莎士比亚说，人类是宇宙的精华。如果这句话是对的，那么人类是宇宙中唯一的精华吗?会不会有比人类更高级的生命呢?最近，英国科学家给出了一个与众不同的说法。
莎士比亚曾经借哈姆雷特之口，这样表达了人类的自豪：人类是宇宙的精华!但随着我们的视野伸向太空，才逐渐感到，在宇宙深处，可能还存在着更高级的智慧生命，我们不过是一个“小角色”而已。但要证实这个猜测，最好的办法还是找到我们的宇宙伙伴——外星人。
为了尽快找到外星人，半个多世纪以来，人类什么手段没试过：我们研制的空间望远镜功能越来越强大，可以把天空扫个遍;我们殚精竭虑地设计了各种信号，向外星人发去问候……但多少次我们从惊喜的巅峰摔到了失望的谷底。譬如1960年代，科学家就一度把脉冲星信号看作了空间小绿人给我们的回音。至于家门口的那个“火星叔叔马丁”让我们魂牵梦绕了多少年，那就更别提啦!
可是另一方面，随着高性能望远镜紧锣密鼓的搜寻，越来越多类地行星进入我们的视野。尽管迄今还没有发现一颗跟地球完全一样的行星，但种种迹象表明，宇宙中适宜生命栖居的行星并不罕见。
这就把我们带回到了一个由来已久的谜团：既然宇宙中有很多适宜生命居住的家园，那么为什么找不到外星人呢?
当然也有人曾提出过种种开脱的理由：或许外星文明还没有来得及到外星球殖民，就毁灭啦;或许即便万事俱备，生命也很难产生——比如有人就提出，地球上的生命种子并非“土生土长”，而是来自太空……但这些观点总是不能让人信服。
既然不能通过外部来回答这个问题，那么能否通过审视地球生命，来找到一点线索呢?
上篇 生命诞生并不难
生命需要能量的支撑
谁都知道，要想活命，就要吃东西。我们所吃的食物最后都转化为了给细胞提供动力的“燃料”。但对于现代细胞来说，这“燃料”的利用是极其复杂的，而且这一套复杂的机制，本身就是进化的产物，对于原始生命来说，显然并不具备。
那么地球上产生原始生命所需的能量来自何处?传统观点是：来自闪电或者紫外线的辐射。
这些观点靠谱吗?
先来看闪电。首先，闪电释放能量的特点是时间短、能量大，但无法收集和储存，我们至今还没有发现任何一种细胞或动植物能获得这种形式的能量。原始生命恐怕也无法获得这种能量。
那么紫外线呢?的确，今天个别单细胞生物和大多数的植物都能通过光合作用从太阳获得能量，但光合作用涉及的过程很复杂，最初的生命应该也不会具有此项本领。
那么最早的生命又是如何获得能量的呢?
对此，可供我们探索的有两条线索：第一条线索来自对现代单细胞生物基因组的比较和研究。通过这种比较，我们可以为它们建立“族谱”，追溯它们共同的祖先。研究表明，最早的细胞很可能是从H2和CO2的反应中获得碳和能量的。这个反应除了直接生产有机分子，还能利用释放的能量，把小分子“串接”成有机高分子，而生命的物质基础正好是复杂的有机高分子。
第二条线索来自对细胞能量产生机制的研究。科学家通过研究认为，细胞可以靠一种电活动来获得能量。这个观点是1961年由英国生化学家彼得·米切尔提出的，但因为太出人意料，在争论了近20年之后才被大家所接受。
生命离不开电活动
米切尔提出，在现代的多细胞生物中，细胞获得能量靠的是一种电活动。具体说来，靠的是线粒体内膜两侧因H+浓度不同而产生的电位差。因为H+带正电荷，在膜两侧由于浓度的不同就形成了大约150毫伏的电位差。这听起来似乎不算多，但考虑到膜的厚度大概只有1毫米的500万分之一，所以这个电场的强度是极其惊人的，能达到3千万伏特/米，与闪电相当。单细胞生物完全可以用它来驱动鞭毛运动，或者用来提供其它动力。至于单细胞生物，虽然它们体内没有线粒体，但上述能量产生机制依然存在，只是产生电位差的不是线粒体膜，而是细胞膜。
米切尔的这个理论后来得到了证实，他因此荣获1978年诺贝尔生理或医学奖。
虽然这套能量产生机制对于现代细胞来说也是极其复杂的，但既然它为单细胞和多细胞生物所共有，那么可以推测，最早的单细胞生物也完全可以利用这个机制产生能量，只是这套机制当时还没有变得像现在一样复杂而已。这就好比一架机器，开始比较简单，经过世代的改进，如今已变得精巧复杂，但其基本的工作原理却从一而终，没有太大的变化。
诞生生命的摇篮
那么，早期生命是如何完成今天需要很复杂的机制才能胜任的这一工作的?科学家想到了深海热液。
提起“深海热液”，许多人立马会想起海底的黑烟囱，这种黑烟囱存在于海底火山口附近，这种热液是酸性的。但我们这里指的是一种碱性的海底热液，它靠海水渗进地幔中的橄榄石矿而形成。
橄榄石和海水反应，生成蛇纹石，这个过程叫“蛇纹石化”。这一过程会产生碱性溶液(也就是H+浓度较低的溶液)和氢气。当它们钻出地壳，与寒冷的海水接触，里面溶解的矿物就析出来，形成像塔一样的白色烟囱。这样的烟囱，为“孵化”生命提供了有利条件。
让我们不妨穿越时空，回到40亿年前生命曙光乍现的时候，考察一下当时地球的环境。
那个时候，如果有氧气，也一定非常稀薄，因为大气中的氧主要来自植物的光合作用，而那个时候还没有植物。所以，在那种缺氧的条件下，铁不易被氧化，海洋富含铁。那时CO2或许比现在还多，更多的CO2溶于水，意味着海洋显酸性，海水富含H+。
试想一下，在这样的环境下会发生什么事情?在多孔的海底烟囱，有很多像细胞一样的小室，里面彼此相通，其表面由一层矿物薄膜与海水隔开。这层薄膜富含铁、镍和硫化钼等矿物，而这些矿物是著名的催化剂，至今依然被细胞利用(当然，它们被包含在了蛋白质之中)来催化把CO2转变成有机分子的反应。
橄榄石蛇纹石化的过程中产生的富含氢气的热液，自然会渗进这些小室。这样，在矿物薄膜的内侧，是H+浓度较低、呈碱性的热液，在外侧则是H+浓度较高、呈酸性的海水。内外因H+浓度不等，形成了电位差。假如膜很薄，形成的电场可以非常强。
本来，一般来说，要让CO2和H2发生反应是很难的：即使用铁等催化剂，也要在高温下才能进行。但科学家注意到，在活细胞中，一旦有生物膜形成的高压电场参与，这个反应的门槛就会大大地降低了。
生命诞生并不难
现在，再让我们一起来盘点一下这些小室周围究竟有些什么：首先，从反应材料来说，海水富含CO2，热液富含H2;其次，从反应条件来看，小室的矿物薄膜富含铁、镍等催化剂，而且在膜两侧又可形成足堪与闪电相当的高压电场。反应材料和条件都已经一一齐备!所以，把CO2和H2合成有机分子的反应应该很容易发生，反应释放的能量又用于把有机小分子“串接”成氨基酸、糖和核甘酸等有机高分子。
由此来看，生命诞生所需要的条件和过程并不复杂，远非什么破坏热力学第二定律的神秘现象，而是星球上自然状态的不平衡所导致的必然结果。这个不平衡主要表现在矿物薄膜两侧海水酸碱度的失衡上。
当然，我们得承认这幅图景还有很多空白需要填补，许多细节还有待搞清楚。但不妨暂时先考虑大的方面。根据这幅图景，生命起源所需的“采购单”其实很简单：橄榄石、水和CO2。而水和橄榄石是宇宙中最丰富的物质之一。在太阳系中，许多行星的大气富含CO2，这说明，CO2在宇宙中也很普遍。所以这种自发的反应，可以大规模地发生在任何有水有橄榄石的行星上。
所以，从这一切我们可以预测，一旦星球的条件具备(譬如行星冷却到合适温度)，单细胞生物的出现就不可避免。无怪乎，地球上的单细胞生命在地球诞生不到5亿年之后就迫不及待地出世了。
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巨大的鸿沟
那么此后发生了什么?人们通常认为，一旦单细胞生物出现，只要给予合适的条件，它必然就会逐渐进化成更复杂的多细胞生物。
但这件事在地球上有些蹊跷。当然，毫无疑问，地球上的多细胞生物是由单细胞生物进化而来的，但其间经历了超乎寻常的延宕，大约过了相当于地球年龄一半的时间，复杂的多细胞生物才开始出现。而且，单细胞生物进化成多细胞在40亿年的进化历史上仅发生了一次。这一切都暗示着，单细胞生物变成多细胞生物或许是进化史上一次极为稀罕的偶然事件。
再者，如果说单细胞生物是通过数十亿年的时间缓慢进化成多细胞生物的，那么就应该存在一系列中间状态的细胞，甚至它们的后代有些至今还存在，但这种中间状态的生命至今没找到。
相反，在单细胞生物和多细胞生物之间，横亘着一条巨大的鸿沟。一边是细菌，不论体积还是基因组的规模而言都非常小;而另一边是体积庞大、行动笨拙的真核细胞，一个典型的真核细胞体积大约是一个细菌的1500倍，基因组也差不多是这个倍数。假如把细菌比作轻巧的战斗机，那真核细胞就好比航空母舰。
地球上所有复杂的生命，动物也罢，植物和真菌也罢，都是真核生物，它们是由共同的祖先进化而来的。所以，假如没有发生一次性产生真核细胞祖先的事件，那就没有植物，没有鱼，没有恐龙和我们灵长类。
低级生命“升级”难
低级生命“升级”为高级生命很难，其实是因为细菌本身就缺少能够进化成真核细胞生物的合适构造，或者不妨说，它们先天不足。
如最近，一些科学家收集了各种细胞新陈代谢率和基因组的数据，并据此计算了一下，假如细菌要想“升级”——长得更大些，需要消耗多少能量。他们发现，倘若让一个细菌的体积和基因组扩大到一个真核细胞般大小，那么每个基因平均可以利用的能量只及真核细胞的数万分之一。
我们知道，基因控制着蛋白质的合成，细胞的绝大多数能量最后都用于制造蛋白质，所以每个基因平均可以利用的能量是衡量蛋白质种类和产量多寡的重要指标。而蛋白质又是维持细胞各项生理功能的最重要物质，种类和产量越多，意味着生命活动越复杂。
所以，对于单细胞生物来说，它的每个基因可以利用的能量非常有限，哪怕有心，力也不足，根本无法指导合成大量参与复杂生命活动的蛋白质，因此长得更大对它一点好处都没有。
这就是单细胞所遇到的难以跨越的困难：它想“升级”变复杂，变成一条鱼或者一棵树，就不得不扩充自己的基因组;可是，单靠它自身又不能为这些“扩招”的基因提供适足的活动“经费”;于是，变复杂的“升级梦”也就永远实现不了。
高级生命，拜天所赐
那么真核细胞是如何突破这个困境的呢?答曰：通过获得线粒体。
大约在距今20亿年前，一个单细胞里不知怎么回事钻进了一个细菌。并且这个细菌没被它吃掉，竟然在它体内繁殖起来。当这个细胞一分为二，寄宿在其体内的这些细菌也分成两半，所以细菌的后代依然寄宿在细胞的后代身上，形成一种共生的关系。没想到这些细胞因祸得福，比起别的细胞来，更具生存优势，所以在弱肉强食的世界上逐渐壮大起来。
这样，一代又一代，这些共生的细菌逐渐进化成了细胞里微小的能量产生器——线粒体。线粒体既包含有制造能量所需的膜。而且，它们还沿着这一既定角色越变越小，任何多余的东西都被统统抛弃，最初大约有3000个基因，最后只剩下40个。
对于宿主细胞，那又是另一回事。当线粒体的基因组缩小的时候，每个宿主基因分配到的可以利用的能量却在不断增加。受益于一群线粒体的“服侍”，它得以自由地扩充自己的基因组和长得更大。
基因组的扩大为复杂生命的进化提供了物质基础，使细胞变复杂成了可能。
这样看来，复杂生命的出现，完全维系于一个非常偶然的事件——一个单细胞获得了另一个单细胞!这意味着单细胞生物并非必定能进化成复杂的多细胞生命。永不停歇的自然选择，在过去的数十亿年里，作用于无以数计的细菌，但这并没有导致复杂生命从它们中涌现。细菌或许仅仅因为体内缺少一个线粒体，于是它们好像陷入了进化的陷阱，左冲右突也出不来，而多细胞生物则全靠偶然和侥幸才逃离这口陷阱。
人类，是宇宙唯一的精灵
经过这样一番探索，现在，我们可以对许多问题做出回答了。
宇宙中低级生命出现的概率有多大?由于构建单细胞的材料——水、橄榄石和CO2——在宇宙中的存在是如此普遍，所以我们有理由相信，生命在宇宙中并不是地球的“专利”，在外星发现低级生命，应该是意料之中和情理之中的事情。
但是，高级生命的出现就又是另一回事了。单细胞生物进化成复杂的多细胞生物并非像人们先前所想像的那么必然，不过是一场侥幸而已，而且在地球40亿年的时间里才发生过一次，可见这种事情发生的概率是极其低的。所以，即使宇宙中遍布单细胞生命，它们进化成多细胞生命的可能性也少之又少，甚至很可能，以宇宙之浩瀚，岁月之漫长，也仅在地球上发生过一次。所以，我们似乎注定是茫茫宇宙中的一孤独者。当然，另一方面也可以说，是全宇宙的杰作和骄傲。
所有这一切或许能够解释为什么我们至今还没发现外星人的任何蛛丝马迹。当然，这个解释跟别的解释，譬如超新星爆发毁灭了外星生命之类的解释并不矛盾。如果超新星爆发毁灭了外星生命的情况也属实，那么在宇宙中外星人存在的希望就更加渺茫了。另一方面，当然我们又可以说，人类不仅仅是莎士比亚所说的“宇宙的精华，万物的灵长”，而且乃是全宇宙唯一的精华和万物的灵长!
线粒体和多细胞生物的起源
科学家已经证实，要是没有线粒体，单细胞就不可能变大、变复杂，但假如仅仅如此，那细胞变大变复杂之后也完全可以过“单身”生活，也没有非过集体生活的必要。换句话说，单凭这一点似乎还破解不了多细胞生物的起源之谜。
科学家发现，通过剖析线粒体的另一本领——它对细胞凋亡的控制，我们就可以破解开这个谜题。
细胞的凋亡，也叫细胞的程序性死亡，是指细胞个体为了大局的利益而自杀的行为。过去，人们认为这一过程受细胞核基因的控制。直到1990年代中期，研究人员才发现，细胞凋亡实际上受线粒体的控制。
我们不妨试想一下，假如没有细胞的程序性死亡，那会怎样?一个有独立生存能力的细胞，凭什么要为了群体的利益而自杀?但这样一来，每个细胞都自顾自盲目地分裂，整个生物体就只有死路一条。癌症就是因癌细胞不受凋亡机制的控制而产生的。
所以，没有细胞的程序性死亡，将单细胞联结成复杂多细胞的纽带也许永远也不会进化出来。由于细胞程序性死亡依赖线粒体，所以也可以说，没有线粒体就没有多细胞生物。没有线粒体，地球上的单细胞生物永远不会进化成细菌以外的东西。
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