生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化。资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物。在星际演化中，某些生物单分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中，接着在行星表面的一定条件下产生了像多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。至此，生物学的演化开始，直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式。
深渊里的生命。
新科学家报道，从玛士撒拉微生物到厌氧动物，这些奇怪的地下有机物正在重新定义生命体的概念。南非金矿里居住着很多恶魔，它们长有鞭子状的尾巴，有着贪婪的胃口，但这些恶魔几乎都是肉眼不可见的，这对研究地球上生命的科学家来说真是个大消息。“这一发现让我激动不已，”美国普林斯顿大学的地质学家图里斯·昂斯托特（Tullis Onstott）这样说道。他在比阿特丽克斯金矿充满水的裂缝里发现有线蠕虫在游动。
事实是复杂的有机体应该无法生活在如此深的地下，动物生存所需要的营养和氧气在几十米的地下非常匮乏，更别提地下1300米深处。由于蠕虫像神秘的恶魔一样躲避阳光，因此昂斯托特的研究小组将其取名为Halicephalobus mephisto，它是以Mephistopheles为名，也即歌德的《浮士德》里的魔鬼。
研究小组在南非地壳深处发现了更多惊喜。在前往南非最深的金矿陶托那金矿探险时，科学家在地下3600米深处意外的发现了另一个线蠕虫物种，这使得它成为目前为止发现的最深的陆地动物。
我们知道在地球地壳深处存在着很多隔离的生态系统，在那里生活的生物违反了很多已经确立的生物原则。有的微生物新陈代谢非常慢以至于它可能已经几百万年老了；有的细菌的生存完全不依赖太阳的能量；而有的动物的生存完全不需要氧气。这些奇怪的生物或为我们提供生命的起源以及发展方向的新见解。它甚至可能帮助我们在其它星球寻找生命存在。
纵观整个20世纪，几乎没有什么人怀疑过地球内部可能存在生命，更别提蠕虫和穿孔的虫子。生物学家在探索地球地表下方之前就已经在寻找火星上生命存在的迹象。“普遍的观点是地球深处非常贫瘠，”加拿大多伦多大学的地质学家教授芭芭拉·舍伍德·罗拉尔（Barbara Sherwood Lollar）这样说道。
直到核武器军备竞赛才推翻了这一正统理论。20世纪80年代，美国将密封的放射性废弃物罐子埋葬在核过程工艺设备下方，美国能源部有关当局担心，如果地下深处的确存在微生物，那么它们可能会消化掉这些密封物。1987年，为了缓解这一恐惧，美国能源部赞助了一支研究小组寻找美国南卡罗来纳州萨凡纳河流设施下方小口径小井里存在的生命。出人意料的是，科学家在地下500米深处发现了细菌和名为古生菌的单细胞有机物。
随后科学家发现，地下生命不仅存在，而且非常普遍。1992年，英国卡迪夫大学的约翰·帕克斯（John Parkes）在日本海域发现沉积物里充满了各种生命体。即使在海底500米深处，他们在每立方米的泥土里也发现了1100万个微生物。
这其中蕴含的意义非同寻常，即使你考虑到地球内部散发出的热量会杀死地下4千米深处的任何生命，它仍然存在足够的空间供大量生命存活。初步估计地下所包含的生命大约占全世界生物量的1%至10%，对地壳更详尽的探索将进一步确定这一数值。
同时，研究重心已经转移到回答其中某些最紧迫的问题，也即深埋地下的有机物所面临的挑战。名单之首的问题便是它们在如此贫瘠的环境里是如何进食的。例如，生活在海底地下的微生物在几千年前被埋葬在地下沉积层之前一定是起源于海底的。周围泥土只有较少量的营养物质，没有任何新鲜的食物源，微生物早已经极度饥饿。的确如此，考虑到透过显微镜观测到这些微生物表现出怪异的静止状态，有些怀疑论者辩称这些是完好保存的长期死亡的细胞尸体，而非活的有机体。
然而，这并不是日本南谷日本海洋地球科技署的友希·莫雷诺（Yuki Morono）所发现的结果。他的研究小组利用了日本附近太平洋海底220米深处发现的46万年历史沉积物里的细胞样本，并为它们提供标记有稳定的碳和氮同位素的充足食物源。两个月之后，莫雷诺在3/4的细胞样本里发现了同位素的痕迹。这表明这些细胞仍然是活体细胞——尽管从它们的行为中你可能无法辨别。
“与我们相比，它们的生活节奏是如此缓慢，” 莫雷诺这样说道。“区别活体细胞和死亡细胞非常难。”它们存活的关键特征是无比缓慢的新陈代谢，使得较为贫乏的食物源能够供应上千年。
玛土撒拉微生物
虽然这种生活方式看起来非常简朴，但与丹麦奥胡斯大学的汉斯·罗伊（Hans Ry）和同事发现的生态系统相比，简直不值一提。在太平洋底部8600万历史（比恐龙灭绝还要早2000万年）的沉积物里，研究人员发现了活跃的细菌和古生菌。这些细胞减少的新陈代谢表明每个细胞一直饮食但非常节俭。在这样严格的约束下，细菌数量相对比较稀疏，大约每立方米的沉积物里只有1000个细胞。
在这些隔离的沉积物中，进化的方式也不尽相同。“如果没有足够的能量以满足每个单个细胞的要求，那么细胞彼此分离简直相当于自杀，”罗伊这样说道。这些古老沉积物种的微生物可能将重心主要放在修复自身的机制，而非大多数其它有机物更加关注的行为：繁殖。
如果这些观点是正确的，那么其中有些有机物可能是地球上最古老的生物之一。“据我们所知，这些环境里的细胞可能有上百万年历史，” 美国南加州大学的微生物家卡特丽娜·爱德华兹（Katrina Edwards）这样说道。
虽然它们非常奇怪，但是生活在海底的玛土撒拉微生物与地球上其它洲地下发现的有机物相比还是非常传统的。设想一下南非姆波内格金矿下方生活着一个细菌物种，它的食物链是从周围岩石里的放射性衰变矿物开始。在地下寻找这些微生物是件精疲力竭的事。“你可能于早上7点与矿业人员一起下去（金矿），但直到10点半你才到达既定地点。由于那里温度和湿度是如此不堪忍受的高，研究人员只有几小时时间去金矿小口径小井的夹缝里搜集样本，然后你得立即返回地面。”
最初，结晶岩更类似于荒凉的家园，而非海洋沉积物，它们在史前就深埋地下，身边不再有有机物质。在地下似乎不太可能找到食物，然而细菌却能够顽强的存活下来。它们的秘诀是什么？答案是铀。随着这种元素的衰变，产生的辐射会通过一个名为辐解的过程，导致水分子分离，释放出自由的氢。随后细菌结合这些氢与岩石中的硫同位素，以产生足够的能量维持生命的存活。
通过这种方式为细胞提供能量，这些细菌成为无需太阳能量输入的特定物种的一部分。“我认为能量源完全独立于光合作用
这类发现拓展了地球上存在的生命的已知边界，在相当长一段时间内，科学家认为深埋地下的有机物只限于简单的单细胞生命形式：细菌、古生菌和少数稍微复杂的真菌和变形虫。虽然它们是了不起的有机体，但它们并不是特别活跃。
昂斯托特发现的恶魔蠕虫表明动物可以生活在地下几千米深处。它们只有半毫米长，但与其它地下深处居住者相比，它们显得几百倍大且更加复杂。“地壳里的生物多样性比我预想的要多的多。” 昂斯托特这样说道。
然而，恶魔蠕虫在金矿地下出现的时间可能相对较晚。对周围水源的同位素测定表明它们大约在1.2万年前到达这样的深度，很可能是随着地下水流入地球内部。更重要的是，当它最后接触大气层时，这些水还包含氧气。一旦氧气用尽，蠕虫会死亡，从进化的角度看它们的存在是转瞬即逝的。
然而，有些动物在这样令人窒息的条件下仍能长时间停留并存活，例如在地中海深处发现的罕见铠甲动物门，它们类似于小型死亡的室内植物。这个250微米长的动物拥有类似花瓶状的兜甲，以及开口处散乱的类似触角般的突出部分。
然而，并非它们的外表吸引了生物学家的注意。意大利安科纳马尔理工大学的安东尼奥·普瑟杜(Antonio Pusceddu)和同事发现了这些铠甲动物门进化出一种独特的新陈代谢方式，它的新陈代谢与其它动物的并不相同，它们并不依赖氧气的存在。相反，它们通过名为氢化酶体的细胞器利用硫化氢产生能量。
没有氧气？没问题
对于德国杜塞尔多夫大学的威廉·马丁（William Martin）来说，铠甲动物门是表明氧气并非复杂生物存在的关键的证据。然而，他也指出，这些生物行动迟缓的行为的确引起对这些发现的质疑。“有些研究人员希望获得铠甲动物门是真正活体的独立确凿证据。”
如果能够获得这些证实，那么这表明深埋地下的生命体可能比之前预想的要更加复杂，这将预示着两个新项目的出现——地下深处生命普查和暗能量生物圈研究中心——这些项目计划在未来几年内对地下生命进行分类。
除了帮助我们更好的理解地球上的生命，这些结果还能帮助我们回顾最早的起源。至少南非辐解细菌为我们提供了有关分子机制的新观点，这种机制使得生命能够在光合作用发生之前繁殖生长。它甚至暗示着生命最初起始于地下。
“生命出现时同时进行着很多狂暴的地质过程，” 舍伍德·罗拉尔这样说道。“但我们必须考虑另外一种非常有说服力的可能性，也即生命出现在温暖的断裂层处，它能够保护生命不受到严重的小行星撞击或者早期地球所暴露的致命紫外线。”毫无疑问这是一种主流理论：大多数人相信海洋的热液喷口是地球生命的摇篮。
但是，即使地壳的断裂处并没有见证第一个生命形式的出现，它们几乎肯定是地球上生命到达尽头时有机物的最后一个避难所。去年英国圣安德鲁斯大学的杰克·欧玛丽·詹姆斯(Jack O’Malley-James)以及他的同事对地球上生命的可能命运进行了建模，因为日益衰老的太阳可能会导致地球的环境越来越恶劣。这个模型表明大约10亿年后，地球上的海洋将会蒸发，唯一存活的生命将位于地下深处，它们可能能够继续活上10亿年。无论是热带雨林、热带草原还是珊瑚礁，地球上最持久稳固的生命特征可能是深海生命。
对于其它星球来说可能同样如此。“深海生物圈的结果完全改变了在其它星球上探索生命形式的策略，”舍伍德·罗拉尔这样说道。“20世纪70年代前往火星的维京人号探险在火星地表寻找生命的迹象，现在我们知道生命的迹象很可能出现在地下层。” 铠甲动物门的发现又燃起了寻找复杂生命形式的新希望。
然而，此刻很多人仍将关注重心放在地下。“这是地球上最后一个未被开发的部分，” 普瑟杜说道。“我们期望未来更多激动人心的发现，包括动物和单细胞有机体。”
生命起源之谜的四个重大进步
揭开生命起源之谜的四个重大进步
大约39亿年前，太阳外行星轨道的一次巨变致使大量彗星和小行星一窝蜂闯进太阳系。由它们的剧烈碰撞造成的大陨石坑至今在月球表面仍清晰可见，地球表面温度迅速升高，变成了熔岩，海洋蒸发后变成了薄雾。
然而，38亿年前形成的岩石可能包含生物进化的证据。如果无机物质可以如此迅速容易地形成生命，那么在太阳系和太阳系之外的星球为何不能存在大量生命呢？如果生物学是物质的固有属性，为何化学家迄今尚无法在实验室重塑生命，或类似于生命的东西呢？
地球的生命起源充满着疑惑和矛盾。活细胞蛋白和构成生命的遗传信息二者孰先孰后呢？在封闭细胞膜尚未将所有必要的化学物质聚在一起的情况下，生物体的新陈代谢如何开始的呢？但如果生命始于细胞膜内部，它又是如何获取必要的营养物呢？这些问题或许看似毫无实际意义，因为生命的确是以某种方式开始的。除了少数坚持一定要弄清楚生命是如何起源的研究人员外，其他的人在此问题上总是失望而归。
许多曾经大有希望的线索最后一无所获，数年的努力付之东流。像分子生物学首席理论家弗朗西斯·克里克(Francis Crick)等知名科学家曾心平气和地说，也许生命在地球上生根发芽之前已在别的地方形成，所以，要找到一个生命起源于地球似乎合理的解释是那么的困难。然而，过去几年，科学家在该领域取得的四个令人吃惊的进步已使他们重塑了信心，相信迟早会找到有关生命起源于地球的合理解释。
原始细胞
第一个进步是有关细胞状结构的诸多新发现，这些结构自然形成于可能存在于原始地球上的多脂肪化合物。这一发现源于三位同事之间的长期争论，争论的焦点集中于遗传体系，还是细胞膜在生命演变中最早出现。他们最终达成了共识：遗传体系和细胞膜一定要一起进化。这三位研究人员是杰克·佐斯塔克(Jack W.Szostak)、戴维·巴特尔(David Bartel)和卢伊吉·路易斯(Luigi Luisi)。
他们2001年在《自然》杂志上发表了一篇论文，宣布培育人造细胞的一个方法是获得平行生长和分裂的原始细胞(Protocell)和遗传分子，而分子将被裹在原始细胞内。他们写道，如果分子赋予这个细胞优于其他细胞的生存优势，那么结果将是“可持续的、具有自动复制能力的体系，与达尔文进化论的描述相符。它也许真的存在。”
佐斯塔克供职于马萨诸塞州总医院，已取得了这个研究项目的理想成果。结构简单的脂肪酸(可能曾经存在于原始地球之上)将本能地形成双层球体结构，与今天活细胞的两层薄膜存在很大的相似之处。原始细胞会吸收融入水中的新脂肪酸并最终分裂。活细胞一般情况下是不可渗透的，具有极为复杂的机制，仅仅承认它们需要的营养物。
佐斯塔克及其同事的研究表明，小分子可以轻易进入原始细胞。但是，如果它们形成大分子，则无法从原始细胞中出来。倘若原始细胞可以将小DNA片段吸收进去，接着以核苷酸(DNA的构造单元)为食，那么核苷酸会自然地进入细胞中，与另一个DNA分子建立连接。上个月，在长岛冷泉港实验室举行的达尔文进化论座谈会上，佐斯塔克表示他对“获取运行于原始细胞内部的化学复制体系十分乐观。”
他希望接下来可以将具有复制能力的核酸与分裂的原始细胞结合起来。佐斯塔克的实验接近于通过被认为曾经存在于原始地球上的化学物，生成自然分裂的细胞。但是，他采用的一些原料都相当复杂，比如核酸的核苷酸构造单元。研究原始地球生命起源前化学的化学家在核苷酸如何自然出现的问题上濒于崩溃。
核苷酸由一个身处一端的像核糖和去氧核醣这样的糖分子，和处于另一端的磷酸盐组(phosphate group)构成。化学家惊喜地发现，像腺嘌呤这样的盐基可以由简单的化学物(如氢化氰)轻易形成。然而，科学家多年努力却化为泡影，因为他们发现腺嘌呤无法与核糖建立天然联系。
自我复制RNA
上个月，英国曼彻斯特大学化学家约翰·萨瑟兰(John Sutherland)在《自然》杂志上发表的一篇论文称，他发现了一个经由生命起源前化学物人工合成核苷酸的惊人途径。萨瑟兰博士并不是通过可能存在于原始地球上的化合物分别培育盐基和糖，他的研究发现在合适的条件下，盐基和糖分可以构成单一单元，所以，根本不需要被连接起来。美国加州斯克里普斯研究所从事生命起源研究的专家杰拉尔德·乔伊斯(Gerald F. Joyce)说：“我认为萨瑟兰的论文是过去五年来生命起源前化学领域的最大进步。”
一旦从化学物质中生成自我复制系统，这就成了遗传史的序幕，原因在于每个分子都带有其祖先的印记。对先于复制技术的化学颇感兴趣的克里克博士曾表示：“想通了这一点，其余的不过是历史而已。”乔伊斯博士一直在培育具有复制能力的RNA分子，以此来研究遗传史的开始。作为DNA 的近亲，RNA几乎肯定作为活细胞的遗传分子先于DNA出现。除了携带信息外，RNA还可作为酶去促进化学反应。
乔伊斯博士今年初在《科学》杂志上报告称，他通过四类RNA核苷酸培育出两个RNA分子，它们可以促进相互之间的合成。他说：“我们最终会拥有可以长生不老的分子，”即一种信息可以无限传递下去的分子。据乔伊斯介绍，这套体系并不活跃，但可以完成生命最主要的功能，比如复制，适应新环境。萨瑟兰说：“乔伊斯距离培育出具有自我复制能力的RNA种类的目标越来越近。所以，只有悲观主义者认为他在几年内不会获得成功。”
一直受分子左右旋问题困扰
另一项惊人突破来自于有关分子左旋与右旋的一系列新研究。一些化学物质——例如由蛋白质构成的氨基酸——以两种镜像形态存在，在很大程度上与我们的左手和右手类似。在最为自然的产生条件下，这些以两种形态存在的化学物质会以混合物形式出现，并且两种状态的数量大致相等。但在活细胞中，所有氨基酸均是左旋，所有糖和核苷酸则均是右旋。
长期以来，目光锁定生命起源以前的化学家便无法解释，在早期地球，第一个活生命系统如何只从这种混合物中提取一种类型(左旋或者右旋)的化学物质。左旋核苷酸形同毒药，原因就在于阻止右旋核苷酸在一条链条上连接以形成RNA(核糖核酸)或 DNA(脱氧核糖核酸)等核酸。乔伊斯博士将这一问题称之为“最初的顺式”。在提到左旋和右旋形态的结构时，这位化学家使用了“顺式”和“反式”这两个专业术语。
令化学家意想不到的是，“最初的顺式”现在已经不是一个令他们头痛的问题。包括伦敦大学帝国学院的堂娜·布莱克默德(Donna Blackmond)在内的研究员已然发现，通过不断的冷冻和融解，一个由左旋和右旋分子构成的混合物能够被转换成单一形态。
海水与淡水哪个才是生命摇篮？
借助于最近取得的这4项突破——佐斯塔克博士的原生态细胞、可自行复制的RNA、核苷酸的自然合成以及对左右旋的一种解释——研究生命起源的科学家看到了非常乐观的前景，尽管他们仍有很长的一段路要走。萨瑟兰博士说：“在我看来，我们所有人都要比5年或者前更为乐观。”
当前摆在科学家面前的其中一个问题是，科学家至今仍未对生命起源的环境达成一致意见。包括古瑟尔·瓦切特沙瑟尔(Günther W?chtersh?user)在内的一些化学家指出，生命起源于火山环境，例如海洋深处的火山口。他表示，这些火山口拥有气体和金属催化剂，第一个新陈代谢过程可能就在此发生。
但很多生物学家认为，在海洋内，生命起源所需的要素通常在很大程度上被海水冲淡。相比之下，他们更愿意相信温暖的淡水水域才是生命的起源地，这一点与达尔文的观点一致。他们指出，淡水水域边缘周围出现的周期性变湿和蒸发产生了有益的浓度和化学过程。
没有一个人确切地知道生命何时出现。有关活细胞的最老且被广泛接受的证据是在安大略“冈弗林构造”发现的距今19亿年的细菌化石。但在格陵兰两个地区发现的岩石——含有与众不同的碳同位素混合物——也可以成为生物进程的证据。相比之下，它们的历史更为悠久，距今38.3亿年。
重轰炸不可能消灭一切细菌
安大略发现的岩石处在后期重轰炸期(大约39亿年前，巨大的彗星和小行星降落到地球和月球头上)，地球表面可能没有任何细菌存在，在这种情况下，生命如何迎来一个快速启动式的开始呢？美国科罗拉多州大学地质学家史蒂芬·莫契斯(Stephen Mojzsis)曾对其中一个格陵兰岩石发现地进行分析。在5月出版的《自然》杂志上，莫契斯表示后期重轰炸期不可能消灭一切生灵，他的这一观点得到很多人的认同。莫契斯认为，生命起源于海洋深处，拥有更为悠久的历史并且在后期重轰炸期幸存下来。
最近对锆石进行分析发现的证据显示，稳定的海洋和陆壳早在44.04亿年前就已出现，而地球则是在此前1.5亿年形成的。在引发巨变的轰击发生前，生命可能用了5亿年时间才踏上征程。
让地质学家产生分歧的是，格陵兰岩石是否真的提供了生物进程迹象。通常情况下，地球化学家只能对原始大气的构成进行预测。乔伊斯表示，生命起源前化学领域先驱莱斯利·奥格尔(Leslie Orgel)经常说：“几年之内，原始地球的环境就会再次发生变化。”乔伊斯曾经是奥格尔的学生。
在研究生命如何起源方面，化学家和生物学家在很大程度上要依靠自身的力量。由于缺少化石证据，他们并不确定第一个生命体在何时、何地以及如何出现，因此只能通过在实验室进行重新创造的方式解答这些问题
关于生命起源的6大理论
地球生命究竟来自于哪里？这个问题从人类诞生之初就一直盘桓在古人的脑海中。尽管，千百年来世界各地的人都相信有一个超越于万物的造物主创造了生命，并主宰着这些生命的生死乃至于一切。然而，还是有一些人孜孜不倦的寻找着真相。
NASA
大多数科学家都相信生命是由最基本的有机分子发展演变来的。
从达尔文的进化论，到目前流行的宇宙大爆炸假说，科学家们对于生命起源提出了各种理论。今天，我们就来盘点一下其中6种最具影响力的理论。在庸常俗世中，偶尔回到蛮荒原始时代，去寻找生命起源的蛛丝马迹，也未尝不是一种休憩。请继续阅读本文。
1.胚种论（Panspermia）
根据这种理论，地球最初的生命来源于宇宙空间，比如火星。当天体相撞时，陨石便划过天际飞向地球，最终在地球生根发芽。而陨石上的微生物便是地球生命的胚芽。关于这一点，一些科学家提出争议，那就是，如果我们都是“火星人”，是不是其它星球也存在与我们相同的生命形式？这一点只有等到我们与外星人相见那一刻才能得到证实了。
2.RNA起源说
核糖核酸RNA与脱氧核糖核酸DNA一样有着储存信息的作用，帮助DNA和蛋白质的形成。
在机体中，RNA还有着打开或者关闭某些基因的功能。一些科学家认为，生命是从RNA开始，而RNA则是在地球上自发形成的。
3.冰雪地球
在30亿年前，地球上覆盖着厚厚的冰层。这些冰层大概有几百米厚，保护了一些有机物质躲开紫外线的照射，以及天体撞击造成的损害。因此，有机物质得以在水中慢慢滋生繁衍，最终形成我们今天的万物。
4.深海烟囱论
这种理论认为生命起源于海底热泉的通风口，最初富含氢气的有机微粒便是从这个口中喷出。然后，热泉边的岩石凹陷处将这些有机微粒集中到一起，并给它们提供丰富的矿物养分。即便是今天，这些海底热泉依然富含大量的化学物质和热能，滋养着充满生气的生态系统。
5.泥土造物论
许多科学家认为最早的有机生命体应该起源于泥土。他们认为泥土不仅使有机微粒聚在一起，更帮助它们逐步形成我们今天的基因模式。DHA的一大作用就是储存分子如何排列的信息，DAN的发生次序对于蛋白质内氨基酸的排列模式起到至关重要的作用。而泥土中的矿物晶体将有机分子按照某种模式排列起来。逐渐的，有机分子自己也具有了自我组织的能力，并慢慢形成了今天的万物。
6.电火花
电火花可以使空气中的水、甲烷、氨气和氢气通过化学作用形成氨基酸和糖分。这一点使得许多科学家相信生命最初的物质是通过大自然中的电力效应产生的。然而，目前的研究发现，在地球早期空气中是没有氢气的。因此，一些科学家认为地球生命最早是由火山云中的甲烷、氢气、氨气以及闪电共同创造的。
