化学物质。另外,这样的系统包含了高浓度的甲烷、氨和氢。有机生命前体分子—也就是“构成生命的基本材料”—可能就形成了。
1979年,三位研究者合著了一篇文章,细述了这一热液喷口假说。他们认为这是对生命起源讨论的一个重要的贡献,但是他们很快发现,他们的科学同行似乎并不同意这一点。一流的科学期刊《自然》和《科学》都很快地拒绝了热液喷口假说,其他编辑也同样认为该假说太过离谱,不值得认真考虑。
这一理论被否决的原因在于,热液喷口假说明显违背了当时主流的“原始汤”模型。该模型为生命想象了一个“温和”得多的起源。在这一理论中,有机分子最初形成于早期地球富氢的大气中,随后撒落进海洋里,在温暖的海水中混合在一起。这一过程就像配料被放进小火慢炖的汤里一样,最终结合在一起形成活的细胞。
20世纪20年代,俄罗斯的生物化学家亚历山大·奥帕林和生物学家J.B.S.霍尔丹[65],就这一理论分别提出了不同的版本。但是该理论地位的真正稳固,是在20世纪50年代初,诺贝尔奖获得者化学家哈罗德·尤里和他的研究生斯坦利·米勒开展了一项实验。实验中,他们将自己所认为的,构成了地球早期大气主要成分的甲烷、氢气和氨气混合,并向混合气体中放出了一道火花(以模拟闪电)。他们发现:里面果然很快形成了诸如氨基酸等有机分子。
米勒—尤里实验的结果似乎极大地确认了原始汤模型,而且,基于实验的成功,米勒不容争辩地成了接下来几十年里生命起源研究的领军人物。他教过的学生后来都携着该模型的“圣经”,来到一流的大学工作,继续扩展米勒的影响力。
因此,当各个期刊将热液喷口假说的文章寄给同行评议时,它仿佛一头撞在了这一原始汤信徒们构成的学术墙上。对这些信徒来说,所谓生命有可能出现在像海底热泉这样剧烈和动**的环境中的想法显然很荒谬。米勒和他的徒弟们对这篇文章发起了猛攻,他们主张热液喷口极高的温度会造成有机分子迅速分解。他们还指出,今天的热液喷口系统依赖于氧气,而氧气在生命最初形成时还不存在,因为氧气只在后来才由地表进行光合作用的有机体制造出来的。另外,米勒极为维护他作为生命起源研究领军人的地位的这件事众人皆知—这对该文章也没起到什么好作用。
1981年,科利斯的这篇文章,最终还是发表到了一个寂寂无闻的期刊《海洋学报》中。本来它可能就永远停滞在这一步了,但是出人意料的是,它吸引了一些研究者的注意,并且开始流传,获得了一些支持者—这还是网络时代之前的事—因此,正如地质学家罗伯特·黑曾事后讲述的那样,虽然米勒和他的徒弟们试图抵制它,但文章的复印件仍然在研究者之间传递开来。
更多人对该文章感兴趣的原因在于:一些地质学家开始对原始汤模型产生了疑问。他们的研究表明,地球原始大气并非由甲烷、氢气和氨气构成。相反,它主要由火山喷出的气体:氮气、二氧化碳和水蒸气构成。有机分子不会在这一条件下轻易地形成,这显著地弱化了原始汤模型的说服力。对地质学家而言,热液喷口假说似乎像一个可能的替代理论。
当米勒和他的徒弟们意识到热液喷口假说在吸引人们的注意时,他们发起了激烈的反攻,嘲笑它为一时的流行风潮,并且继续强调喷口太热了,生命没法在那里诞生。米勒甚至对《发现》杂志的一位记者说:“热液喷口假说是个真正失败的理论。我不明白我们为什么还要讨论它。”
然而,米勒这群人依旧没法阻止,米勒这群人没法阻止证明科利斯假说正确性的发现不断涌现。如海洋地质学家意识到杰克·科利斯发现的热液喷口不是唯一的一个。类似的热液喷口系统分布在整个大西洋和太平洋海底的洋脊沿线,它们代表一个广袤、此前未知的环境,有可能在早期的地球上已经存在。
热液喷口假说的支持者同时指出:“喷口极深的位置其实可能对早期生命来说是一个优点,而不是缺点,因为任何最初的生命形式都会在此免受地表的危害,如小行星撞击和紫外线辐射。”
但是,局势向他们这边扭转过来的关键一步,发生在这之后。受到热液喷口生态系统启发的生物学家们,开始去其他地方寻找“极端微生物”,或称在极端环境中繁盛的有机物。他们最终在各种地方都找到了它们,它们就存在于人们能想象到的最看似不可能的环境中:南极洲结冻的冰层,南美洲极度干燥的阿塔卡玛沙漠,甚至在地下深达7公里的岩石中。
在最惊人的极端微生物中,有一种叫水熊虫的生物。从深海到山巅,这些显微镜下有八条腿的小生命,几乎生活在地球上所有的环境中。有研究显示,它们可以在几乎完全脱水的情况下,或在高达150℃(300F)的温度下,甚至在太空的真空中生存。它们可以轻易地从一场能把全人类毁灭的核灾难中幸存下来。
这些生命力极强有机体的发现,颠覆了原始汤模型认为理所当然的旧有假设:生命是脆弱的。事实上,生命并不脆弱。它能够找到办法在很大范围的温度和压力条件下繁荣发展,这暗示它或许起源于一个我们认为致命的环境中。到20世纪90年代,越来越多的人意识到了这一点,这使热液喷口假说被当作生命诞生一种可能的情形被广泛接受。同时,这一现状令米勒这群人十分错愕。
当然,一种可能被接受的答案,与被当作生命起源谜题的答案并不是一回事。两者相差甚远。说起来,这一问题的答案似乎比任何时候都离我们更遥远。自20世纪80年代以来,研究者乐于考虑的可能的地点范围,正在稳步地扩大。荒芜的沙漠有可能诞生生命吗?或者,充满海水的冰冻的极地裂缝以及高温的火山间歇泉,有可能诞生生命吗?再或者,第一个细胞是否有可能在数英里深的地下岩石的气孔中形成呢?如今,所有的这些猜测都有支持者,不少人甚至支持外星起源说。要知道,此前人们长久以来一直认为生命肯定诞生于某个温和的环境。正是受生活在1.5英里深洋底的巨型管虫和白化螃蟹的启发,才得到的热液喷口假说首先挑战了这种固有的观念。