特色：
生命从何而来？这一个人类一直在试图回答却又无法确定地回答的问题。自达尔文的时代以来，关于生命起源只有两种理论。一种是达尔文所说的“温暖的小水塘”理论，认为生命是在地球表面通过水媒介化合自我产生的；另一种是泛胚种论，认为生命是以已存活的微生物形式从太空来到地球的。在本书中，保罗·戴维斯运用分子生物学、生物化学、火星陨石研究等相关学科的大师*新研究成果，提出了生命起源的一种新理论，即生命起源于灼热的地下深处。同时，他也有力地表明了生命通过陨石在行星之间传播的可能性。本书资料信实，叙述明晰，是一本不可多得的科普佳作。
序 言 1996年8月，全世界传遍了一条电讯:有一颗古代陨星可能带有火星上存在生命的证据。克林顿总统亲自向大众和科学界宣布了这一令人震惊的消息。这项发现(如果存在的话)的重大意义在于它是由恰当的*高领导人来宣布的。这一令人难忘的事件是科学成果直接对大众产生重大影响的少数几件大事之一。但是，喝彩声和取笑声掩盖了这些发现的真正意义。 *近几年，科学家们戏剧般地重新调整了关于生命起源的思路。教科书上说，生命是在几十亿年前从地球表面微暖的水塘开始的。可是，日益增加的证据却引出一个迥然不同的意料之外的结果。现在有迹象显示，*初的地球生物生活在地层深处，被埋葬在酷似高压锅的地热岩石里，只是后来才移居到地球表面。令人吃惊的是，这些原始微生物的后代仍然生活在那里，在我们脚下数公里深处。 就在几年前，还没有人能相信生命能够生活在如此恶劣的环境下，但是，一旦人们接受有机物可以活跃在地表底下这一事实，另一个奇特的可能性就开始展现出来。或许微生物同样潜伏在火星地表下的岩石里?对于火星岩石里可能带有细菌化石的发现是这一理论的主要证据。但这并不是全部。科学家很快发现了一个令人吃惊的结果。很可能生命实际上是在火星上开始，然后跟随陨星降落到地球上的。 狂热的兴奋围绕着火星陨星，科学家们对于该证据的不同阐释形成了不同的派别。如果这一证据被确认，它要么表明生命在太阳系开始了两次，要么表明生命是从一颗行星传播到另一颗行星上的。但是如果后一种解释是正确的，那么尽管发现生物可从一颗行星跨越到另一颗行星是如此让人兴奋，可生命的*终起源仍将是一个不解之谜。 但是，准确地说，生命是怎样开始的呢?是什么物理和化学过程能使无机物质转化为有机物呢?这是留给我们的巨大科学挑战之一。目前，由化学家、生物学家、天文学家、物理学家和数学家组成的大军正在研究解决之途。在他们的研究基础上，许多科学家热切地得出这样一个结论，自然界的规律，直接地说就是为了生命而安排的。他们认为不管条件是否许可，生命仍然会形成——不仅在火星上，而且会在整个宇宙中；而更刺激的是在试管里。如果他们是正确的，这意味着:生命是事物的自然秩序的一部分，我们并不孤独。 生命融入自然规律的信念与过去的宗教产生了某种共鸣，即宇宙是为生命的居住而设计的。许多科学家或许会对此不屑一顾，而坚持认为生命起源于某次化学的奇特意外，对地球来说是独一无二的，其结果是产生了复杂的生物，包括有意识的生命，这纯粹是一次巨大的宇宙博彩的结果。这场争论的根本是人类在宇宙中的位置——我们是谁，我们应该如何适应在这宏大秩序中的位置。 天文学家认为宇宙是在100～200亿年前的巨大裂变后形成的。它是伴随着瞬间的巨大热能而产生的。在**次裂变的瞬间，基础物理能量和基本的物质粒子产生了。在瞬间的裂变即将结束时，宇宙的基本物质也就形成了。空间中到处都充满着亚原子粒子——质子、中子和电子——笼罩在百亿度的高温辐射中。 以现在的标准来看，那时的宇宙是毫无特色的。宇宙物质以几乎同样的方式在太空传播。温度到处都一样。物质，被酷热分解成*基本的元素，以*简单的形态存在着。再有想像力的观察家都不会从如此毫无生机的状态中想像出宇宙所蕴藏的巨大潜能。没有任何迹象会表明数十亿年后，几万亿炽热的星星会将它们自己组织成无数个盘旋的星系，在那里有行星和晶体，云层和海洋，高山和冰川；树木、细菌、大象和鱼会生活在其中某个行星上；在这样的世界上才会萦绕着人类的欢笑声。而所有这一切都是无法预知的。 当宇宙从它*原始的形态向外扩张时，它会慢慢冷却。较低的温度带来更多的可能性。物质会聚集起来形成巨大的无定形结构——即今天的星系种子。原子开始形成，为固态的自然物体的形成铺平了道路。 从此开始，宇宙间产生了许多奇妙的现象:相当于10亿个太阳质量的巨大黑洞吞食着星星，并喷涌出大气；中子以每秒千次的速度开始旋转，它们的物质发生碰撞，每立方厘米会产生10亿吨碎片；亚原子粒子是如此难以捉摸，以至于能穿透若干光年的固体铅；可怕的地引力潮汐，它的短暂停留几乎未留下任何痕迹。可是，尽管这些现象令人惊讶，但生命的现象比所有这一切更具有划时代的意义。它并没有给宇宙现象带来任何突然的和戏剧性的改变。事实上，如果地球上的生命只是匆匆过客，它带来的改变将非常缓慢。然而，生命一旦形成，这个宇宙就迥然不同了。它会慢慢地但肯定会改变地球这个行星。通过提供意识、智能和技术途径，它具有改变宇宙的潜能。 本书是关于生命起源或生源论的。我想在开始就声明，本课题并非我的专业领域。我作为理论物理学家可说是训练有素。然而，我对生源论的问题和相关的问题比如我们在宇宙中是否是孤独的问题怀有浓厚的兴趣。我对这些问题的兴趣甚至可以追溯到二十世纪六十年代，我作为学生在伦敦大学学院学习物理的岁月。像我的许多朋友一样，我也拜读了弗雷德·霍伊尔的著名科幻小说《黑云》，该书主要描述从星际空间来的巨大大气云层进入太阳系的情形。此类云层早已为天文学家所熟知，但霍伊尔奇特的观点是假设这些云层是有生命的。现在这是个难题。一块云层如何能有生命呢?我*后感到非常困惑。大气云层仅仅是遵循物理规律?它们如何展示自主的活动，如何思维和选择呢?但那时，对我来说，所有有生命的有机物都应该遵循物理规律。霍伊尔的伟大在于用一块云层的例子完全勾勒出了一个似非而是的论点。 《黑云》使我困惑和茫然。我想知道准确地说什么是生命，它是如何产生的。或许在生命有机物内有些有趣的事情发生?正是在此时，我的博士导师(作为放松的练习)给了我一篇奇妙的文章，是受人敬重的物理学家尤金·魏格纳所著。文章意欲证明在不违反量子物理学规律的前提下，物理规律是无法完成从无机到有机状态的转换的。啊—哈!所以，魏格纳至少认为当生命开始时，肯定有些有趣的事情发生了。 随后不久，我的导师又给了我一篇有关生物学的文章，是由天体物理学家布兰顿·卡特所著。文章提出了一个关于生命的重要而有趣的问题，这是个无法回避的问题:生命究竟是什么，它是怎样开始的?卡特提出了这样的问题:如果要让生命存在，自然宇宙必须要具备什么样的特征呢?假设通过魔术，你能改变自然规律或巨大裂变的初始条件，那么在多大程度上你能改变宇宙的基本规律或结构，而仍能允许生命存在?举个简单的例子，正如我们所知，生命需要一定的化学元素，特别是碳。但是，在巨大裂变时几乎不产生碳原子；大部分碳原子是在星球内部产生的。弗雷德·霍伊尔早就注意到在星球内部成功地产生碳实际上是非常危险的，它很微妙地取决于核能量的特性。如果用核物理学的基本规律来处理的话，宇宙界将只会产生少量的碳，或者根本就不会产生碳，也就不会有生命。卡特的观点成为著名的“人类法则”，他甚至更大胆地认为，生命的存在是非常不确定的，是宇宙潜在的数学结构的某种巧合的结果。 尽管卡特的文章发人深省，但它仍留下生命的秘密未加解释。看完该文章不久，我在剑桥理论天文学研究所找到了一份研究员的工作，在这里，弗雷德·霍伊尔是所长，而布兰顿·卡特是研究员。在那段时间里，我偶然接触到一本小册子，是由物理学家欧文·薛定谔所著，似乎描述了我十分关心的问题。书的题目是《什么是生命?》，主要解释为什么从物理学的角度来看，生物有机体是如此的神秘。我后来发现，这本书整整影响了分子生物学课题提出之前的二十年。 遗憾的是，薛定谔的书对我来说提出的问题比回答的问题要多，我只好把生源论这个问题放到我脑海中“太难”的一角。可是，卡特却给了我一篇修改过的关于人类法则的文章(此文从未发表)。与研究所另一位研究员比尔·萨斯洛一起，我们开始研究卡特的观点。我们甚至试图拜会当时在剑桥医学研究学会实验室工作的弗兰西斯·克里克先生。但是，克里克先生太忙，而卡特似乎很好地控制着人类法则课题，所以我对生物学领域的兴趣开始减退了。 我的兴趣是在许多年后，在二十世纪八十年代初期才重新被点燃的。马丁·里斯(现在是马丁·里斯爵士，皇家天文学家)在剑桥帮助组织了一个名为“从物质到生命”的论坛，里斯，与同为天文学家的伯纳德·卡尔，于1979年在《自然》杂志上发表了一篇著名的文章，使人类原理的课题获得新生。论坛吸引了众多物理学家和天文学家如:布兰顿·卡特、弗里曼·戴森和托米·戈尔德，生物学家如:刘易斯·沃尔波特和希尼·布赖纳，数学家如:约翰·科威，和生源论倡导者曼弗雷德·埃根以及格拉汉姆·凯恩斯史密斯。论坛的主要议题集中在生命是如何开始的，然而*后仍无定论，只是提出了关键的科学和概念上的问题。我重新开始思考生命的奥秘。在过去的几十年里，我发觉我再次被霍伊尔、戴森和戈尔德的观点所影响。霍伊尔与钱德勒·威克拉玛辛格合作，大胆地提出，或许生命根本就不是从地球上起源的，而是被彗星带到地球上来的。戴森同样大胆地推测生命的起源，让他的想像力充分发挥，想像技术文明的将来和*终的命运。戈尔德认为大量的碳氢化合物被埋在地下，当通过调查研究来验证他的假设时，新的地下生命的形式就被发现了。所有这些发展都帮助形成了我在本课题上的观点。 另一个深深影响我对生源论发生兴趣的人是后来的基思·偌孔，我以前在泰恩河畔的纽卡斯尔大学的同事。偌孔是个地球物理学家，他的研究兴趣从地球一直延伸到太阳系。尽管地球物理学远远超出我自己的专业领域，但是我经常参加他的研讨会和论坛。1987年在纽卡斯尔举办的第50届陨星学会研讨会被认为是划时代的会议，我对火星陨石的初步认识正是从那里开始的。 *后的碎片出现在二十世纪九十年代初期，那时我已到澳大利亚阿德雷德大学工作。在那里我开始对邓肯·斯蒂尔的著作感兴趣，他是小行星和彗星与行星碰撞研究方面的专家。正是斯蒂尔向我介绍了这样一个事实，即物质可能会被宇宙碰撞从行星中弹出去，这个观念形成了我关于微生物有机体从火星旅行到地球的理论基础。 当我开始写这本书时，我坚信科学即将剥去生命起源的神秘外衣。关于微生物生活在地下的令人瞩目的证据将可能提供生命起源前的生化混合物世界和*初的原始细胞之间“失去的联系”。然而，现在的事实是许多在这个领域工作的科学家自信地认为生源论的大部分难题已经解决。*近出版的几本书就传递着这样一个信息，即生命的起源其实根本没有那么神秘。但是，我认为他们错了。在这个领域研究了一到两年后，我现在认为在我们的理解方面存在着巨大的鸿沟。可以肯定，我们很好地了解了生命是何时何地开始的，但是在理解生命是如何开始的这个方面，我们还有很长的路要走。 这个理解鸿沟不仅仅是对某些技术细节的忽视，它是一个主要的概念空白。我并不是暗示生命的起源是超自然的，而是想说我们失去了整个过程中一些非常基础的东西。如果是这样，如许多专家和评论家所认为的，只要条件许可，生命就会产生，那么确实在宇宙间发生了一些非常有趣的事，一些意义深远的哲学变化。我个人的观点是，生命起源的完整的、令人满意的理论需要一些根本上有新意的观点。 对许多研究人员来说，公开地表示生命的起源是一个谜是一件有失体面的事，尽管私下里他们都坦率地承认他们确实很困惑。这种感觉不自在的原因似乎有两个。**，他们感到这无疑向宗教原教旨主义者以及他们的“补缺的上帝”解释敞开了大门。第二，他们担心，坦率地承认无知会导致研究基金的削减，对太空生命的研究基金来说尤其如此。因为，有人认为只要科学家确认生命就在地球以外的宇宙中，那么政府就会在探寻宇宙生命上投入资金。 我认为，这种态度完全是被误导了。科学家之所以不遗余力地夸大需要只是为了公众的消费。更重要的是，无知比确信提供了更好的试验动机。在其他的世界寻找生命然后在实验室里试验合成生命是非常重要的事，这是因为我们对于生命是如何诞生的毫无把握。如果我的观点正确，即生源论暗示着某些全新的和令人惊奇的东西，那么，对其他世界的研究就可能使我们在实际中捕捉到这种明显的变化。天文学家认为，像土星、木星之类的外部行星和它们的卫星就是庞大的生命起源前的实验室，在那里，迈向地球生命的步履一时被凝滞，在复杂的化学世界与真实的生物世界之间半途停住了。 就火星的情况而论，生命与非生命的界线似乎已经交叉，在过去的某一阶段，这个红色行星上的生命曾是如此活跃。事实上，鉴于在本书中我将要解释的许多原因，我相信在火星上过去确实存在着生命。我同样认为，如果你知道在哪里寻找的话，即使在今天也完全有可能在火星上找到生命。 解开生源论的奥秘决不仅仅是一长串必须完成的科学课题之一。就像宇宙的起源和意识的起源那样，这是某些更为深刻的东西的表征，因为它检验着我们的科学基础和世界观基础。一项有望改变我们赖以了解物质世界的原理的发现就值得列为紧急优先课题。两个半世纪以来，生命起源之谜一直使哲学家、神学家和科学家困惑不已。在即将来临的时代，我们将有黄金般的机会在这一领域取得某些主要的突破。科学家们现今举步维艰的事实使这种机会更加令人兴奋，也更加引人注目。 我认为，如果对生命的本质没有深刻的了解，生命的起源问题就不可能解决。生命到底是什么?生命的特性是如此与众不同，以至于被描述为一种可变状态。在本书中，我以寻找生命的定义这一著名的难题开篇。大部分教科书则专注于生命的化学:分子在细胞中所起的作用。很明显，生命是一种化学现象，但区别在于它不仅仅是一种化学现象。生命的秘密来自于它的信息特征；一个活的有机体就是一个复杂的信息处理系统。 复杂性和信息问题属于热力学的主题，热力学是连接物理、化学和计算科学的分支。几十年以来，一直有这样一种怀疑，生命是如此令人惊异，它一定在某种程度上包含热力学的原理。特别是，热力学的第二定律——可能是自然界所有定律中*基本的原理——描述了生命显然在对抗的衰退和堕落倾向。我在第二章中广泛地探讨了热力学的第二定律，因为它为我所认为的生源论的终极问题，也就是生物信息从何而来的问题，提供了语境。不管原始地球上或其他行星上会发生多么明显的化学变化，生命的萌动不是靠分子的巨大力量，而是——在某种程度上——由信息组合而来。这个观点我在第三、四、五章作了进一步阐述。在那几章里，我描述了有关把化学变成生命的各种相互颉颃的原始混合物理论和其他构想，并对在实验室里创造生命的努力作了描述；我对*早生命形式的化石证据也作了简单的述评。某些关于达尔文主义和基本的分子生物学的介绍也许为读者所熟悉，可以略读。不过，我总是试图对传统的观点赋予新的解释。 如果我是正确的，生源论的关键不在化学而在于某种特定的逻辑与信息结构的形成，那么，关键的一步就涉及信息处理系统的创造，这一信息系统包括软件控制。在第四章，我论述了这关键的一步与遗传编码的出现息息相关。我把计算语言和概念引入到问题当中，试图解开复合体的新形式，这种复合体是在生物有机体的基因中发现的。生物复合体的特征使基因组看起来似乎是一个不可能的物体——但是想必早已形成。我*终认为没有一种熟悉的自然规律(如某些科学家所断言的那样必然地)能从无序的化学物中生产出此类结构。如果生命很容易形成，并且在宇宙中普遍存在的话，那么必须有新的物理原理在起作用。这是我在*后一章中的主题，在这一章我试图阐述如果宇宙中充满大量的生命，随后将出现巨大的哲学变化——因为许多人似乎都相信这一点。我并不怀疑生命的起源其实不是个奇迹，但我更相信我们生活在一个极具创造特征的、与生命友善的宇宙中。 本书的后半部主要致力于为生命的起源提出真正的新理论。从达尔文时代开始，关于生源论只有两大理论。**种是生命是在地球表面通过水媒介化合自我产生的——达尔文自己将其描述为“温暖的小水塘”。另一种认为生命是以已存活的微生物形式从太空来到地球的，即所谓泛胚种论。在后一种构想中，生命的*终起源是个谜。可是，近年来，日益增加的证据向我表明还有第三种选择，即生命起源于地球内部。当然不是非常深的内部，而是在坚硬的地壳下数公里处，可能在海床底下，在那里地热活动创造出类似大锅炉的环境。地表底下极度的高温和能量，特别是火山口附近，不断地杀死大部分已知的生物体。然而，这样的环境对生物合成却是*理想的，科学家们发现在这些高温处，今天仍然生活着奇异的微生物，而这里的温度高出水的沸点许多。本书第七章对这些超级菌属进行了描述，我坚持认为它们是生命的黎明时期留下的活化石。 我有理由相信(我在第八章中已解释)，相同的超级菌属一旦生活在火星表层底下，就可能会生存到今天，生活在火星地下。我更进一步坚信，这些微生物有机体已通过岩石(这些岩石是在大型的陨石撞击中从行星中爆炸出来的)在地球和火星间旅行。第八章有相当大的篇幅用来描写带来争议的火星陨石，特别是著名的alh84001，它被美国航空航天局的科学家称为带有火星微生物的化石。几乎可以肯定，行星间的相互破坏(在*近有关火星上的生命的争论中这似乎被大部分科学家和评论家所忽视)，使生命的*终起源产生疑问。生命起源于地球，火星，或两者兼有?或者干脆起源于其他星球?在第六章，我探讨了天文学对于生源论的重要性，并在第九章回顾了复苏的泛胚种论的有关证据。 在准备本书的过程中，我通过与许多杰出的同事的深入探讨，获益匪浅。有些我已提及。在此，我要特别感谢:苏姗·巴恩斯，罗伯特·哈纳福德，约翰·帕克斯，斯蒂文·罗斯·迈克拉塞尔，邓肯·斯蒂尔和马尔科姆·瓦尔特，他们都阅读过我早期的手稿，并给予了有益的建议。其他一些人则在我写作过程中给予了非常有价值的帮助，他们是:黛安·埃迪，大卫·布莱尔，朱丽叶·布朗，罗杰·毕克，朱丽叶·切勒弗罗丽斯，乔治·科伊，海伦纳·克罗宁，罗伯特·克罗蒂，苏姗·戴维斯，雷扎·伽蒂里，莫尼卡·格雷迪，伽里·乔伊斯，斯图尔特·考夫曼，伯尔德奥拉夫·库珀斯，克利福德·马修斯，克里斯·马凯，杰·梅洛什，寇特·米勒科斯基，马丁·雷德福恩，马丁·里斯，埃弗雷特·夏克，李·斯莫林，罗杰·萨莫斯，鲁迪杰·凡斯，弗朗西斯·威斯特尔和伊恩·赖特。同样，我还要感谢弗兰·奥科诺在我准备索引时给予我的帮助。 *后，我想就本书的标题赘言几句。它是从《创世记》中的描述而来，《创世记》描述了上帝如何通过一系列特定步骤创造了这个世界。《圣经》的第十一节说“让土地生长出植物”。这是**次提及生命，它似乎就是第五项奇迹。前四项奇迹是:宇宙的诞生、光的诞生、太空的诞生和旱地的诞生。《圣经》学者们告诉我，这种列举是对《创世记》的误读，因为其开篇“上帝*初创造了天和地”事实上并不是描述一个奇迹活动，而是对随后依次条陈的整个过程的一个说明。然而，我仍然坚持是第五项奇迹。在使用本标题时，我不是想说明生命的起源实际上是个奇迹。我建议那些对本标题的神学含义感兴趣的读者可参考我早期的著作《上帝的思维》和《我们是孤独的吗?》。 保罗·戴维斯 于南澳大利亚阿德雷德