在1977年2月一个风平浪静、万里无云的日子里，杰克·科利斯和两位同伴挤进了研究潜水器“阿尔文号”狭小拥挤的船舱，告别了水面上的两艘支援船，开始了漫长的黑暗下降。大约90分钟后，“阿尔文号”在太平洋水面以下一英里半的海底滑行。身材魁梧的俄勒冈州立大学海洋地质学家科利斯透过舷窗，寻找一种人们怀疑存在但从未见过的现象：海底温泉。
探照灯熊熊燃烧，“阿尔文号”在加拉帕戈斯裂谷上方的黑色水域中巡航。加拉帕戈斯裂谷是一条位于赤道上的海底火山脊，在厄瓜多尔以西200英里处。科利斯和其他人推测，正是在这样一个地方，如果这些所谓的热液喷口存在的话，就会被发现。突然，就在前方，他们发现了一大簇蛤蜊。这很奇怪。这么多足有一英尺长的蛤蜊，为什么会出现在离它们食物来源如此远的地方呢？
“阿尔文号”漂得更近了，科利斯也更靠近舷窗。“我看到一层闪烁的水幕，”他回忆道，“它让我想起了热路面上空气的波动。”“阿尔文号”伸出了机械臂，手中夹着一个温度计；44度。按陆地标准来说并不算特别温暖，但在海洋深处，那里的气候通常接近冰点，这简直是浴缸的温度。潜艇船员欢呼雀跃。那闪闪发光的水幕实际上是一层从岩石地板上升起的水。科利斯和他的团队找到了他们的海底热液喷口。
结果，科利斯的团队在加拉帕戈斯裂谷中又发现了四个温泉，自最初的探索以来，其他海域底部也发现了许多其他喷口。在这些喷口中，海水渗透过迷宫般的矿物质衬里裂缝，遇到地壳深处的岩浆。被岩浆加热后，水向上涌出，形成科利斯注意到的那种闪烁的水幕，或者形成湍急的黑色烟囱。团队还发现了围绕喷口聚集的奇异生命形式——巨型蠕虫和盲目的白色螃蟹在凸起的熔岩枕上爬行。这个广阔的水下世界有一种奇特而原始的特质，仿佛是来自原始地球的遗留物。
“这真是太神奇了，”科利斯说。“我开始思考这一切可能意味着什么，然后一个有些天真的想法浮现在我脑海中：热液喷口会不会是生命起源的场所呢？”
关于生命起源的问题，古老如《创世纪》，新鲜如每个新的早晨。对科学家来说，没有确切的答案。但是，如果至今没有人揭示出这个秘密，那也并非因为缺乏努力。那些调查生命起源的人是一群吵闹、争执不休的群体，他们中没有人能完全以相同的方式看待事物；而且，要证明或推翻任何特定的论点都极其困难，这并没有起到帮助作用。毕竟，你如何真正了解地球在46亿年前形成时发生了什么？然而，这些科学家可以达成共识的两件事是，无论第一种生命是什么样子，它们都必须能够自我复制并携带信息。
自我复制是任何生命定义的核心。鸟会做，蜜蜂会做；当然，我们的进化祖先，无论多么简单的生物，都必须能够做到。为了维持生命，关于自身的信息必须从一代传给下一代。正是这些信息，以可遗传特征的形式，赋予生命连续性。正是这些特征随着时间的推移偶然改变，使得进化成为可能。我们通过基因来做到这一点。但完全不清楚的是，我们的古代祖先是如何做到的，或者这些祖先采取了何种形式。进化生物学家已经将我们的家谱追溯到细菌，这种单细胞生物已在35亿年前的岩层中被发现。但即使是这些原始生物也已经相当复杂。它们拥有DNA和RNA基因，由蛋白质、脂质和其他成分构成。在此之前，必定存在更简单的东西。
1981年，科罗拉多大学的托马斯·切赫发现了一种能作为酶发挥作用的RNA，部分地触发了自身的复制，这为我们提供了关于可能是什么的线索。在此之前，人们认为复制只有通过DNA（遗传信息库）、RNA（信息移动分发者）和蛋白质（专门构成催化该过程的酶）的协同作用才可能实现。现在，切赫证明了RNA可以作为酶，因此它曾经可以独自完成整个过程。这一消息震惊了科学家，他们热情地描绘了一个由裸露的RNA基因居住的古代世界，这些基因快乐地自我复制，直到DNA和蛋白质进化出来协助这一过程。由此，活细胞和我们称之为祖先的细菌得以发展。
但尽管这个提议的RNA世界无疑更接近生命的起源，但它显然不是开端。尽管比细菌简单得多，但RNA仍然是一种复杂的分子机器，包含30多个原子以复杂、相互连接的方式连接。它不可能完全形成于原始景观中。在此之前，必定存在某种东西。那种东西必然是构成所有生命的简单碳基分子——有机化合物。
那些最初的有机化合物是什么？它们是如何形成的？这些问题困扰着生命起源的研究人员。多年来，他们提出了许多富有想象力且备受争议的可能性。也许最有影响力的一种是在四十年前首次浮出水面，当时芝加哥大学的一名研究生斯坦利·米勒通过一项戏剧性的实验，在实验室中模拟了生命的创造。
如今，米勒是圣地亚哥加利福尼亚大学著名的、精力充沛的62岁化学教授。然而，早在1953年在芝加哥时，他几乎不知道自己将要面对什么。“我的研究主管哈罗德·尤里做了一个关于地球和太阳系起源的演讲，”他回忆道。“他说，如果你有一个像早期地球那样的大气层，你就应该能够很容易地制造出有机化合物。我说，‘我想做这件事’，但他试图劝阻我。这是一个非常冒险的实验，他的职责是确保我在几年内完成一篇合格的论文。我说，我先试六个月到一年，如果不行，我就做些常规的事情。”
尤里同意了，两人开始着手工作。他们设计了一个玻璃装置，基本上由两个连接在一个封闭玻璃管环内的烧瓶组成。米勒将认为存在于早期大气中的气体：氢气、甲烷、氨气和水蒸气泵入较大的烧瓶。较小的烧瓶他部分装满了水——它代表了原始海洋。然后，他通过气体混合物发射电击以模拟原始的闪电风暴。一个星期，电流火花四射，而米勒则坐在一旁观察会发生什么。
“没过多久我就知道我成功了，”他说。“有机物源源不断地涌出。这非常令人兴奋。”
科学家们观察着，液体从气体室中滴落，将海洋中清澈的水变成粉红色，然后深红色，再变成黄棕色。当米勒分析这种混合物时，他发现它含有氨基酸，即蛋白质的构成单元。闪电重新组织了大气中的分子，产生了有机化合物。看来制造有机物比任何人想象的都要容易。也许生命起源本身就很简单，只不过是早期地球基本条件的常规结果。
人们震惊了。全国各大报纸刊登了文章，引发了预测，认为研究人员将像弗兰肯斯坦博士一样，很快在实验室中制造出活体生物。盖洛普民意调查询问人们是否认为在试管中创造生命是可能的。（78%的人回答——也许是充满希望地——不可能。）而这个简单的实验（米勒说：“它太容易了——高中生现在都用它来赢得科学竞赛。”）引发了一系列研究，结果通过类似的方法产生了许多其他有机化合物，包括腺嘌呤和鸟嘌呤，它们是RNA和DNA的两种成分。
由此形成了一个主导生命起源情景的图景。大约40亿年前，闪电（或紫外线或热量等其他能源）刺激富氢大气产生有机化合物，然后这些化合物降雨般落入原始海洋或其他合适的_水体_，如湖泊、河流，甚至查尔斯·达尔文曾经建议的一个温暖的小池塘。一旦进入那里，这些简单的化合物或单体相互结合，产生更复杂的有机物或聚合物，这些聚合物逐渐变得更加复杂，直到它们聚结成自我复制的RNA的雏形。随之而来的是RNA世界，最终进化成细胞和早期细菌祖先。
这个画面既强大又吸引人，但并非所有生命起源研究人员都信服。就连米勒也对它的某些方面束手无策。“第一步，制造单体，这很容易。我们很清楚。但接下来你必须制造第一个自我复制的聚合物。那很容易，”他说，语气中带着明显的讽刺。“就像在股市赚钱很容易一样——你所要做的就是低买高卖。”他笑了。“没人知道那是怎么做到的。”
有些人会说，这句话同样适用于最初的简单步骤，即简单有机化合物的产生。例如，如果原始大气与米勒和尤里想象的完全不同呢？那时要产生有机物还会那么容易吗？
“米勒-尤里实验是一个坚实的基础，因为它与当时存在的理论相符，”圣路易斯华盛顿大学的地球化学家埃弗雷特·肖克说。“问题在于，随后的研究推翻了许多这些想法。米勒-尤里大气中含有大量的氢。但现在人们认为早期地球的大气层氧化程度更高。”
这使得米勒的设想可能性降低，因为在有氧气的情况下制造有机分子要困难得多。富氢大气相对不稳定。当被闪电或其他能源击中时，这种环境中的分子很容易相互结合形成有机化合物。但在高度氧化的大气中则不然。虽然能量的注入可能会导致一些简单的有机物形成，但在大多数情况下，结果是像一氧化碳和氮氧化物这样的无机气体。“这些是烟雾的成分，”肖克说。“所以基本上你得到的是大量的空气污染。”
“这在过去10到15年里一直困扰着人们，”位于旧金山南部美国宇航局埃姆斯研究中心的行星科学家克里斯托弗·奇巴说。“我们之所以存在，与早期地球对有机物形成并不十分友好的证据之间似乎存在矛盾。你如何解决这个困境？一种方法是利用小行星，尤其是彗星富含有机化合物的事实。也许有一种方法能让这些有机物完好无损地到达早期地球。”
换句话说，生命的开端可能来自星际空间。这个想法并非听起来那么牵强。“如果你去月球，”奇巴说，“或者看看火星或水星上的陨石坑，你会发现整个内太阳系当时正遭受来自太空的强烈轰击。你可以推断地球也同样如此。事实上，在19世纪初，人们在陨石中发现了有机分子，尽管有些人怀疑它只是在降落后的数千年里获得了地球上的有机物。然而，在1969年，当一块陨石坠落在澳大利亚默奇森时，这种怀疑被彻底打消了。及时的检查揭示了大量的氨基酸、RNA和DNA的组成部分，以及其他有机化合物。”
奇巴说，最近，在1986年，欧洲和苏联的航天器飞越了哈雷彗星。人们一直强烈怀疑彗星富含有机物，而航天器的观测结果绝对证实了这一点。陨石中有机物的比例不超过其质量的二十分之一，而飞越探测发现哈雷彗星完全由三分之一的有机化合物组成。
然而，奇巴说，很可能大多数陨石和彗星上的有机物从未到达地球。在这些速度下，至少每秒10到15英里，撞击时达到的温度如此之高，以至于几乎所有东西都会被烧焦。而那些幸存下来的有机物可能数量太少，分布太散，无法进化成生命。
但行星际尘埃粒子（简称IDP）是另一回事。与它们的较大表亲不同，这些微小颗粒，大小不超过0.004英寸，经常到达地球。“它们在大气层中被大大减速，”奇巴说。“然后它们会漂浮数月，甚至数年，然后才降落。美国宇航局使用改装过的U2间谍飞机，机翼上装有粘合剂收集器，直接在大气层中收集IDP。研究人员发现，IDP也含有有机物质——尽管只有大约10%。”也许，然后，尘埃将生命的物质播撒到了早期地球。
毫不奇怪，并非所有人都这么认为。“如果你必须依赖像IDP中发现的那么少的有机物质，”米勒说，“那么从在地球上创造生命的角度来看，你已经破产了。你已经到了第十一章。因为你根本没有足够的。他的观点基于简单的常识：有机物越多，它们之间相互作用的可能性就越大。有机物太少，很可能它们根本无法聚集在一起开始生命过程。来自外太空的有机物，”米勒嘲笑道。“那是垃圾，真的。”
关于生命源于地球外的观点，还有一个可能的缺点，奇巴本人也承认。“早期地球的表面会是一个非常恶劣的地方，”他说。“最大的撞击会产生足够的热量，足以蒸发整个海洋，可能不止一次。撇开最大的撞击不谈，海洋表面以上数十米的范围会经常被蒸发，地球表面会被这些巨大撞击彻底消毒。”
那么，在这样一个噩梦般的环境中，新生的生命如何在足够程度上得到保护呢？唯一安全的地方——至少在最后一次完全蒸发结束后——会是深海。杰克·科利斯说，这就是热液喷口发挥作用的地方。
自发现加拉帕戈斯温泉以来，科利斯（现就职于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心）和越来越多的同事一直在推动热液喷口是生命诞生地这一观点。“温泉的妙处在于，”科利斯说，“它们提供了一个良好、安全、连续的过程，你可以通过这个过程从非常简单的分子一直发展到活细胞和原始细菌。”
关键在于“连续”这个词。因为除了为生命发展提供安全的港湾外，喷口还提供了自然的温度梯度。喷口拥有一切，从内部的裂缝前沿（温度高达1300度，来自上方渗透下来的冷水使过热的岩石开裂），到40度的海底。科利斯说：“无论你想要什么温度，你都可以选择。”任何化学家都会告诉你，凡是有温度梯度的地方，你都会发现化学反应——甚至可能是启动生命的反应。
科利斯设想的反应始于地壳深处半英里处的裂缝前沿，海水在那里遇到炽热的岩浆。在那沸腾的坩埚中，碳、氧、氢、氮和硫等元素相互作用，形成了新的有机化合物。科利斯说：“就像米勒-尤里实验一样，如果你将简单的分子加热到高温，你就可以制造有机化合物。”
但热量是一把双刃剑。它能促进化学反应，但也能破坏这些反应的产物。如果长时间暴露在高温下，有机化合物就会分解。这是一个非常简单的论证：如果你把烤肉在温度过高的烤箱里放太久，它就会烤焦，米勒说，他对这个设想也没多大兴趣。“喷口假说完全是输家。我不明白我们为什么还要讨论它，”他说道，声音因恼怒而变得尖细。
然而，科利斯认为他有一个王牌：喷口的温度梯度。他认为循环的海水很可能立即冷却了新形成的化合物。“如果你非常迅速地淬火它们，你就可以保存它们，”他说。“然后它们上升、混合，在温泉中向上移动，穿过这个巨大的裂缝复合体，随着移动而冷却。”
最终，有机化合物沉积在喷口口部衬里的粘土矿物上。它们就在那里停留下来。这些化合物没有简单地出现并消散到广阔的海洋中，在那里它们可能永远不会遇到另一个有机分子，而是聚集在粘土表面。在那里，在一个集中的群落中，它们能够相互作用，并与温泉中源源不断的新化合物相互作用，直到随着时间的推移，原始生命的最初萌芽出现。
“这是完美的环境，”科利斯说，“你设计不出更好的了。温泉上部裂缝中衬里的粘土矿物，为有机物质提供了一个附着的地方。这是集中在裂缝前沿生成的有机物质的理想方式。现在，它可以在那里积累和进化。”
这一前景得到了支持，因为在动荡的早期地球，热液喷口可能比现在多得多。“据推测，原始地球内部更热，因此有更多的热液循环来冷却物质，”埃弗雷特·肖克说。“因此，生命可能进化的避风港也更多。”
此外，衬在喷口上的粘土可能不仅仅是有机化合物进化的便利介质。格拉斯哥大学的化学家A. 格雷厄姆·凯恩斯-史密斯将粘土视为解决简单有机物如何一跃成为自我复制遗传物质之谜的答案。事实上，凯恩斯-史密斯将粘土本身视为第一种遗传物质，他称之为“晶体基因”。
他解释说，粘土矿物是由水侵蚀岩石形成的晶体。而粘土，像任何晶体一样，会自行生长——想象一下窗玻璃上膨胀的霜晶。换句话说，晶体可以自我复制。所以，如果自我复制是关键，那么生命并非始于有机分子。生命始于晶体。也就是说，它始于粘土。
这不是一个新想法——《圣经》很久以前就以稍有不同的形式提出了它。但在凯恩斯-史密斯手中，这个概念带上了富有启发性的现代色彩。“我倡导一种更早的遗传物质，它与DNA和RNA从根本上不同，”他说，“你需要一个进化的前一阶段，在这个阶段中，当前的进化手段本身正在进化。”
再次想象一个热液喷口，有机化合物沉淀在裂缝中衬里的粘土晶体上。但这种粘土并非惰性表面，有机反应只是碰巧在其上发生——它是有生命的，会生长，甚至会辅助这些反应。随着晶体的生长，它们形成了与水流中上升的有机分子完美契合的角落和缝隙。这些分子像钉子完美地嵌入孔板上的孔洞一样，安稳地扎根于这个表面。一旦到达那里，它们就与舒适地栖息在相邻生态位中的其他分子发生反应。由于定位如此精确，类似的反应可以反复发生。因此，晶体实际上催化了新有机化合物的形成。
随着时间的推移，有机物进化成RNA，而RNA凭借其强大的互锁结构，也投桃报李，帮助生长的粘土晶体。凯恩斯-史密斯说：“我不认为RNA的遗传功能是首要的。我猜测它最初具有结构功能。它帮助晶体粘合在一起。最终，当它成为一个自我复制的分子时，RNA抛弃了它的粘土支架。早期生命就此独立发展。”
这种设想，尽管看似吸引人，但——像许多其他设想一样——对米勒来说太过牵强了。“不是说我不想接受新想法——那很好，”他说，“问题是，这种化学反应是否有效？真的能在实验室中起作用吗？要么有效，要么无效。”他的观点很有道理。无论对米勒的想法有什么其他评论，他的实验确实奏效了。空谈，即使是知识渊博的谈话，也是廉价的。如果这些晶体、喷口和星际粒子的拥护者想要产生与米勒相当的影响，他们就必须证明他们的设想。
但是怎么做呢？你不能试图在现有的温泉中创造早期生命——它们已经充满了细菌和其他生命形式，所以环境不可能与原始星球上的相同。而在实验室中重现一个古老的热液喷口是一个令人难以置信的设想。尽管如此，喷口研究人员仍在忙碌地进行旨在实现这一目标的实验。在其他地方，奇巴正在与卡尔·萨根等人合作，试图确定地外物体与生命起源之间可能的联系。凯恩斯-史密斯则正在研究矿物和有机化合物之间的化学关系。
但是，尽管凯恩斯-史密斯承认实验证据的重要性，但他却愉快地承认自己可能永远无法提供任何证据。“我希望那些拥有新技术的人，或者那些做出恰当发现的人，会打电话给我，说‘顺便说一下……’。生命的起源取决于各种偶然情况。证明它如何发生需要另一份好运。”
