1958年，一位名叫斯坦利·米勒的年轻科学家对一组简单的气体混合物进行了电击，旨在模拟我们原始的、无生命的地球的大气。这是他本人在五年前进行的一项历史悠久、令人回味的实验的续篇。但不知何故，他从未完成后续工作。他按部就班地收集了样本并将其存放在小瓶中，但由于健康状况不佳还是不满意，他从未对其进行分析。
这些小瓶被遗忘在角落，放在米勒办公室的一个纸板箱里，未曾开启。但出于科学家的严谨，他从未丢弃它们。1999年，这些小瓶更换了主人。米勒中风后，将他旧的设备、档案和笔记本留给了他的一位前学生杰弗里·巴达（Jeffrey Bada）。直到2007年，巴达才意识到自己继承了这些历史珍宝。“里面装满了精心标记的微小玻璃瓶，瓶上的页码指向斯坦利的实验记录。我惊呆了。我们正在审视历史，”他在《纽约时报》的采访中说道。
到那时，米勒已完全丧失行动能力。不久之后，他因心力衰竭去世，但他的遗产得以延续。巴达的学生埃里克·帕克（Eric Parker）最终利用现代技术分析了米勒的样本并发表了结果，完成了这项始于53年前的实验。
米勒在1953年的原始实验中，还是一个研究生，与他的导师哈罗德·尤里（Harold Urey）合作。这是最早尝试解决生命如何起源这一看似难以克服的问题的实验之一。在他们的实验室里，两人试图重现早期无生命地球的条件，模拟一个充满简单气体并伴有闪电的地球大气。他们在一个烧瓶中装满了水、甲烷、氨和氢，并通过它们产生了电火花。
结果，无论是字面意义上还是比喻意义上，都如同“瓶中的闪电”。当米勒查看烧瓶中的样本时，他发现了五种不同的氨基酸——蛋白质的构成单元，也是生命必需的成分。
这些结果与生命起源的相关性有待商榷，但其影响力不容否认。它们开启了整个研究领域，登上了《时代》杂志的封面，并使米勒成为名人。尼克·莱恩（Nick Lane）在他的著作《生命上升》中生动地描述了该实验的反应：“米勒对简单的气体混合物进行了电击，生命的构成单元就这样从混合物中凝聚出来。仿佛它们在等待被召唤而存在。突然间，生命起源看起来变得轻而易举。”
在接下来的十年里，米勒对他的原始实验进行了多次改进。他向电击室注入了热蒸汽，以模拟火山爆发，这是我们原始星球的另一个重要特征。这次实验的样本正是巴达继承的未被检查的小瓶中的一部分。2008年，巴达的学生亚当·约翰逊（Adam Johnson）发现这些小瓶中含有比米勒在1953年最初报告的更广泛的氨基酸。
米勒还调整了电击烧瓶中的气体。他再次进行了实验，引入了两种新气体——硫化氢和二氧化碳，与氨和甲烷一起。现在重复同样的实验会很容易。但帕克和巴达想查看米勒自己收集的原始样本，即使只是为了它们“重要的历史意义”。
使用比米勒当年使用的灵敏度高约十亿倍的现代技术，帕克在小瓶中识别出了23种不同的氨基酸，远远多于米勒最初描述的五种。其中七种含有硫，这取决于你看待它的方式，是科学史上的第一次，还是旧闻。自那以后，其他科学家也曾在类似实验中产生含硫氨基酸，包括卡尔·萨根（Carl Sagan）。但令所有人（包括米勒自己）未曾想到的是，米勒比他们早了几年。他甚至比他自己还早——直到1972年才发表了他产生含硫氨基酸的结果！
米勒小瓶中的氨基酸都以两种形式的等量混合物存在，每种都是另一方的镜像。这只会在实验室反应中看到——在自然界中，氨基酸几乎完全以一种形式存在。因此，帕克和之前的米勒一样，确信这些氨基酸不是来自污染源，比如爬进小瓶的某个细菌。
设想一下，一颗年轻而动荡的行星，饱受火山爆发、有毒气体和闪电的折磨。这些成分结合在一起，在水池中“酿造”出生命的“原始汤”，形成生命的先驱。此外，从太空中坠落的陨石也可能增加了积累的分子。毕竟，帕克发现米勒样本中的氨基酸组合与1969年降落在澳大利亚的默奇森陨石中发现的氨基酸组合非常相似。
这些画面很有说服力，那为什么人们并不更兴奋呢？吉姆·卡斯廷（Jim Kasting），一位研究地球大气演化的科学家，呼应了我采访过的许多人，他说：“我对它并不感到激动。”该研究的主要问题是，米勒对早期地球的条件可能判断错了。
通过分析古代岩石，科学家们后来发现，地球从未富含甲烷、硫化氢或氢气等富氢气体。如果你用更现实的混合物（富含二氧化碳和氮气，仅含痕量其他气体）重复米勒的实验，将很难在产生的混合物中找到氨基酸。
帕克承认这个问题，但他认为地球上可能有一些特殊地点具备合适的条件。例如，火山爆发会喷出大量的硫化物以及甲烷和氨。这些气体，在闪电风暴中喷发，可能产生了氨基酸，然后它们随着雨水落下并聚集在潮汐池中。但卡斯廷仍然不相信。“即使那样，还原性气体的浓度也不会像这个实验中那样高。”
即使我们年轻的地球具备了产生氨基酸的条件，这在20世纪50年代看来也是一项不那么令人印象深刻的壮举。“氨基酸已经过时了，离生命还有很长的路要走，”尼克·莱恩说。事实上，正如米勒的实验所示，创造氨基酸并不难。更大的挑战是创造核酸——RNA和DNA等分子的构成单元。生命起源在于这些“复制因子”的起源，即能够自我复制的分子。莱恩说：“即使你能在‘汤’的条件下制造出氨基酸（和核酸），这对生命起源的影响也非常小，甚至没有影响。”
问题在于，复制因子并不会自发地从其构成单元的混合物中出现，就像你不会指望通过将一些零件扔进游泳池来建造一辆汽车一样。核酸天生就“害羞”。它们需要被强行驱动才能形成更复杂的分子，而偶尔的闪电不太可能就足够了。这些分子必须集中在同一个地方，并有持续的能量和催化剂来加速过程。“没有这些，生命就永远不会开始，而‘汤’几乎无法提供这些，”莱恩说。
深海热液喷口是生命起源更好的场所。在海洋深处，这些岩石烟囱喷出过热的水和富含氢的气体。它们的岩石结构包含一个迷宫般的小腔室，可以将生命的构成单元浓缩成密集的群体，并且含有能够催化它们聚集的矿物质。远离“悠闲的汤”的景象，这些翻腾的环境是目前生命孵化地的最佳猜测。
因此，米勒的标志性实验及其如今已完成的后续工作，可能无法揭示生命的第一步。正如亚当·卢瑟福（Adam Rutherford），一位正在撰写一本关于生命起源的书的作者所说：“这真的只是一个历史性的事件，就像发现达尔文在他的笔记中描述过一只“迅猛龙”一样。”
分析米勒的小瓶，至少证明了严谨科学工作的重要性。这个人准备样本如此干净，记录笔记如此详尽，并且如此小心地保存一切，以至于他的同时代人可以在五十年后继续他的工作。
参考资料： Parker, Cleaves, Dworkin, Glavin, Callahan, Aubrey, Lazcano & Bada. 2011. Primordial synthesis of amines and amino acids in a 1958 Miller H2S-rich spark discharge experiment. PNAS http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1019191108
照片由Carlos Gutierrez和Marco Fulle提供。
