大家好。现在我来讲今天的一个主题：生命的诞生。

首先，显然这个话题没有终极答案，并没有一篇论文告诉大家，地球生命是这么来的，而且我相信距离解密的那天还有些远，但是我之所以今天要讲这个，就是因为尤其最近几年，越来越多的科学发现和论文越来越接近核心事实：生命到底是怎么从地球上发生的？

生命到底是怎么在地球上出现的？

如果能理解了这个事情，我相信你会理解很多事情的神秘性或不可知性，你不会觉得它很神秘了。首先，解释生起源这么复杂的事儿，不可能用三言两语讲完，需要一些基础知识。因为你要想象，如果这个问题能很简单解释的话，这就不是很难的话题了。所以大家做好准备，我会讲一些稍微有点深的原因。

首先，生命的定义。在生物学家的定义里，生命有三个元素：首先，要有细胞膜，把生命跟非生命区别开，这个细胞膜里是生命，外面不是。第二，生命一定要有遗传，必须得有后代，没有后代的话，肯定就不是生命；第三，更重要的就是，所有的生命都是要有新陈代谢的，也就是说生命都必须要有一个能力，从环境或者从哪吸收能量，然后把能量化为己用，这个能量可以用来做自己的各种事儿，比如包括繁殖后代。所以，生命这三个元素：细胞膜；遗传，所有生命的遗传物质就是两类 DNA和RNA，这两类是可以互相对照、互相互换的，它们的原理几乎是一样，另外 DNA和RNA它们转化成蛋白质的翻译密码，所有的生物都是一样的，仅从这一点就可以很清楚地告诉大家，地球上所有生命，要追祖先的话会追到一个，所有的生命来源只有一个。

想想这事很奇妙，你的父亲的父亲往上追，追到最后比如700万年，可能像黑猩猩一样的灵长类，再往前追可能追到爬行类、追到鱼，最后追到一个单细胞生命。这个线肯定没有断，断了就没有你了，到最后，所有人的生命这条线最后都追到一个生命上去了，我每次想到这事都很激动，什么叫世界大同？这就是世界大同。

为何新陈代谢对生命很重要？

但是，遗传性显然非常重要，但并不是生命最牛的地方，生命最重要的是什么？现在越来越肯定的知道答案，就是新陈代谢。新陈代谢是一个决定生命和非生命之间差别最根本的原因。

另外还有一个非常有意思的事儿，不知道多少人还记得你们生物课上讲的分子，有一种分子叫ATP，你知道它是干嘛的吗？它是所有生命的钱。换句话说，所有生命都需要能量，那人的能量来自哪？来自食物，比如你要喜欢吃肉，来自肉，或者你喜欢吃米饭就来自米饭，植物的能量来自哪？来自光合作用。好像所有生命的能量来源都非常千奇百怪，但是奇怪的是，目前已知的所有生命，把能量吸收进来之后都要首先转化成ATP，用这个分子作为细胞或者所有功能的原材料，我叫它“钱”。换句话说，你可以是干什么？你可以是写书的，你可以是工厂做工的，你可以是开车的，最后不是都挣到是钱。ATP就是这样，所有的生物可以有不同的能量来源，最后要变成ATP，被自己所用。然后这个事实又可以证明，所有生命的能量来源，从一开始必须要能产生ATP，生命才可以启动起来。换句话说，ATP是所有生命的第一个祖先的第一口饭。

ATP是怎么来的呢？这又是一个很长的话题。我简单说，当科学家第一次发现ATP的时候，很快找到了ATP合成酶，后来发现ATP合成酶很奇怪。大家知道，很多酶反应，比如在一个试管里加上底物加点酶，“啪”一反应就出产品了，这是一个正常的过程。但是ATP合成酶不是这么干的，在一个试管里合成不了ATP。

ATP合成酶是什么东西？它是个跨膜蛋白，比如说一层细胞膜，合成酶是在膜的中间待着的。酶是干嘛的？相当于膜内膜外的通道，而膜内膜外一定要有质子差，比如质子浓度的差别，比如外面的质子浓度高，里面质子浓度低，有个差别，相当于电压，然后ATP合成酶在这个地方，因为有电压差，所以质子就从外面进入到膜内，每进来一个或每进来三个，这是能量，相当于电，然后ATP合成酶把这个能量用来合成ATP。所以，所有的 ATP合成酶都是跨模的，换句话说， ATP合成酶的反应是一个有方向的反应，它不是在一个试管里就能实现的，需要一个膜来做到。第一个发现这个事情的人觉得很好奇，要是一个上帝的话，不会这么设计的，设计得非常愚蠢，好像是故意找茬。

我举个例子，比如一个细胞吃进了几个糖分子，它不能把它直接变成ATP，它要先把糖燃烧把质子蹦出去，蹦到细胞外，然后在质子回来的过程中，再去生产ATP，整个过程非常繁琐、非常愚蠢。如果你是上帝，不可能这么设计的。但是这样貌似不合理的事儿，为科学家发现生命起源提供了一个很重要的线索。

生命最早来自于“海底烟囱”？

所以，科学家认为既然所有的生命都必须有新陈代谢，哪怕最简单的生命都需要有新陈代谢，而且新陈代谢一定是ATP，所以他就在地球到处寻找一个能产生质子浓度差，同时又有膜的自然环境。他们找到了这个自然环境，就是海洋底下的热液喷口，热液喷口不是火山。大家知道，地球内部有地热，地热把水加热了，在岩石中反应，水变成了氢气、变成了一些物质从地面冒上来，在海底形成了一些几十米高的像烟囱一样的小结构。这个结构底下不断有像氢气、二氧化碳从底下冒出来，流到海洋里去。这个结构存在了几十亿年了，地球、海洋存在了之后就有。

这个事儿好玩在哪儿？当你想象这样一个几十米高的烟囱里，有非常细微的各种管道，让气体随着水往上走。但是外面的海又是不同的酸碱度，于是这就呈现了一个自然的离子浓度差。也就是说，每一个像烟筒一样的热液喷口，就是一个电池，天然的电池，而电池里面有极细的孔道，产生了天然的膜，于是新陈代谢产生ATP的两个条件全满足了：第一，它有电压差，就是质子浓度差；第二，有层膜，这个膜你可以想象成像蜂房一样里面是非常复杂、细微的小管道。

当然背后有很多研究做基础，现在有越来越多的事实告诉大家，可以不需要任何生命的参与，靠这个东西就能产生各种各样的有机分子，而且可以产生生命需要的ATP。

于是，现在以我对这个领域的了解，大部分科学家已经差不多都相信这一点，就是地球上的所有的生命来自于40亿前左右，在海底热液喷口（海底烟囱）中才出现了第一个生命。然后从这开始，经过了40亿年，诞生了我们。这个过程，我每次想起来都觉得非常神奇。

另外，生命第一需要新陈代谢，第二需要遗传物质。现在也是比较肯定的是，地球上出现的第一个遗传物质不是DNA，而是RNA，冠状病毒就是RNA。为什么是RNA？因为 DNA分子结构太牢了，它不大可能同时又当遗传物质，又当酶，没有酶的话很多反应没法进行。RNA分子可以身兼二职，既可以作为酶，又可以作为遗传物质，所以RNA解决了鸡生蛋、蛋生鸡的问题。

但是我前两天看到一篇论文，一个新的研究告诉我们，如果要想 RNA分子既能遗传某些信息，又能作为酶的话，它必须自组织成一个至少有40个件碱基队那么长的一个段。但是如果周围没有任何生命，只靠自然的力量让RNA分子形成这么长段的话，概率低到假设银河系所有恒星都有一个像地球一样的环境，数量都不够。也就是说，如果你把这个理论当真的话，那我们是一个非常罕见的例外。

人是怎么进化来的？

好，接着再说。当出现第一个细胞之后，一个奇怪的事情发生了。第一个简单的细胞，我们叫它细菌，其实当时有两类：细菌和古细菌，都是单细胞原核生物。这种生物在地球上统治了长达20亿年，也就是说，在地球上有生命的40亿年历史里，有一半时间，地球上只有单细胞生物。假设这20亿年里，有一个外星人来，他看到地球才来找生命，如果他的眼睛跟我们一样的话是找不到任何生命的，因为基本上全是小细胞。

为什么进化这么长时间、那么强的进化能力，没有把原核细胞进化出复杂的比如动物、植物、鱼，进化到我们呢？原因也是我刚才讲的能量ATP的原因。 ATP是靠跨膜蛋白过来的，所有ATP的产能与膜的表面积成正比。可以想象这样一个情况，一个球体，随着球体越来越大会是什么结果？因为球的表面积是直径的平方关系，球的体积是直径的立方关系，所以这个球越来越大之后，单位体积内容物所能分配到的膜的面积越来越小，而这个膜的表面积决定了这个细胞里面能产生多少ATP，于是膜的限制就决定了细胞不可能大。换句话说，我们现在知道的原核生物，比如大肠杆菌等细菌都非常小，它们的大小至少比真核细胞小1万倍以上，是非常小的，而且没法复杂，因为生命干什么都需要能量，如果能量老不够用的话干什么都不行。于是，地球上的细菌因为能量限制，把进化的所有路都堵住了，所以一直维持状态维持了20亿年，当然20亿年左右都是估计，不是很确切。

直到发生了一个很奇怪的事，一个古细菌把一个细菌吞进去了。这个过程发生之后，出现了什么情况？吞进去的新细菌在古细菌里分裂，出来很多小的细菌，自己可以提供能量。换句话说，我靠一个大细胞里装了很多小细胞，来解决膜的限制问题。这些小细菌后来进化成了一个大名鼎鼎的我们应该都听说过的一个细胞器，叫线粒体。

也就是说，现在所有真核细胞里的线粒体，是干嘛用的？是为这个细胞提供生产ATP的。这个事情解决了能量瓶颈问题，于是细胞越来越大，基因越来越复杂，还出现了细胞核膜，把DNA包进去，才出现了真核生物，从真核生物出现了多细胞生物，从多细胞生物出现了爬行类、昆虫，最后出现了我们。也就是说，后面的一系列非常精彩的进化过程，都是源于当年有个线粒体出现，才解决的问题。

我现在为什么花这么多时间讲这个？就是因为我马上要讲的内容与这个非常有关系。