宇宙是如何创生的？我们为什么会存在？到底有没有上帝？我们人类在茫茫宇宙中是独一无二的吗？
这些都是极其重大的问题，是始终萦绕在我们心头难以忘怀的大事，是我们茶余酒后高谈阔论的话题。然而严酷的现实
是，真正有希望有朝一日得到答案的问题恐怕只有那最后一个。
令人遗憾的是，假如说事物发展的缘由自有其显现的时机，
那么关于我们在宇宙中是否独一无二这一谜团的解答却只会姗
姗来迟。但是，如果人类能发扬那种勇于求索的精神，坚持不
懈地进行科学探索，那么运气好的话，我们或许会有那么一天
——也许就在我们的有生之年——找到真正的答案。
在本书中，我将介绍与“地外生命”相关的种种不解之谜。
我会陈述事实，罗列证据，讨论由此而引发的一大堆敏感问题。
例如，火星上有生命吗？如果答案是肯定的话，现在是否还有
可能在那儿找到它们？地球上的生命是如何产生的？决定其他
星球上是否有生命的因素又是什么？我们是不是很特殊？
然后，我想更进一步地探讨一些更为广泛的问题，比方说，
其他星球上是否真会存在生命，我们能不能到那里去一探究竟？
假如宇宙中有许许多多的文明，它们在远古时代是否曾经来访，
并对我们的发展产生过影响？最后，还有一个（由于种种复杂
的原因）当我们临近20世纪末时变得颇为时髦的问题：外星生
物是否正在探访我们？如果是的话，为什么要访问我们？以什
么样的方式访问我们？对我们有什么影响？假如我们有一天早
晨醒来，突然发现那些阴谋论者所说的竟然是对的，我们将会
有什么样的感觉？
1996年，我根据《X档案》——一部风靡全球的超常现象
电视系列剧——写了一本名叫《X档案的科学》的书。在书中
我针对许多超常现象进行了大量的讨论。本书就那本书中的几
个相关章节进行了更深入的探讨，我想正在阅读本书的以及所
有那些真正明智的读者一定也会感兴趣。当然，这会更加触怒
那些批评《X档案的科学》的人以及我那些在科普写作方面的
同行，他们认为我作为一名科学家，这么做有失身份，或者说
“让人失望”，尽管我只是试图以科学的手段来解释某些“超
自然的”现象。他们这样的态度正体现了现在科学界的一种令
人失望的通病——狭隘的思维方式。它不是合乎常理地以公正
的眼光评判事实，而是扼杀了所有尝试澄清或者拓宽公众对于
所谓“超常现象”思路的努力。
典型的例子是费米（EnricoFermi，氢弹研制中的关键人物
之一）的一番评论。费米是位声望卓著的伟大科学家，1934年，
他在一群试图使他相信宇宙中很可能存在其他智慧生命的朋友
面前评论道：如果宇宙中真的充满了生命，那么它们在哪儿啊？
而今，这一与中世纪的教皇浮夸相差无几的狂妄话语，最
终因其自身的傲慢和无知而被戏称为“费米原理”或“费米假
设”。
难道费米先生没有仔细考虑过人类在整个物质世界中的位
置吗？他有没有意识到从哥白尼打破“地球是宇宙中心”这一
自以为是的“真理”开始，到量子力学揭开事物的随机本质，
在这400年间人类在宇宙中的地位一直在不断缩小呢？莫非他
忽略了达尔文物竞天择的进化论？进化论证明了个体的渺小，
并把我们从万能的上帝统治的世界带回现实之中。更糟糕的是，
费米先生根本没有认真考虑我们的宇宙是何等古老，星系际的
空间是何等广袤，我们称之为家的这块小小岩石又是何等微不
足道？他应该先慎重思考一下，然后再发表议论。
我希望这本书能为您提供一种公正的观点并给出让您——
我亲爱的读者自己来得出结论的事实。有关其他行星上的生命
的胡言乱语如今已是太多太多，由此引发的争论也不计其数，
有倾向性地出示材料（来自鼓吹者和怀疑论者）更比比皆是，
以至于让我觉得这本书确实写得太晚了。
我希望能在尽力包容与“地外生命”相关的各种论题的同
时，没有轻率地忽略当中的任何一个章节，并真诚地期望能对
各位读者有所帮助。这是一本也许是独一无二地融合了人类心
理学、狭义和广义相对论、量子力学、遗传学、宇宙学、空间
工程和达尔文进化论的书。如果说我的书并未给您带来太大的
帮助，但倘若它能给“地外文明”的讨论注入更多的活力，促
使读者支持正在这一领域中进行的研究，支持这项虽然代价高
昂却团结了全人类的伟大探索，实现人类的梦想，那么我同样
会感到非常欣慰。毕竟，我们生活在一个被种种因素所分隔的
世界，如果我们在宇宙中真是独一无二的，那么寻找地外生命
也许将会促使我们更加珍视自己的这片空间，以及我们彼此之
间的关爱。
第一章火星上的生命
火星下面有着小偷和强盗……夜贼和吵吵闹闹的胆小鬼。
自吹自擂者、嘲笑和讥讽别人的家伙。这些火星人引发了斗
殴、凶杀和战争。它们会乐意地成为铁匠或铁矿工人……拜
倒在你的面前，宣誓效忠于你。
——《桫椤谬斯合集》
那是1984年的一个夏日，天气晴朗，气温在０℃以下。地
质学家斯科尔（RobertaScore）遇到一件事。说不定它不久将
被证明是人类与外星生命的首次接触。斯科尔结束了一天的工
作后，与她的一帮同事一起离开了工作室。当她开着雪地摩托
车在艾伦山他们的南极工作基地附近闲逛时，发现冰雪中有一
块黑色的岩石。她把车子停在一旁，上前看个究竟。
这块石头就是12年后，在1996年8月出现在全世界各报刊
头版的火星岩石。这块被命名为“艾伦山84001”（ALH84001）
的陨石据称是第一块来自其他世界的生物化石样本。
斯科尔博士参加的探险活动由美国国家科学基金会的“南
极陨石”计划资助，这一计划旨在寻找坠落在南极的陨石。也
许会让你有些惊讶，在南极有着大量的陨石，其中有许多都来
自很遥远的空间。据估计，每年仅从火星飞来落在冰层上的地
外物质就有大约100吨。
由于辨认不出这是一块什么样的岩石，斯科尔博士按照惯
例将它包了起来，送到位于德克萨斯州休斯顿的约翰逊空间中
心的陨石处理实验室。它被放在一间充满氮气的实验室中保存
了8年。这间实验室最初是为保存“阿波罗号”字航员带回的
月球岩石样本而建立的。
1993年，对一小片艾伦山84001陨石切片进行的检测表明，
该陨石中所含的气体与（根据1976年“海盗号”探测火星得出
的）火星大气中的气体成分相吻合。然后又过了一年，一支由
麦凯（DavidS.McKay）领导的，在约翰逊空间中心为美国国
家航天局（NASA）工作的科研小组又取下一部分来进行研究。
他们的具体任务是在火星陨石中搜寻生物化石。
英国化学家克莱梅特（SimonClemett）是最先收到该工作
组送来的小块试验样本的人之一。他当时正在加利福尼亚州斯
坦福大学攻读博士学位。这块岩石样本被装在密封罐中，由联
邦速递用一个看起来不怎么吉利的棕色封套包装着送到了他的
实验室。在所附的信件中，约翰逊空间中心的联系人要求他对
样品进行分析，并报告他的发现，却只字未提样本的出处。
克菜梅特博士把它作为自己学位工作的一部分或又一项日
常工作对待，做完测试送出结果后就把这一切抛到脑后去了。
2年过去了，克菜梅特博士已经回到英格兰。1996年8月的
一个清晨，他过去在斯坦福大学的指导教授突然打电话给他，
要他立刻坐第一班飞机飞往华盛顿，并建议他找一份当天的报
纸看一下头版新闻。
克莱梅特一出门，立即就被一大群记者围住。当这些记者
的好奇心得不到满足时，他们便紧随克莱梅特来到了机场。不
幸的是，飞往华盛顿的飞机在跑道上出了一些故障，飞机上的
乘客不得不下飞机等候。在机场的休息室里，克莱梅特又重新
陷入了记者的重重包围中。几小时后，就在克林顿（Clinton）
总统登上讲台向全世界宣布国家航天局的这一重大发现前一刻，
克莱梅特终于在一间坐满了来自世界各地的记者、闪光灯闪烁
不断的房间中召开了一个临时记者招待会。
由于消息的泄漏，关于火星岩石艾伦山84001的新闻很快
充斥了各个报亭。第一则相关的报道刊在一本名为《空间新闻》
的专业杂志上。该报道暗示在南极的废墟中发现了某些不同寻
常的东西。这篇报导很快被某一全国性报纸的两位机敏的新闻
记者注意到，关于国家航天局的这项发现立刻就以燎原之势散
播开来，这一切着实给研究人员来了个措手不及。他们原本计
划在8月16日的《科学》杂志上发表这则声明，但面对外界对
他们这项研究意味着什么的强烈关注，他们不得不立即召开了
一个记者招待会，并把研究成果呈报了总统。
在华盛顿的记者招待会上，克林顿总统称这一发现为伟大
的发现，并宣布将在11月召开一个高层会议来讨论和评价美国
的太空计划。他更进一步地强调在这个大会上各位代表将研讨
美国该如何“寻求艾伦山84001带来的许多科学问题的解答。
这块岩石经历数十亿年的时间，跨越数千万千米的距离来向我
们传递信息。它说的是存在生命的机遇”。
克林顿讲完后，国家航天局的代表作了慷慨激昂的发言。
首席行政官丹·戈尔丁（DanGoldin）的一番话使会场气氛空前
热烈。他说：“我们正站在通往天界的大门口，这是一个多么
令人振奋的时刻啊！在过去的一年里，我们在邻近的恒星旁发
现了行星，我们探索宇宙的深处以查明星系的诞生和形成。而
今，我们又行将证实是否只有地球上才有生命……我们也许将
发现在我们这颗小小的行星——太阳附近的第三块巨石之外存
在生命的第一项证据。”
紧接着，他又谨慎地补充说：“我希望各位明白，我们现
在并不是在讨论什么小绿人。目前并没有任何迹象表明火星上
存在任何高等形式的生命。”
这确实令那些支持国家航天局的人们感到欢欣鼓舞。华盛
顿大学的行星际尘埃专家布朗利（DonaldBrownlee）说：“我
想他们已经找到了一些可能是微化石的东西，这可能是史无前
例的。假如这是真的，那可是科学上最重大的发现。外星生物
学是非常有趣的，但是倘若没有任何资料的话，那就只能进行
一些推测猜想。我想，现在是有一些资料了。[1]
卡尔·萨根（CarlSagan）这位几十年来始终热心支持寻找
地球以外生命，并以此为题出过多本著作的作家如是说：“一
旦这些结果被证实，它将是人类历史上的一个转折点。它表明
生命不仅局限于我们这个微不足道的太阳系里的两颗行星上，
而是遍及浩瀚无际的整个宇宙。[2]
与此同时，在总部设在加里福尼亚州芒廷维尤的寻找地外
智慧生命（theSearchforExtraterrestrialIntelligence，简称SETI）
的总部，该组织的主席弗兰克·德雷克（FrankDrake）及其研
究人员正围在电视机旁为每一位走上讲台的发言者欢呼。德雷
克后来说：“这一切证实了我们始终深信不疑的一件事，那就
是只要条件适宜就会有生命存在，我们只不过是茫茫宇宙之沧
海一粟罢了。[3]
国家航天局当然充分预见到了紧接着如潮水般涌来的或支
持或怀疑的反应。他们甚至极其谨慎地在电台及电视节目中与
加利福尼亚大学洛杉矶分校的古生物学家舍普夫（WilliamSchopf）
通了话。舍普夫是一位声名显赫的科学家。早在官方发布消息
之前，他就已经知悉了这一研究的情况，但他一直持有怀疑态
度。舍普夫不以为然他说：“我是个乐观的怀疑论者或是个持
怀疑论的乐观者。这是一项细致的研究工作，而且绝对不是一
门简单容易的学问。这是一门兼容并蓄的交叉学科。我认为有
关火星上过去或现在存在生命的声明都是不同凡响的。我想，
应该有不同凡响的证据来支持这些断言。”
在评述了化石的结构以及陨石的化学和生物化学特征后，
他得出了如下的结论：“这种生物学的解释似乎并不合理。”
其他一些非国家航天局的研究人员也赞同这一观点。伦敦自然
历史博物馆的陨石管理员莫妮卡·格雷迪（MonicaGrady）在
一个专门研究火星陨石的小组中工作了十余年。她的评论是：
“我想这的确是非常有价值的研究。但这个结果却不能令人信
服。事实上它完全可以用无机物反应来解释。”
莫妮卡是在暗示美国国家航天局声称的那块含有原始生命
迹象的岩石不过是非生命（在这里是无机的）系统的产物罢了。
尽管有种种争执和少量的反对意见，这一重大发现及其潜在含
意最初着实给人带来不少兴奋和惊讶。
人们如此激动的理由是完全可以理解的。自从我们人类有
闲暇思考及探索以来，我们就一直在观测星空并幻想在某个遥
远的星球上可能有生命存在。自从19世纪凡尔纳（JulesVerne）
的时代以来，大量的科幻作品都以地外生命作为题材。许多科
幻小说作家把他们的注意力放在了太阳系中的第四颗行星——
火星上。
在西方国家，火星以罗马神话中的战神马尔斯（Mars）的
名字命名。这部分是因为它在夜空中呈现血一般的颜色。在17
世纪，一位名叫卡西尼（GiovanniCassini）的天文学家用一架早
期的望远镜首次观测到火星表面的白色极冠。大约一个半世纪
以后，在19世纪30年代，贝尔（WilhelmBeer）和梅德勒（Johann
vonMadler）注意到火星极冠的大小和表面颜色会有周期性的变
化。他们推测火星上也许生长有季节性变化的植物，就好像地
球上植物的叶片枯萎凋零后长出鲜嫩的新芽一般——这两位天
文学家称其为“黯［淡之］波”。
然而，真正令人兴奋的消息却是1877年斯基帕雷利（Giovanni
Schiaparelli）观测到火星的红色表面上有着线状的纹理。他把这
种现象叫作“canali”，意思是“水道”。但这个词却被错误地
从意大利语英译成了“canal”，意为“运河”。
美国业余天文学家洛厄尔（PercivalLowell）依据火星运河
的想法精心设想了一个寒冷干旱、濒临灭亡的世界。富有智慧
的火星人建造了巨大的运河将水从一处输送至另一处以灌溉农
田。他宣称这就是引起火星表面色泽变化及造成那些线状印记
的原因，井进一步说：“我并不清楚火星生命是什么样子的，
但那里一定有某种形式的生命存在。”
令人遗憾的是，这些都只是过于活跃的幻想而已，完全没
有事实根据。不过洛厄尔的想法倒是为一系列关于火星的科幻
小说提供了素材。从威尔斯（H.G.Wells）那部关于邪恶的火星
人在英国登陆的《世界间的战争》（1898），到伯勒斯（Edgar
RiceBurroughs）的一系列古怪而有影响力的小说（《巴松丛书》，
始于1912年）。鲁宾逊（KimStanleyRobinson）的现代经典《红
火星》（1992），《绿火星》（1993），和《蓝火星）（1996）
则更是登峰造极。
然而，这些科幻小说家们的梦想与平凡单调的现实相去甚
远。20世纪60年代到70年代，苏联和美国都向火星发射了不少
精密的探测器。这些探测器送回的图象表明火星是个不毛之地，
丝毫没有生命的迹象。这一系列探测行动始于1964年的“水手
4号”（它飞近这颗行星并发现火星如月球那样布满了斑斑点
点的环形山），一直到1976年的“海盗号”着陆器。这些从地
球上去的探访者分析了火星土壤样品，发现这颗行星完全没有
生命。由于没有像地球大气那样的保护层，强烈的紫外光照射
使得火星土壤完全不能孕育生命。
这一系列探测所带回的数据并没有使人们完全失去信心，
因为随着对生命可以在何等严酷的条件下生存的认识的加深，
我们对于在火星上的某处——也许在地下深处可以发现某种非
常简单的生命形式的信心也愈来愈强。更何况，正如我们在后
文中可以看到的那样，由“海盗１号”和“海盗２号”所带来
的证据有许多可争议的地方，同时在这些探测器上做的实验得
出的结果也是模棱两可的。
尽管正在研究艾伦山84001的科学家们不敢想象在火星的
极区或地下深处的某个角落仍有生命存在，更不会在没有任何
决定性的证据之前做出什么暗示，但人们对于在火星上发现生
命的希望始终萦系于心且日益增长。加的夫威尔士大学的物理
学家维克拉马辛（ChandraWickramasinghe）说这样的可能性
“当然不能排除”。他说，“事实上，我相信‘火星生命’仍
然存在，过去数载的微生物研究告诉我们生命能在我们从未想
象到的某些条件下生存。”反对的意见来自伦敦大学学院的克
劳福德（IanCrawford）。他引用了洛夫罗克（JamesLovelock）
的“盖亚”假说。他说，在“洛夫罗克的模式”中，“生命要
么适应环境而后繁盛起来，否则就会逐渐消亡。如果火星上曾
有生命，它就应该遍布这颗行星——而不应停滞不前。”
火星并不是离地球最近的行星——最近的是金星。但火星
直至现在仍被认为是太阳系中除地球外生命最有可能繁盛过并
生存至今的地方。金星的表面灼热异常，足有500℃。它的大
气层主要由二氧化碳组成，含有大量腐蚀性有毒气体。这些气
体产生的强烈温室效应在很大程度上决定了金星表面的高温状
况。
水星与太阳的平均距离只有3600万英里（5800万千米）左
右（略大于地球到太阳距离的1/3）。水星上几乎不可能有任
何形式的生命。它的表面温度只比金星略低一些，而且由于太
靠近太阳，太阳释放的各种各样的射线不时地轰击它的表面。
的确很难想象会有生命落脚在那样的地方。
比火星更远一些的是气体巨行星：木星和土星。它们的大
气层由有毒气体组成并受强大磁场的剧烈扰动，不停地翻腾着。
据我们目前所知，在那儿有生命存在的可能性极小。太阳系中
最大的两颗卫星——土卫六和木卫三倒是可能更有希望。土卫
六环绕土星转动，木卫三则是木星最大的卫星。业已从土卫六
近旁越过的“旅行者号”探测器在这颗卫星的表面发现了据信
是有机分子的东西（参见第三章）。
在太阳系更外围的地方是天王星、海王星和冥王星：它们
或是温度过低，大气有毒，或是如天王星的情况，整个行星就
是一个被火山煮沸的覆盖着有毒气体的海洋。这些行星不会适
宜于科学家所说的“以碳为基础”的生命形式。
艾伦山84001当时所处的那种可能存有微生物的火星环境
（距今约36亿至40亿年前）与地球当时的情形很相似。如果我
们能够接受生命存在于地球之外的可能性，那么火星就（像地
球一样）是极有可能孕育着生命的地方。
纵观近百年来人类对于火星的巨大兴趣，以及现代科学认
定它是近邻星球中最有可能存有生命的地方（尽管可能性仍很
小）这一事实，由于艾伦山84001中可能存有微生物化石这一
新闻而引起巨大震撼也就不足为奇了。事实上，不论文化信仰
有何不同，人们都不会相信我们在无限宇宙中是唯一的。这的
确是一个令人有些心寒的想法。对于那些不可知论者来说，这
也许就是人类创造“神”这一概念的最好解释——这样我们才
有了一个伴。
但是，如果我们撇开对休斯顿约翰逊空间中心的研究者们
之发现的种种期望和情绪因素，那么这一发现的实质究竟如何
呢？在这之前几十亿年，这块火星岩石标本上曾经有生命居住
的证据究竟有多少分量呢？
历史上也曾出现过虚假的科学声明。一些较为偏激的人因
为“辟尔唐人”①之类让科学界蒙羞的事件，而把他们看到的一
切都当成科学家的骗局，并对一些基本的科学观点表示怀疑。
另一个这样的例子是1989年所谓的“冷核聚变”。当时一群科
学家声称他们能产生一种几乎用之不竭的能源——试管中的核
聚变。
在外空生物学（研究地球外的生命）领域至少也已出现过
一则关于发现地外化石的假声明。1961年，一位叫纳吉（Batholomew
Nagy）的科学家从1864年坠落在法国的一块岩石上发现了火星
古化石，这块岩石后来被谑称为“纳吉陨石”。
纳吉的研究与今天美国国家航天局对艾伦山84001样品所
做的研究几乎相同，但分析技术要粗糙许多，最终发现纳吉的
火星化石只是些地球上的细菌化石而已，所以他的结论很成问
题。
在艾伦山84001工作小组发布消息后一周内，世界各地的
科学家及科学评论家相继提出了质疑，（有些人认为并不恰当
地）把它和纳吉的发现相提并论。[4]
图1艾伦山84001是如何到达地球的
在艾伦山84001上发现的微生物化石与1961年在纳吉陨石
上的发现是明显不同的。即便忽略20世纪60年代和90年代探测
和分析设备上的差距，艾伦山84001上的发现相对说来仍要可
靠得多。
艾伦山84001是一块重约1.75千克，大小似土豆般的陨石。
除了包含着化石外，这块岩石毫不起眼。一般相信它和火星上
的其他岩石一样，是在40亿至45亿年前形成的。在那段时间里，
拥有固态核的行星凝聚并逐步演化成今天这样密度较高的状态
——主要由铁和其他矿物质组成（如石英和其他硅化合物）的
天体。
然后，在距今约36亿至40亿年时，水以液态的形式渗入岩
石的间隙中。据信当时火星上很可能有大量的水，这些水饱含
着大气层中的二氧化碳，正因为这样，水能够在岩石中借助碳
酸盐的形式残留下来。
据信，是微生物（也许曾生活在那些水中）促成了这些碳
酸盐的产生。微生物死后就在岩石中变成了化石，就像地球上
的石灰岩中保存了不同地质时期的大量生物化石一样。
这块岩石也许在某个地方逗留了数十亿年。或许它是某个
悬崖的一部分，或者是暴露于地面上的一块巨岩的一部分。大
约1600万年前的一天，一颗巨大的彗星或小行星与火星相撞，
我们的这块岩石被猛烈撞击后与火星地表分离，进入了宇宙空
间。
随后这1600万年中，艾伦山84001几乎都在星际空间中漂
浮，在这段时间里，地球上一种看上去无足轻重的哺乳动物渐
渐进化出灵长目。随后经过几百万年，又分化为几支，其中的
一支就是智人。
这之后又过了很久，当早期的人类社会发展农业时，也就
是建造巨石阵和金字塔之前大约7000～8000年时，艾伦山84001
进入地球引力影响范围，在大约13000年前落在南极冰冻的荒
原上。
它一直静静地呆在那里，直至1984年的那个下午，斯科尔
博士为命运所安排发现了它。
在艾伦山84001中发现的，据信是非常微小、几乎看不见
的类似于原始细菌的生物体化石。这些化石非常小，最大者尺
度也只有人的头发丝宽度的1/100，而且大多数都只及最大者的
1/10大小。也就是说，如果把1000个这样的生物体排成一串，
才有这句句子后的那个句号的宽度那么长。
有些化石呈卵形，有些呈管状，但令人惊奇的是，它们同
地球上的一些细菌及其他微生物化石非常相似。事实上它们与
地球上的细菌在外观上是如此相似，以至于它们第一次出现时
真被当成细菌了。在它们被发现的那一天，来自约翰逊空间中
心的那个国家航天局工作小组的一名工作人员吉布森（Everett
Gibson）把这种微生物的第一批照片拿回家放在厨房的桌上时，
他那位生物学家的妻子立刻问道：“这些是什么细菌？”
那么，究竟有哪些证据可以用来支持这些几乎看不见的“
小点”是我们人类第一次遭遇的地外生命这一论断呢？
第一项有利的证据是：这块岩石确确实实来自火星。科学
家对这一点相当肯定。因为在陨石结构中捕获的气体成分与20
年前“海盗号”探测器测定的火星大气成分相符。该混合气体
中最主要的成分是二氧化碳（CO2）。一位英国研究者在消息
发布后不久研究了陨石样本，他说“‘明显的相似之处’让人
相信它确实是从火星上来的。我们认出了火星大气的特征，它
的主要成分是二氧化碳。如果陨石中没有高浓度的二氧化碳，
它就不是火星陨石。”
现在，我们已经清楚了陨石从何而来，那么又凭什么说这
些生物化石和地球物理结构也源于地外呢？一条重要的证据是
岩石表面保存在碳酸盐沉积物中、形似单细胞生物的化石。碳
酸盐本身就是以碳为基础的化合物，它们往往是有机结构，但
不一定具有生物学的起源。那些细胞似的结构实在太小了，即
便用当今最先进的显微镜来观察也看不清它的细胞壁。它们被
称为“纳（米级）细菌”（由“纳”这个前缀得名，表示其后
所跟的物体尺度为十亿分之一米，即10-9米）。
第三项证据是沉积物中的无机化合物——含铁的晶体。主
要是氧化铁和硫化铁。地球上的细菌可以制造出这样的化合物。
但是，在艾伦山84001上发现的这些沉积物却着实令科学家们
困惑不解。在地球上，有些较为罕见的细菌制造以磁铁矿（恰
如其名称所示，这种物质具有磁性）的形式存在的氧化铁。据
猜测，它们依靠这种磁性来调整自身相对于地球天然磁场的取
向，并以此帮助引导行动方向。但是，火星上的微生物也制造
这种磁性物质就显得有些不同寻常了。既然火星的磁场不超过
地球磁场的0.2%（即1/50），岩石上的这些微生物为什么还要
生产“磁铁矿”呢？
另外还有最后一条证据，也许是最有力支持该陨石中的化
石源自地外的证据。科学家们在这块陨石里发现了在其他火星
陨石中从未见过的大有机分子。这些分子的名称是“多环芳香
烃”（或简称为PAH）——一类在煤和萘（是樟脑丸的主要成
分）之类的普通物质中可以见到的油性化合物。PAH可以由地
球上细菌的尸体转化而成，这使人很容易想到艾伦山84001中
的这些分子可能是在南极受地面污染而沾上的。然而，研究的
结果表明，陨石内部的PAH浓度要比表面高。艾伦山84001化
学分析小组的负责人扎雷（RichardZare）教授对这一发现给予
这样的评价：“不管怎样说，这是人类第一次发现与火星相关
的有机分子。”
但是，反对者们仍不相信这个结论，并指出其中一系列不
正常的分析结果。首先，他们指出（化石或其他形式的）PAH
往往可以从毫无生命迹象的陨石——包括不时地从全无生命的
小行星飞来坠落在地球上的岩石中找到。地球物理学家克莱顿
（RobertClayton）说道：“PAH是小行星上非常普遍的一种化
合物，这并不是什么生命的征兆。”他还说艾伦山84001中的
PAH浓度还不及地球化石中浓度的1/1000。[5]
不过，他最后的这句补充似乎反而加强了这些微生物来自
地球以外的可能性。我们很难说清在火星上形成的微生物与地
球上它们的表兄妹究竟有什么不同。况且，艾伦山84001中的
那些分子完全有可能系形成该岩石和培育生命的环境与地球截
然不同，同时也说明它确实没有被污染。从某种意义上来说，
很有限的PAH品种范围恰好反映了这些微生物形成时火星生命
的局限性。
麦凯和他的小组竭尽全力保护艾伦山84001，使之免受污
染，以防产生任何有关火星生命的假象。他们首先确认在第一
次分析岩石时没有任何活的生命，随后又证实岩石确实来自火
星。但岩石内部PAH浓度高于外部的事实仍不能让某些批评家
信服。他们认为一些像这块陨石那样的黑色物体也会吸收热量，
使周围的积雪融化，这样水就会渗入岩石内部并将导致PAH的
沉积。不但如此，由于紫外线可使PAH分解，所以近于表面的
PAH更易受南极强烈的光照影响，一位美国科学家甚至说麦凯
之所述“过于简单，经不起推敲。风化作用是一个相当缓慢的
过程。有些东西悄悄地渗了进去，又慢慢散去，这并不是一种
明显的变化”。[6]
此后，在1998年1月，加利福尼亚州斯克里普斯海洋学研
究院的巴达（JeffBada）领导的小组发布了一个广为流传的声
明。这个声明对于国家航大局研究小组的结果是个致命打击。
巴达的研究结果表明艾伦山84001中的有机物质源自地球。巴
达说，“这项研究表明该陨石中的大量有机碳源自地球，我要
说这些化合物是地球的。看来它已经被污染了。”然而，即使
这份声明中，他随后的一些引起争议的提醒话也在一定程度上
削弱了先前讲的话：“我们要向大家证明的，就是目前我们还
没有取得任何证据可以绝对他说陨石上的化合物与火星有任何
联系……不过那上面可能有一些我们目前还不十分清楚的微小
的神秘成分。”
尽管斯克里普斯研究组率先发布了消息并成为新闻焦点，
但他们的研究结果也受到了强烈的驳斥。反对意见来自英国的
开放大学。皮林格（ColinPillinger）教授的科研组认为巴达的
分析结果是“完全错误的”，而且“另一颗陨石的4个样品提
供了丝毫未受污染的强有力的证据表明那颗红色的行星上确实
存在有机物质。这是不容忽视的。”[7]
即便如此，仍有许多针对麦凯及其小组的非难。其中最为
棘手的是关于微生物大小的疑问。
生物学家们相信生物个体的尺度有一个下限。这是因为需
要空间来存放遗传物质以供其机体生长、运动和繁衍。在地球
上，大多数细菌的长度在0．5至20微米之间（一微米是百万分
之一米，即10-6米）。在火星样品中发现的这些物体的大小
则在20至100纳米之间（一纳米是十亿分之一米）。换言之，
即便是其中个头最大的也要比地球上最小的普通细菌小几百倍。
直到最近有研究者在地球上发现了与那些火星物体大小相
近的微生物之前，科学家一直抱着这样的观点。微生物学家史
蒂文斯（ToddStevens）在美国华盛顿州里士满的太平洋西北实
验室工作。他声称发现了大小仅两倍于火星样品中的最大个体
的细菌。这些古怪的生物生长在华盛顿州哥伦比亚河河底深处
的岩缝中。它们没有有机食物来源，也没有阳光的照射，它们
靠水和岩石之间的某种化学反应来产生能量，制造氢气，随后
利用氢气将二氧化碳转化成甲烷——一种获取能量的化学过程。
有趣的是，所有这些原材料在40亿年前这类微生物形成的时期，
火星上全都存在。
另一位研究人员福克（RobertFolk）在意大利的热泉中也
发现了大小与前述火星化石相仿的细菌化石。他估计这些化石
有20亿年的年龄，但其大小与与艾伦山84001中发现的一些最
大的个体大小相同。
还有一条反对意见涉及嵌有那些化石的碳酸盐化合物的性
质。麦凯及他的组员认为这是某种生物学活动引起的——火星
生物的排泄产物。另一些人则认为当这块岩石从火星上分离飞
入太空时也会产生类似的化合物。
甚至在陨石和微生物的实际年龄这一问题上也存在着分歧。
国家航天局科研小组称这些微生物距今有36亿～40亿年之久，
但根据芝加哥菲尔德博物馆的沃德瓦（MeenakshiWadhwa）博
士的实验结果，岩石中的碳酸盐和生命物质可能只有13．9亿
年，误差在1亿年左右。
如果这是真的话，那么对于这块陨石和在它上面发现的微
生物的地球化学及生物学分析就将完全不同。不过，这并不意
味着那些印记一定不是某种非常简单的古老火星生命的化石。
我们对于生命如何在其他星球上起源和演化知之甚少，而且根
据福克的研究，在这两个相距极远的时期里（他那些生物估计
是20亿年前的，国家航天局的前述结果是36亿～40亿年，而沃
德瓦博士的估计则为13.9亿年），地球上也已存在着类似的与
世隔绝的生物。
面对一系列的质疑，麦凯及其小组目前正在进行更深入的
实验。有些成员认为这是一些在首次发布消息前早该进行的试
验。化学组的扎雷教授正在分析样本、希望借以证明岩石中的
PAHs来自火星，而非地球上的污染所致。看起来这确实是最有
说服力的方法，只是成功实施的困难极大。
该研究小组的下一个目标是找到氨基酸，或找到他们宣称
在这块岩石上发现的细胞的内部结构。氨基酸是生命的基本构
件，所有生命中都有这种物质、它们形成更大的分子群——蛋
白质，并在脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）等生物
化学物质的形成过程中起着重要作用，这些都是生命物质的标
记（关于这些化合物之间的相互关系请参见下一章）。问题在
于麦凯他们所发现的细胞状物体如此微小，以至于从中发现其
内部结构或成分已非当今光学技术力所能及。看来要证实其发
现的最佳途径就是发明更先进的观测仪器来一探这些微小结构
的究竟。
支持国家航天局结论的另一条途径是在更多的火星陨石上
发现微生物化石。截至本书撰写之时，只有一个英国研究小组
有一些模棱两可的发现。具有讽刺意味的是，他们首先考虑到
艾伦山84001中的微生物，却被美国人的声明抢尽风头。
1994年向全世界各地的研究人员发送陨石艾伦山84001的
小样品时，有一份正是送到开放大学皮林格教授的办公桌上
（就是那位1998年时驳斥对这块南极陨石来源置疑的教授）。
他与一对现在伦敦自然博物馆任职的夫妻搭挡赖特（IanWright）
博士和格雷迪博士一起对样品进行了分析。他们什么也没有发
现。但是他们与火星陨石的缘份还未就此结束。
在美国的小组开始研究艾伦山84001之前5年，赖特和格雷
迪一直在分析另一块类似的陨石。这块代号为EETA79001的石
头是1979年在南极发现的，这时距艾伦山84001的出现尚有5年。
在认真分析了EETA79001之后，这个英国研究小组在具有
相当影响的科学期刊《自然》上公布了他们的发现。他们的结
论是，这块陨石的有机物质浓度相当高，其中有包括与后来在
艾伦山84001化石四周发现的碳酸盐相似的分子。岩石内部PAHs
的含量明显比外表高。但关健的是，他们考虑到陨石受地球物
质污染的因素而不能断定这是不是火星生命的化石。
他们的另一个疑惑是EETA79001要比艾伦山84001年轻许多。
按他们的估计只有1．8亿年（大约是艾伦山84001年龄的1/20），
而且是最近60万年才脱离火星的（大约是直立人漫游非洲平原
的时候）。
这一截然不同的时间框架意味着：如果他们真的发现了火
星上的生物化石，那么，大约在60万年到1．8亿年以前火星上
是有生命的。大多数科学家都鉴于现代火星的环境如此恶劣而
认为几乎不存在这种可能。由于这些疑惑，皮林格及其同事在
《自然》杂志上发表的论文中低调他说，这一发现具有“显而
易见的内涵”。
当全世界在国家航天局的发现面前觉醒的时候，皮林格等
人也为之激动，公开了他们的研究并进行了一些补充。现在，
国家航天局也承认皮林格等人作出了“非常重要的贡献”。国
家航天局的一位研究人员说：“我们今天之所以完成了对艾伦
山84001的许多研究，在很大程度上是受这些英国人及其他人
早先对火星陨石的研究的鼓舞。”。[8]
公正他说来，英国人的发现并没有美国科学家对艾伦山84001
的研究那样具有决定意义。不过，看来英国人的保守确实使开
放大学和英国自然博物馆的研究者们失去了发现可能是本世纪
（如果不是空前绝后的）最重要发现的机会。
那么，我们从这些或支持或反对的声明中，从那些或证实
或反驳艾伦山84001含有原始化石的证据中能得到什么结论呢？
似乎各派评论家和科学家的不同呼声中只有一点是肯定的：在
我们能确认南极艾伦山这块火星陨石的不同寻常之处确实来自
另一个世界的生物化石之前，我们还有太多太多的研究工作要
做。
上面已经提过，目前的证据开始越来越倾向艾伦山84001
上的生物是地球微生物这一说法。但对于冷静客观的观察者来
说，在该陨石上发现的那些化石的不寻常的性质仍然是一个难
解的神秘疑团。
显然，几乎所有听说这个发现的人，更不用说那些对结果
（无论出于什么动机）抱有极大兴趣的人了，都希望该陨石碎
片中那些长形、圆形的印记会是某种生命的残余。当然，即使
有一天找到确凿的证据证明陨石艾伦山84001起源于地球，这
也不能解释英国人对EETA79001做出的发现，也不能否决火星
上也许曾经存在过生命的想法。
有趣的是，自从这次的发现后，出版商希尔（WilliamHill）
已将在火星上发现智慧生命的赌注赔率从500比1缩小到了25比
1。当然，希望不等于事实。威廉·斯考夫说得好：非凡的结
论需要不同寻常的证据。
__________
①辟尔唐人：这是科学史上最著名的骗局之一。“辟尔唐人”学
名Eoanthropusdawsoni，是1912年在英国辟尔唐发现的”人类头
骨”，1953年被证实是蓄意伪造人与猿之间失落的一环。
第二章什么是生命？
“谁说我们不会是火星人？”
——理查德·扎雷
什么是生命？乍一看，答案似乎很显然，但事实上要完整
而合乎逻辑地回答这一问题却相当困难。
如果说生命就是能够成长，能够运动的东西，恐怕并不贴
切。毕竟。晶体也能够成长——它能产生规则的结构，复制出
与细胞形态极为相似的单元。毫无生命的水或其他液体能够流
动，或者说运动，这显然不足以用来定义生命。
也许稍加思索后，你会说：所有的生命都消耗能量。然而，
从除草机到计算机，从汽车到宇宙飞船，所有这些机器也都消
耗能量。比较确切的定义或许是：生命拥有控制能量的能力。
不过一些高级的机器，特别是近几年来运用模糊逻辑设计的某
些先进的机器也具有这样的能力。
我们通过一个有趣的例子来看看要对“生命”下定义是何
等的困难。请想象一下，如果外星观察者们发现了因特网，假
如他们还没有注意到使用网络的是人类，他们会做出什么样的
判断呢？控制论专家沃里克（KevinWarwick）描述了外星种族
面对因特网时会提出的一系列问题：
以下７条关于生命的测试中，它真正能通过的有几
条呢？
它成长吗？当然：事实上在过去几年中，这种网络
成长的速度相当惊人。它具有行动能力吗？绝对有：例
如网络中的那些开关路由。对外界有没有反应呢？对外
界刺激的响应原本就是网络的基本职责。需要营养吗？
确实需要：信息（一种或另一种形式的能量）不断输入
网络中。具有排泄功能吗？有啊：信息最终是要送出网
络的。是否呼吸呢？这稍微有些难理解，不过如果考虑
一下电脉冲在网络中的传播，这也是正确的。最后是繁
殖，这也是最难说明的一点。也许我们可以从最初的网
络又在其他地方衍生出新的网络这样一个过程中作出推
论。[1]
另一种对于“生命”的理解是：只有生命处理和存储信息。
但这不就是计算机特有的用途吗？虽然关于将来是否可能利用
复杂的计算机来发展人工智能的争论十分激烈（我们将在第三
章里讨论），至少目前的计算机还不能被看成有生命的东西（
尽管它也处理信息）。那么，我们要如何来清楚明白地抓住要
点，把有生命的东西与无生命的物体区分开来呢？
传统教科书上有这样一条定义：所有生命都呈现出3个“f”
的特性：攻击（fight）、移动（flight）和繁殖（frolic）。它也同
样使我们陷入逻辑上的麻烦。繁殖事实上是“复制”的委婉语，
而且是迅捷的“复制”，有如无机的晶体在溶液中生长。对于
生命，也许我们得出的最准确的说法是：所有的生命，从最简
单的细菌到人类，都进行复制并把它们的基因物质或遗传特征
传递给后代。这些物质在传递过程中经历变异。换句话说，它
们经历了自然选择的进化过程，而不是简单地产生与自身完全
相同的拷贝①。
在萨根意外地辞世之前不久，他把生命定义为“任何具有
复制、变异和变异之复制能力的系统”。这意思是说，生命是
由具有下述特征的实体来表征的：这种实体通过自然选择的进
化机制，允许代与代之间产生变异，它能把自己的特征通过繁
殖而重组，使下一代的特征与自身并不完全一模一样。
在下一章，我们会回到进化问题上进行详细的讨论，现在
则必须先对“生命”的定义进行更深入的分析（这与其说是科
学问题，不如说是语义问题更恰当）。在这里，一个尤为重要
的问题是：生命是如何在地球——一颗生机勃勃的行星上产生
的？
为了探究这个问题，我们有必要了解一下在诸如“生命如
何在早期地球上产生？在宇宙历史的不同时期这样的过程在其
他地方又会如何发生？”之类的疑问背后的几个基本概念。
所有的物质都由原子组成。自然界总共有100多种不同的
原子，有些是非常普遍的，如氧，氮，铁和铅等；也有一些有
着奇怪名字的不太常见的物质，如铷、锿和硒等。在关于生命
的讨论中，最重要的原子是碳。在许多方面，碳原子有着和其
他原子一样的特性：它很稳定，能与其他原子或其他碳原子产
生键，从而形成小到仅有几个原子，大到含有成百万个原子的
分子。但是，它也有一个与众不同的重要特性。只有碳原子能
够成为大分子（有机分子）甚至更大的聚合物（生化物质）的
中坚。已故作家、化学家莱维（PrimoLevi）在他的一部著作中
这样描述碳原子的多样性以及它与生命之间密不可分的关系：
我们的主角已经和３个氧原子、１个钙原子一起以
石灰岩的形式静静地沉寂了数十亿年……十字镐的敲击
将它分离下来，送入石灰窑，进入这变化的世界…它被
风抓住，直落地面，又复飞上10千米的高空。一只鹰把
它吸入体内……在海水中溶解了３次后……它又被排了
出来……然后，它再次被捕获并由此开始了有机之旅…
它幸运地从一片叶子上擦过并钻了进去，一缕阳光将它
牢牢锁住……眨眼间就好像被蜘蛛捕获的昆虫一样，碳
原子和氧原子分离了开来，最终和氢一同进入了生命的
长链……它进入了血液，不断地迁徙。叩响每一个神经
细胞的大门后进入其中，碳原子被排挤了出去。这个细
胞是一个大脑的一部分。其实正是我的大脑……这个细
胞和细胞中的原子在一个从未有人描述过的伟大而微小
的运动中控制着我的书写。它……引导着我的手在纸上
画上一点，对，就是这里，句子后面的这个标点。[2]
碳具有可形成与其他原子相连的长链或环的几乎独一无二
的能力。我说“几乎”是因为还有其他一些原子也能形成类似
的链或环，但远不如由碳基产生的分子来得多样化。“硅”是
一个最接近的例子。它有些特征与碳颇为相似，但由于硅原子
之间的键比碳键要弱许多，所以它只能组成长度仅为５到６个
原子的稳定链。
此外，硅也没有碳的另一种惊人的特殊属性。碳能和其他
碳原子或合适的原子组成多重键。这大大加强了它的多样性，
使之能形成大量不同类型的分子，其中有些分子相当大，含有
数百万个原子。相对而言，硅却不能与同类型原子组成多重键，
也很少能和其他原子以多键的形态存在。
因此，尽管有些科幻作家在描写基于硅的生命形态方面做
了不少出色的尝试，但事实上这几乎是不可能的。原因非常简
单，以我们目前的化学知识来看，硅无法形成那么复杂的分子。
碳是这个宇宙中能形成生命砌块的独一无二的原子。
也许你会想，这是不是过于盲目自信了呢？事实上，我根
本没有离开过地球，人类也仅仅到达过月球，对我们这个小小
太阳系中其他行星的探索也不过处在用简单机器探测的起步阶
段而已。究竟为什么我敢下此断言呢？
这个问题的答案对于理解如何用科学的方法推测其他行星
上的生命至关重要。科学理论中极为基本的一条就是“普适性
原理”，它说明了宇宙的同一性——或者换一种说法，“这里
发生什么，那里也会发生”。举个例子，我们不可能莫名其妙
地错过了与碳相似的另一种原子，因为这样一种原子不可能填
进元素周期表——以某种精确的模式列出宇宙中所有不同元素
的精确位置与相互关系的分类方案②。
图2碳基分子和硅基分子的比较
元素周期表是一个世纪以前由俄国化学家门捷列夫（Dmitry
IvanovichMendeleyev）依据元素特性创制的。他把各种元素按
它们的特性置入相互关联性的模式中——这个网格状的系统被
称为“族”和“周期”。随着原子量的变化，原子的大小也不
同，表中并没有给任何特异的元素（也许这样的元素只有在猎
户座里才会发现）留下“空位”。”此后几十年里，表格中的
空缺逐渐被填补了上去，科学家还扩展了表的长度，但他们始
终没有发现过应插入表的中部的未知元素③。
这样迂回一番是为了要说明，只有碳原子才能形成“生命
分子”这样的大分子，例如，像DNA（脱氧核糖核酸）和RNA
（核糖核酸）这样巨大的分子结构，或者甚至较小一些的分子，
如组成前两者的核苷酸等）除此之外，还有蛋白质、酶及其他
维持细胞运作的生化物质。由于宇宙具有的同一性，这样的情
况在“这里”和“那里”都是一样的。
那么这些生化物质又有什么用呢？它们究竟又有什么特别
之处呢？
这些生化物质有着极为广泛的功能，从提供所有生物的每
个细胞运作所需的能量，到完成生命不可或缺的部分——繁殖。
在经历了漫长的进化过程以后，数以千计的这类生化物质均能
以惊人的高效完成各自特定的任务。其中最复杂的任务可能是
由一组特定的大型生化物质通过一系列精密的步骤将遗传信息
从上一代传至下一代。
正如我在本章开头所说的那样，具有复制能力、能在复制
过程中将遗传信息（它还具有变异能力）传递给后代，也许是
我们定义生命的最清晰的方式。在这个过程中需要许多大型有
机分子和生化物质。基于这一原因，很难想象某种生命形式，
特别是某种高级的智慧生命，能以碳元素以外的任何其他元素
为其化学构架的基础④。
好了，既然我们已经明确“生命”的核心在于一代代地复
制和变异，认识到那些生化物质在这一机制中起到了关键作用。
那么，它们又是如何具体参与其事的呢？
其实很简单：所有的生物都是通过印在每个细胞中的遗传
蓝图将特征信息传给下一代的。每个个体的模板全都不尽相同。
正是它区分了猴子和青蛙，区分了斯瓦辛格（ArnoldSchwarzenegger）
和布莱尔（TonyBlair）。这种蓝图被称为遗传密码，它由一系
列微小的基因组成，而这些基因又由一种非常大的生化物质——
DNA（脱氧核糖核酸）的片段组成。
遗传学的历史由来已久。19世纪中期，奥地利修道士孟德
尔（GregorMendel）认识到代与代之间是通过他称为“离散因
子”的东西——今天我们称之为基因——而遗传其特征的。他
发现每个个体从上一代那里继承两套完整的基因，分别来自父
母双方，在生物学上叫做“等位基因”。它们在复制过程中并
不发生任何变化，原封不动地从上一代传到下一代。使每个个
体不同的真正原因在于：每一个后代都从双亲两方各自的等位
基因中取一条，也就是说选中任一条的概率为50％，这样一来
就会产生4种组合，任何一种组合出现的概率为25％。这种基
因的重组产生了多种多样的特征结果，如：肤色、体型、对疾
病的抵抗力，甚至酗酒的倾向性。
尽管孟德尔有了遗传物质的概念，但他并不清楚这个过程
在化学上是如何实现的。在孟德尔死后，大约过了70年，这个
谜终于被解开了。在剑桥工作的沃森（JamesWatson）和克里
克（FrancisCrick）发现基因由两股复杂的分子组成，这就是现
已广为人知的DNA双螺旋。
现已发现所有生物的每一个细胞中全都含有DNA。虽然它
是非常大的有机分子，但令人惊奇的是，构成DNA的基本化学
单位只有4种。它们分别是：A（腺嘌呤，adenine）、T（胸腺
嘧啶，thymine）、G（鸟嘌呤，guanine）、C（胞嘧啶，cytosine）。
它们数以亿计地散处于DNA分子结构中。这4种物质中的3种便
可以构成一个特定的代码或“词”，这些由“3个字母”组成
的代码使单个的氨基酸能够按照指定的顺序组合成蛋白质。蛋
白质不单单是组成人体器官的必要物质，所有的生命都要依靠
蛋白质来提供自身所需的复杂化学物质。
使这一过程形象化的最佳办法，莫过于将一个细胞想象成
一大套百科全书。每一册书就是细胞中的一条染色体。人类的
每个细胞中都含有23对染色体，它们由极长并紧密盘绕的DNA
构成。人类身上的这套“百科全书”共有46册，每一册都有数
十亿的词汇量。
就像大百科全书的每一册都讨论大量不同的问题一样，每
一条染色体都控制着生物种种不同的物理特征。打个比方说，
眼睛的颜色就好比是“文艺复兴时期的经济理论”；毛发的类
型就是“第一次世界大战时期伦敦的双层公交车”，身高相当
于“鸭嘴兽的交配习性”。这本百科全书中的每一个条目就是
单个的基因。当然，每个条目都是由段落、单词和字母组成的。
依据我们的类比，段落就是基因中大段的DNA，而单词是DNA
中由3个“字母”组成的“词”（它为氨基酸编码），其中的
字母就是基本单元：A、T、C和G。
图3遗传密码与单词、书和图书馆的类比
除提供组成基因的必要物质外，通过在细胞中复制自身，
DNA同样也是生长过程中的重要媒介物。它就像是一块模板那
样产生自身新的拷贝。我们的这本“大百科全书”似乎可以无
限地复印和分送；你只要拆开它就能一份一份地复印出相同的
拷贝。但是正像复印一样，在这一过程中总有些小误差。这些
“小误差”被称为“变异”，它们可能是有益的，但也有可能
会产生不良后果。
在克里克和沃森对DNA结构具有独创性和开拓性的发现之
后15年，科学家们对于“大百科”中的“单词”的形成有了充
分的认识。他们发现在A、T、C和G这4种基本物质中，每次只
要3种即可正确定位氨基酸以形成蛋白质。这样一来，用4个不
同的字母，我们就可以得到64个不同的单词（长度为3）。举
例来说，“G-A-T”就决定了一种特定的氨基酸——“天冬氨
酸。
然而，这并不是故事的全部。DNA并不是遗传机制中唯一
的生化物质。另一种同样重要的化合物叫做RNA（ribonucleicacid
的缩写，即核糖核酸）。它与DNA的关系相当近。让我们来再
看一看大百科全书和复印机之间的关系。大百科全书的书页通
过复印机复制。复印机扫描书页并用墨将书上的文字和图片在
另一张纸上重复展现出来。在生化反应中，将信息从原件传送
至复制件的正是RNA分子。这种特殊的分子可以被看成信息传
递者——它把DNA编码转送至细胞内另一种叫做“核糖体”（
类似于复印机中的实际复印部件）的生化“装置”中，由后者
来构造蛋白质。
整个过程也可以看成工厂中的一条生产线。DNA将“引物
核苷酸”——一种体内已预先制备好的有机大分子——正确地
连接起来制造出更多的DNA和RNA。用我们的类比来看，引物
核苷酸就像是机器的许多小部件，这些部件可以在机械车间的
装配线上拼装在一起。要完成这项工作，DNA还必须使用酶。
酶是另一种有机分子（蛋白质），它能促成某些化学反应的进
行（加快反应的速度，也就是说，它们是生化催化剂）。RNA
将DNA的设计指令转送到核糖体，核糖体用较为简单一些的化
合物（氨基酸）来制造蛋白质。利用这些蛋白质又可以制造出
更多的DNA、RNA和其他大分子，同时另一部分蛋白质以酶的
形式共同参与到细胞乃至整个生命体的维持运作中（包括所有
以上这些过程）。
图4DNA如何制造蛋白质
这可是一条自给自足的生产线。大脑是公司的总裁，每个
细胞的细胞核就是一个生产车间，而这些大分子则是机器，所
有的机器和它们的产品是用同样的零件制造出来的。这一切的
一切都由我们吃的食物来提供能量。车间由我们呼吸的空气来
通风，所有的过程都在水（或一种似水的溶液）中完成⑤。
整个过程相当清晰。它展现了生命维持自身运作的机理。
但是，在这个生命循环的生化过程中是否有些问题呢？想一下
生命的基本要素：生命的定义是能够复制并将变异的信息一代
代传下去或通过自然选择而进化的实体。进化是通过复制过程
中的遗传变异来实现的。遗传密码由DNA携带，DNA是在细胞
内利用RNA生产蛋白质的某种生化过程中产生的。不过，我们
陷入了一个左右为难的困境，如果说进化对“生命”乃是必不
可少的，而这个过程本身又要求一系列相当复杂的变化，那么
生命最初是如何产生的呢？从另一个角度来看，所有能够进化
的实体（按我们的定义就是“活的”）都要具有足够复杂的结
构来运作自身的遗传机制，从而实现进化过程——即便最简单
的细菌也是如此（这就是为什么细菌被认为是有生命的原因）。
但一种实体在没有进化的情况下又是如何变得如此复杂的呢？
它究竟是怎么开始攀上这进化之梯的呢？这是出名的“先有鸡
还是先有蛋”之类令人进退维谷的难题。幸运的是，这个看来
无法解答的谜却是有答案的。
直至17世纪，所有关于生命起源的思想都深深扎根于宗教
而不是自然哲学（现代科学的先驱）的基础上。神被视为所有
生命的缔造者；人类是由神通过一种无法（或是不该）了解的
神圣方法创造出来的。随着时光的推移，先后出现了一些试图
解释其中奥秘的理论。
“自然发生论”是最早的理论之一。从很久以前，人们就
注意到一些有机物，特别是像奶酪和面包这样的食物，表面常
常会无缘无故地长出生命来。例如，一块放置了几天的奶酪上
会长出霉茵来。同样的现象也会发生在面包和熟透了的水果上。
由此就引出了生命会“自然”产生的想法。
一直到1860年，这种想法的势头才得以遏制。巴斯德（Louis
Pasteur）证明如果将这些东西装入密封容器中，它们并不会长
出真菌或其他可见的薄膜。即使面对这样的事实，那些“自然
发生论”的支持者们仍辩称，巴斯德只是证明了面包或奶酪上
自然产生的生命由于缺少空气而窒息并停止生长罢了。巴斯德
于是又接着说明真菌或细菌的生长是由于空气中不可见的孢子
或微生物引起的。有机物表面出现的那种生命形式正是细菌或
真菌的菌落生长到了肉眼可以观察到的地步，而空气、合适的
湿度和可靠的食物来源也都是促成这一切发生的必要条件。
几乎就在巴斯德的研究成果发表之际，自然发生论的丧钟
敲响了——达尔文（CharlesDarwin）和华菜士（AlfredRussel
Wallace）几乎同时创建了自然选择的进化理论。在他的革命性
著作《物种起源》中，达尔文证明了生物是如何在一个漫长的
时期中，从简单进化到复杂，而且尽管奶酪上的生物非常简单，
它们决不是随意突然地产生的。鉴于当时的宗教敏感性，达尔
文在《物种起源》中并没有推测生命在地球上产生而不必借助
神的力量。他在书中写道：“造物主”呼出了“一种或几种生
命”。然而，当私下里与他的朋友和同事胡克尔（JosephHooker）
通信时，达尔文表达了自己真实的想法——生命从化学中产生：
“从充满了氨、硫酸盐、光、热、电等等所有这一切的某些温
暖的小池塘中诞生。”
自然哲学家试图依据早期的实验以自然发生论来诠释地球
乃至其他星球的生命起源。但是，所有的生命都必须经历进化
过程，从定义上来说都要在自然选择法则的支配下运作——它
们要卷入代代相传的遗传变异，并且必须变得复杂到能够参与
这种过程。虽然我们面临着“先有鸡还是先有蛋？”的问题，
自然发生论却不是这个问题的答案，它只是一条死胡同。
有一种避开了这一起源问题的理论叫做“胚种说”。它主
要由瑞典化学家阿雷尼乌斯（SvanteAugustArrhenius）之倡导
而在19世纪大为流行。阿雷尼乌斯认为生命是从外层空间以孢
子的形式传到地球上的，他的这种理论得到当时多位著名科学
家的支持，其中包括杰出的物理学家亥姆霍兹（HermannvonHelmholtz）
和开尔文勋爵（LordKelvin）。从详细的模型中可以看到，胚
种说提出“生命的种子”从一颗行星传至另一颗行星，当某颗
行星演化到适宜于生命时，生命就会开始出现。
根据胚种说支持者的说法，地球上的生命是在大约35亿至
40亿年前，生命种子或孢子来到地球以后开始出现的。当时地
球上已经形成了适合这些“种子”生长和进化的大气层和地面
环境。
迄今为止，这种理论仍相当有争议。现代胚种说的积极支
持者霍伊尔（FredHoyle）和维克拉马辛在过去几十年内一直
不懈地进行着论证，而且事实上也没有任何科学推理可以证明
这是不可能的。即便艾伦山84001是第一块被发现含有生物化
石的火星岩石，它无论如何也决不是唯一含有有机物质的陨石。
我们已经从坠落在地球上的岩石中发现过大量不同的复杂有机
分子。这些岩石中有一部分是从太阳系外历经数千万年来到这
里的。就像彗星一样，从其他恒星的行星系统中诞生（虽然不
常如此），并踏上漫漫旅程前来此地⑥。
胚种说的一个疑点在于：细菌作为最简单的生命，经受不
住宇宙中以百万年计的漫长旅行。不过，新的证据却使持此疑
问的反对者失去了优势。
近几年的研究表明，细菌可以在地球上一些环境非常恶劣
的地方生存。10年前，科学家在活火山口附近发现了细菌的生
长。类似的情况也出现在其他地方。在热泉和南北两极的荒漠
地带也都有能够忍受极端温度的细菌的影踪。更有甚者，在核
反应堆通风口处也有生命在繁茂生长。不过，这些比起1996年
的一项发现来说却又算不了什么了。一群科学家在美国东海岸
的海床上钻了一个深洞后惊奇地发现，在水下11000英尺（约
3350米）的沉积物下面2500尺（约760米）的地方也有细菌存
在。
很难想象科学家们当时震惊的样子。几乎所有地面上的生
物都不能承受海平面以下13000英尺（约4000米）处的环境。
那里的温度大约是170℃，而且压力约是地面上的400倍。虽然
这与星际空间中几乎毫无大气压力、并且处在绝对零度（-273
℃或0Ｋ）边缘的环境不完全相同，但这无疑同样是很严酷的
条件。没有理由说，能够在地表以下13000英尺（约4000米）
处的恶劣条件下生存的细菌，如果在一颗彗星或流星体的中心
部分静静地处于休眠状态的话，就一定不能忍受太空中的环境。
然而，完全没有必要在“是否可能”这上点上大费周章。
在前面的章节里我已说过，DNA和RNA是由一种叫做“引物核
苷酸”的大型有机分子或生化物质产生的，“引物核苷酸”镶
嵌在一起形成更坚实的单元，它们制造出DNA和RNA的组成部
分。有些人认为这种较为简单的“生命前”单元（作为生命前
驱的大型有机分子，但其自身并不是“活的”）可以承受星际
之旅）将生命之种传播到地球上。
这次生命之旅的出发点可能是我们这个太阳系中的某处——
也许是火星，假如那里确实先于地球有过生命。要不然，它也
可能是从许多光年以外比我们太阳系先有生命的另一个行星系
统出发，长途跋涉才来到这里。
尽管恒星之间相距遥远，封闭在彗星或流星体中的有机物
质往往要在太空中漂泊数百万年，但是生命通过这种方式传播
到地球的可能性依然存在。最近的估计表明宇宙的年龄大约是
150亿年，而地球上最早出现生命的时间是35亿～40亿年前。
可见，从大爆炸到地球上首次出现生命之间至少有100亿年的
时间。很有可能在银河系或其他星系中有某个行星系统比我们
的太阳系形成和冷却得稍早一些，如果生命在那里开始进化，
哪怕只比这里早了1%，也会给生命之种数千万年的时间飞抵地
球。
20世纪70年代，一群加拿大和英国科学家在胚种说的基础
上提出了一种更精致的思想，称为“生命云”理论。这种理论
展示了星际尘埃云中含有的有机化学成分如何反应生成核糖体
和蛋白质。按照这种理论，当行星穿越这样的云时，生命之种
的传播就完成了，一旦行星上的环境变得适宜，生命就开始繁
盛起来。他们认为地球很有可能在35亿～40亿年前曾穿越过这
样的星云。
基于“胚种说”的种种可能的理论都非常有趣，也没有什
么科学依据可以完全否定地球生命源于某个遥远世界的假设，
但是它同样无法解开生命的起源之谜。这些理论就像移动球门
柱一样，将问题的重心转移了一下而已。就算“胚种说”是正
确的，它确实解释了地球生命的起源，但老问题仍未解决：生
命究竟是怎样在它第一次出现的地方产生的呢？
不管某一天“胚种说”会被证实为对或错，如果我们要认
真地探究生命起源的话，就应该先把它放在一边。取而代之的
是，让我们暂且假设地球上的生命不是来自其他地方，而是在
当时的环境条件下，通过某种途径自行产生的。那么，它会是
如何产生的呢？
1936年，俄国生物学家奥巴林（AleksandrIvanovich）在《
生命的起源》一书中首次尝试描述含简单化合物的溶液如何通
过一系列生物化学反应形成非常复杂的分子结构。在那本书中，
奥巴林提出原始的生物有可能是从已有的有机物中产生的，而
那些有机物又是由更为简单的化合物自然形成的。这样，他真
正开始将达尔文的进化论放入前生命系统之中。尽管奥巴林可
以在实验室中用精密的实验来证实他的构想，但不足为奇，他
在当时受到了全体宗教思想家和科学家的怀疑。不过，他的理
论得到了英国大生物学家霍尔丹（JohnHaldane）的支持。霍尔
丹是第一位提出在原始海洋中发现的某些有机化合物或许能合
成某种可自我复制的物质形式的科学家。他认为富氢的大气环
境会大有帮助，这一系列条件称为“还原性大气”⑥。
20世纪40年代和50年代中，认为生命起源于大气中含氢的
原始地球的想法相当盛行，并且由于1953年两位美国化学家米
勒（StanleyLloydMiller）和尤里（HaroldClaytonUrey）进行的
有些传奇色彩的实验而得到了长足的发展。
1953年4月，全世界都为克里克和沃森所揭示的DNA分子
“双螺旋”结构所震惊。一时间，关于生命的话题以及如何利
用科学技术手段来揭开遗传和进化之谜的各种讨论成为新闻的
焦点。在这样的环境下，一个月之后，也就是1953年5月，米
勒和尤里公布了他们的革命性发现。
按照试验计划，米勒和尤里决定要验证一下奥巴林和霍尔
丹的理论。他们在实验室中做了一个假想生命出现时地球环境
的模拟实验。首先将氢、水、甲烷和氨混合成某种气体（为了
和史前地球大气的成分相吻合），然后模拟闪电，让这些混合
物经受一星期的放电反应。
一周之后，他们得到了令人吃惊的结果。在烧瓶底部的红
褐色沉淀物中发现了大量的有机化合物。其中包括多种有机酸
（脂肪酸和羟基酸）和尿素，此外还有一系列与糖的结构相似
的化合物。进一步的研究表明，这种方法可以产生大量生命必
需的分子。
有了第一次的成功之后，这两位科学家又在先前那种混合
气体中加入火山气体中含有的一种简单分子——氰化氢（HCN）。
这样，他们最重要的发现诞生了。在沉淀物中出现了氨基酸，
它在生物化学反应中起着重要的作用，是生命起源绝对不可缺
少的成分。
图5米勒和尤里的实验
自然界中有20种不同的氨基酸，它们能以多种多样的方式
形成蛋自质，其中也包括参与形成（组成DNA和RNA的）核苷
酸的酶。简单他说，氨基酸是生命的基本砌块，是一种在细胞
所有活动中都据关键地位的分子。米勒和尤里在烧瓶中总共发
现了不下8种的氨基酸。
他们得出的结论是，形成生命的各种分子完全有可能是在
地球大气中孕育而成的。最近，米勒更是声称形成足够复杂的
结构并产生活细胞的过程大约只要１万年。米勒不顾那些宣称
地球生命是宇宙中唯一生命的反对言论，而根据自己的实验结
果非常肯定地认为，如果有适宜的环境条件以及恰当的化学混
合物，任何一颗行星上就都可以产生生命。
8年后，米勒和尤里的研究结果得到了进一步的支持。1961
年，在休斯顿大学工作的生物化学家奥罗（JuanOro）尝试用
更简单的化合物形成氨基酸。他只采用了米勒和尤里当时用的
混合物中的两种成分——氰化氢和氨。结果令他惊奇的是，产
生物中除了大量不同的氨基酸外，还有许多腺嘌呤（DNA和RNA
的4种基本组成成分之一）。腺嘌呤同时还是在所有生物的所
有细胞活动中提供能量的主要分子腺苷三磷酸（ATP）的组成
部分。
但是，米勒－尤里模型以及所有相关的后续尝试都存在着
一个缺陷。这种缺陷近来更是引起了对基于这些实验的地球生
命起源解释的怀疑。在实验时有一个默认的假设，即早期地球
大气中含有高浓度的氢和低浓度的氧。现在看来，这种假设是
完全错误的。
早期地球大气中非但没有米勒－尤里实验（采用富氢混合
物）中所有的分子种类，而且地球大气似乎也从未如此稀薄过。
我们并不能因此就说尤里和其他一些人所描述的机制不可能发
生，不过，它的确给这种早期地球上产生氨基酸的理论敲了警
钟。
此外，许多陨石中都含有大量与实验结果相同的氨基酸。
这使许多评论家更加相信，这些生命之砖在大约40亿年前来到
地球，并逐渐演变发展到今天的地步。
就像我先前说过的那样，不论哪种过程是正确的，我们的
问题仍未解开。简单的氨基酸究竟是如何发展成为生物学物质
或简单的生命物质，并进而形成一个自我维持的生态系统——
共同生活在地球上的各种各样的生物呢？其中的难点并不完全
在于氨基酸如何一步步地形成蛋白质，最后产生像RNA那样的
大分子（当然这个转变过程也不应该被忽略）；真正的难解之
处在于“无生命的”或前生命的分子（如RNA）是如何发展到
一个具有进化能力的系统（如细菌）的。事实上，这才是吸引
众多生物化学家和进化生物学家的科学前沿，他们希望彻底揭
开生命在地球或其他地方进化发展的奥秘。
目前有两种试图解释从前生命系统到生物学系统之转变如
何发生的理论。第一种叫做“RNA世界假说”。这一假说是在
20世纪60年代后期，由生物化学家沃斯（CarlWoese）、克里
克和奥格尔（LeslieOrgel）首次提出的。他们和当时的其他研
究者一样，都注意到了这一转变中一个基本的佯谬——制造DNA
和RNA要有蛋白质，而只有DNA和RNA中具有正确的核苷酸序
列才能制造出蛋白质。面对这样的情况，我们要么假设蛋白质
和DNA、RNA在早期地球上是同时产生的，要么找出一种理论
来解释如果两者之中先出现某一种的话，会如何导致生命创生。
这些科学家的回答是：在整个过程启动的时候，可能有某
种尚不清楚的机制少量地产生了某种类型的RNA。他们猜想这
种RNA具有比今天的RNA更多的功能。它或许可以在不存在蛋
白质（也许是利用自身结构中的蛋白质）的情况下进行复制（
产生其自身的拷贝），而且还能在产生蛋白质的过程中起到催
化作用。
乍一看，这似乎是不可能的。先前我们已经看到，如今在
每个生命的每个细胞中进行的过程是何等复杂，它需要大量各
式各样的重要有机分子的共同参与。这个运作系统中包括DNA
和RNA，还有既是原材料又是催化剂的蛋白质（起催化作用的
蛋白质称为“酶”）。显然，这种理论中所假设的是一种结构
上近似RNA，但更加复杂、具有更多功能的分子。
自从30多年前提出这种理论之后，科学家已在这一领域中
进行了大量的研究工作。1983年，在科罗拉多大学工作的切赫
（ThomasCech）和耶鲁大学的阿尔特曼（SidneyAltman）独立
发现了一组他们称之为“核糖酶”的分子——一种RNA催化剂，
或者说由RNA形成的酶（核糖酶在英语中称为ribozymes，其中
ribo-代表核糖核酸（ribonucleicacid）或RNA，-zymes则是酶（enzymes）
的后半部分）。尽管这一发现大大支持了“RNA世界假说”，
但是仍没有迹象表明有哪种RNA曾经执行过而如今已不再执行
另一项实质性的任务——自我复制。
当一部分生物化学家专注地寻找那些特异分子（它们能够
完成通常由DNA实施的功能）时，另一部分人也努力尝试着从
其他途径找到问题的答案。其主要思想是：原始地球上的RNA、
DNA和酶与今天的不同。换句话说，就是希望我们能接受分子
也在某种意义上进化的观念。
这种观点看起来也不算很牵强附会。一条潜在的原则是，
原始的DNA需要原始的RNA和简单形式的酶来催化当时的生物
化学进程。如果事实果真如此，那么有可能早期RNA的部分功
能已渐渐被其他更适合的分子取代了。而且据估计，催化剂（
加快反应速度的化学成分）的角色也可能在相同环境下已由某
种无机物质替代了。⑦
由于没有切实的证据，也没有人成功地制造出能自我复制
的RNA分子，这种理论迄今仍只是地球生命起源众多可能解释
中的一种罢了。
另一些有力的竞争者将非生命物质到生命物质的飞跃建立
在一种完全不同而很有争议的理论上。
在克里克、奥格尔和沃斯形成RNA世界假说的同时、另一
位生物化学家——格拉斯哥大学的凯恩斯－史密斯（A.Graham
Cairns-Smith）提出了一种令人耳目一新的革命性观点。他认为
导致生命形成的有机物最初是从无机物质演化而来的。
起初，这听起来有些令人咋舌。毕竟，对于我们大多数人
来说，无机物和有机物之间是存在着巨大差异的。一切生命都
是有机的，当然包括我们的所有食物在内。遍布全球的森林、
动物、植物全都是有机的。而像岩石和组成大气的气体等一般
视为“无生命”的东西则均是无机物。
尽管碳具有一些与众不同的特性，但对于化学家而言也只
不过是元素周期表中100多个元素之一员，况且有机物（常常
与“有生命的”相联系）与无机物（总是与“无生命的”联系
着）之间的界限实际上是一个概念问题。
凯恩斯－史密斯指出，就像利用DNA和RNA的生物化学系
统一样，复杂的无机系统也可以复制和传递信息——虽然是以
简单得多的方式。让我们回顾一下现代生物圈的运转过程，DNA
携带着一整套复杂得令人难以置信的复制蓝图——遗传密码。
我们已详加讨论的RNA和蛋白质则为此各司其职。现在，凯恩
斯－史密斯提出的全新观点却是：40亿年前某种更简单的系统
在运转，它最初并不需要DNA和RNA，甚至不需要蛋白质。
在这个系统中（在有史以来最受欢迎的科学书籍之一——
《生命起源的七条线索》中有很精彩的描写），凯恩斯－史密
斯展现了地球生命的两条迥然不同的演化途径。第一步是利用
存在于粘土中的晶体结构产生他所称的“低技术”组织，这种
晶体在当时应该（和现在一样）相当普遍。这些粘土在结构上
虽然远不及DNA分子来得复杂，但却能产生自我复制系统，以
此将信息从一“层”传到下一“层”。这与DNA的复制过程有
着异曲同工之妙。
凯恩斯－史密斯相信，从这种“低技术”开始，渐渐演化
出了结合成有机分子的更为复杂的系统。它有可能就像米勒、
尤里和其他人主张的那样，是在早期的地球上产生的，或者也
有可能从另一个已有生命的世界远道而来。这些不甚复杂的结
构经过漫长的时间，进化到今天这种包含了DNA、RNA和蛋白
质的“高技术”组织，从而促成了目前这样通过自然选择不断
进化的遗传机制。凯恩斯－史密斯把从“低技术”迈向“高技
术”的转折点称为“１号基因”诞生。自此之后，地球上生命
的进一步发展都以其为原始模板。这种理论超越了达尔文的生
命起源于“温暖的小池塘”的假说，将我们引向一个甚至不是
有机物的共同祖先。
凯恩斯－史密斯的想法相当大胆，它处在人们通常接纳的
科学范畴的边缘，但事实上它并不见得比RNA世界假说更令人
惊讶，而且也有相当多的证据支持它。关于通往“生命”之途
的最终思考与这两个过程都有联系。
图6粘土的“复制”
化石记录告诉我们，在很久以前地球上就开始出现生命了。
1980年，在澳大利亚的沙漠中发现了一种名叫叠层岩或“活石
头”的生物化石，这种生物大约生活在35亿年前，在过去16年
中它一直被视为地球上最古老的生命形式。然而，在1996年底，
圣迭戈斯克里普斯海洋学研究院的科学家们又将这一时间往回
推了一些，他们成功地分离出一种碳的同位素的混合物⑧。据称
这种同位素是由38亿年前的生物产生的。我们知道，地球上的
环境是在大约40亿年前才开始变得适宜生物形成的，所以，这
样看来，在此之后仅仅过了几亿年时间，最简单的生命就已经
出现了。
当然，所有这些并没有给出在地球外的其他行星上也有生
命进化的证据，但它至少向我们表明，一旦有合适的条件生命
就会出现。卡尔·萨根曾经写道：“现有的证据充分表明，只
要给出初始条件和10亿年的演化时间，就应该会出现生命。在
适宜的行星上产生生命似乎构成了宇宙化学的一部分。”他在
这里所描述的就是自组织原理。
最近的研究表明，某些物理或化学系统可以自发地从较简
单的状态跃变为高度复杂或高度有组织的结构。有些人认为这
种组织原理是“反熵”（一种从有序转化为无序的过程之逆过
程）的一种表现，而且有可能与生命有着某种神秘的联系。
熵是一个系统中的“无序程度”，在自然界中它总是增长
的——放着的水果会渐渐腐败，它的细胞分解开来，“干净”、
“有组织”的新鲜水果就变成了一堆无组织的物质。据信自组
织原理是宇宙中熵不断增长这一趋势的逆过程。由此看来，由
太空中的简单分子或“低技术”无机系统发展出有机分子；尔
后又由这些有机分子最终形成生命的可能性就大大增加了。
由于宾夕法尼亚州立大学的物理学家斯莫林（LeeSmolin）
教授最近的一项提议，生物学界和物理学界正陷入一场激烈的
辩论之中。引起这场骚动的具体原由是斯莫林教授提出，宇宙
也有可能像生命那样通过达尔文的自然选择而演化。他称这项
原理为“宇宙学选择”。按照这一理论，我们所处的宇宙乃是
从时间开端以来一直在演化着的一系列宇宙中年代最近的一个。
更有甚者，我们宇宙中的生命则是黑洞的副产品。在这个达尔
文式的系统中，黑洞的创生乃是真正的动力，斯莫林指出这样
说的依据是：一个宇宙拥有的黑洞数量越多，这个宇宙就越稳
定。
不过最值得注意的是，该理论表明只有存在碳的宇宙才有
可能形成黑洞。根据宇宙学选择理论，生命恰巧也依赖于碳纯
粹只是一种巧合。[3]
很显然，要找到生命起源——甚至只是找到地球上生命起
源的确切答案仍有很长一段路要走。假若我们在不久的将来真
能有幸研究外星生命，这就能使我们有更多的机会揭开简单生
命在地球或其他地方发生发展的奥秘。不论最后究竟会是哪一
种理论获胜，也不论最终的解答是本书中已经提及的或是至今
尚未出现的，要解开这个科学史上最大的疑谜之一，找到切实
的证据把现时尚属臆测的想法变为真实的答案，我们要做的工
作还很多很多。
_________
①这自然引起了许多伦理上的思考，特别是近期在遗传方面
关于克隆技术的一些突破。比方说，根据上面的说法，克隆羊
“多利”算不算是有生命的呢？克隆出来的子代和它们的亲代
完全相同。这虽然非常有趣，但却不是一个章节的内容可以涵
盖的，如此复杂的、谜一样的问题完全可以写一本书来讨论一
番。
②你们中的有些人也许仍然无法相信，并怀疑这不过是我们
一厢情愿的想法罢了。要想真正地论证这个复杂的问题恐怕需
要整整一个章节才行。不过在这里将给出一个例子，我希望这
已经足够说明问题了。运用一种叫做“光谱分析”的技术，天
文学家可以探恻遥远恒星的光波并分析它们的组成。研究结果
表明，它们的光与我们的太阳光相似（主要区别在于不同颜色
成分的比例）。光的差异由组成这些恒星的化学元素所确定，
这些元素都可以在我们的太阳中或在地球上找到。就像前面提
及的莱维所说的那样。从根本上来讲，所有的东西——从高楼
大厦的砖瓦，到我们眼睛的细胞和这本书的每一张纸——都是
从恒星而来；而所有恒星的基本组成都是相同的。
③根据最近的统计，元素周期表中共有109种元素。随着对
核反应的进一步研究，这个数字还在不断增长。这些新增的不
稳定元素叫做超铀元素，它们的寿命很短，很快分解成原子量
较小的其他元素。最重要的是，它们都是元素周期表尾部的重
元素，与那些主要构成元素周期表的稳定元素相比，它们的原
子序数大，原子量也大。
④对有些人来说，这样的断言听起来有些过于主观。这样的
意见在此时此刻应该说是有一定道理的，毕竟，在浩瀚宇宙中
存在某些以目前我们还不甚了解的机制进化而来的生命形式也
是有可能的。不过这样的情况不在眼下讨论的范围之内，它将
在第四章中讨论。
⑤最后的这一点正是含水的环境对于生命的出现和维持至为
重要的原由（参见第三章）。
⑥迄今观测到的大部分彗星都来自太阳系边缘的两个区域，
即奥尔特云和柯伊伯云。有理由相信，在过去的46.5亿年中周
期性地造访地球的某些天体也许来自遥远的、环绕其他恒星运
行的世界。
⑦有些读者可能会奇怪，为什么科学家选择了RNA而非DNA
作为最原始的导火索？原因是制造RNA所用的核苷酸要比制造
DNA的脱氧核苷酸更加容易合成。而且这样也更容易想象DNA
如何从RNA演变成今天这样的遗传信息的保卫者和储存者的角
色。
⑧几乎所有的元素都至少有两种同位素形态，它们的质子数
相同，但是中子数不同，这就导致了原子量（原子核内中子与
质子之和）的不同。
第三章凸眼怪物和小绿人
“它是生命，吉姆，但不是我们所知道的那种生命。”
——引自《星际迷航》
让我们设想宇宙中充满了生命。暂且假设怀疑论者的想法
是错的，生命之花在银河系乃至其他星系处处盛开。那么外星
生物会是什么样子呢？
对这个问题有两种不同的观点。一部分人认为在外星世界
里，物种的数目与地球上大致相当，但是占统治地位的生物与
我们人类看起来完全不同。另一种推理是，外星世界中有着大
量不同的物种，但真正进化到能够创造一个文明的生物则应具
有和人类大致相同的形态。
两方阵营的论据都相当复杂，关键在于对进化生物学的不
同诠释，以及关于宇宙范围内进化方式的互相对立的观点。
我们已经知道，自从1859年达尔文的《物种起源》出版后
自然选择的进化理论开始流行起来。这是一部堪与爱因斯坦的
相对论、立体派或勋伯格（Schoenberg）的十二音阶体系媲美
的作品。就和所有划时代的革命性发现一样，进化论被当时的
许多人误解。甚至时至今日，它仍为不少人曲解。
19世纪后半叶，当达尔文的密友赫胥黎（ThomasHuxley，
（绰号“达尔文的斗犬”）竭力宣传进化论时，传媒和大众都
完全错误地接受“人是由猴子变来的”这样的观点。这是对一
种缜密的理论的粗滥而错误的解释。时至今天，不少人仍持有
如此荒谬的想法，此外，还有一些更诱人的误解掺杂进来。
最近在某科普杂志刊登的一篇关于其他行星上的生命的文
章中，我惊讶地看到它说在另一颗行星上产生和我们相同的基
因序列的机遇是5×(10的16557000次方)，即5后面跟着1600多
万个零。这无疑是个大得难以想象的数字，它意味着在其他星
球上出现与地球生命相仿的生命是极有可能的（扫校者注：中
译本原文如此，疑为作者或译者笔误，产生相同基因序列的机
遇应当是1/(5后面跟1600多万个0)，也就是说在其它星球上产
生与我们相仿的生命是极其没有可能的。从下文看，作者也是
这个意思）。而事实上，这种说法是彻底错误的，它没有将进
化的因素考虑进去。
诚然，在一个没有进化的宇宙中，要产生与智人相似的生
命形式是不大可能的。不过，由于基因随着环境而进化、变异，
所以倘若地外环境与地球并非截然不同的话，那么在有生命的
行星上的生物基因经过长时期的进化，产生与地球上相似的生
命是完全有可能的。
但是，达尔文进化论的重要性远不止如此。它并不是简单
地描述生命形式的发展，或高等生物如何从低等生物进化而来；
它是生命的发动机。不管那些宗教顽固派怎么说，没有进化也
就没有生命。
进化的机制究竟是什么呢？它如何影响着关于外星生命特
征的种种争论？进化的结果是否会产生凸眼怪（bug-eyedmonsters
常简称为“BEM”），有没有小绿人（“LGM”），或是其他
什么闻所未闻的东西？
进化过程是在不经意间发生的，冷酷无情的。这是岩石的
核心，是生存的恶梦，是在陷井底的恐怖，是那种将你在清晨
4点惊醒的恐惧。通过自然选择而进化，是所有物种从较不完
善的形态转变为更能适应环境的形态的过程。这个过程是由逆
境、环境的改变、以及竞争来驱动的（由此而产生了另一个被
大大曲解的观点——“适者生存”）。生物所遭遇的逆境越多，
进化的速度也越快。
我所以说达尔文进化论——或者说自然选择进化是冷酷而
又不经意的，是因为这只是一种机制：进化过程中的种种变化
都是没有导向管理的，并没有什么神在谋划或在幕后操纵着这
一切。
达尔文进化论不需要神，这是一个在遗传层次上运作的自
我延续过程。越能适应环境的物种，生存和繁衍的机会就越大。
通过有性繁殖，它们将遗传物质传给子孙后代。至关重要的是，
这些遗传物质也通过复制过程而重新组合并且有可能发生变异。
变异后的这些特征（与那些按照原样复制的部分一起）在后代
的身上体现出来。接受到更为适应环境的遗传信息的后代，又
有更多的机会生存繁衍。如此一代代遗传下去，这些物种变得
越来越适应环境。突变纯粹是偶发的，它塑造新物种。与此同
时，那些获得不利的遗传信息的试验品则将被历史无情地抛弃。
这种机制几乎是一种普适的真理。我这么说确是冒了被指
责为沙文主义者的风险，但根据我在上一章提及的碳的独特性，
通过自然选择而进化的机制是一条基本法则，没有理由说它不
适用于整个宇宙。正像前面我已说过的，按我们目前的认识，
没有进化过程就没有生命（原注：即使是再奇怪的生命形式，
比方说，假设有智慧型气体生命存在，它也必须经历进化的过
程。也许是从另一种不那么适应环境的气体形态进化到更为适
宜的状态）。
那么，这种简单的机制又是如何影响了我们的外观或是使
一头鲸区别于一只金丝雀的呢？
发育生物学是一门专门研究地球上的生命如何从几十亿年
前的简单形态发展到今天我们所见的这些动植物的学科。它是
一门融合了进化生物学、古生物学和遗传学的综合性学科。
发育生物学家从两个基础出发着手研究。其中一条途径称
作“进化生物学”，研究各种现代动物的种种结构，它们被称
为动物的“体构”——我们今天所看到的不同类型的动物所共
有的基本类型。有了这些之后，就可以通过计算机模型来追溯
这些基本体构的起源。
另一条途径是“遗传追溯”，这种方法包括分析遗传物质
经历漫长时期所发生的变化。遗传特征当然是决定生命的本质
和差异的关键因素，我们也许可以有办法追溯遗传物质在同种
和不同种生物之间如何变化。通过这种方法，生物学家可以得
出两个或更多个现代物种的共同祖先的特征，再以相同的方法
一层层递推上去，直至建立物种“谱系树”。
这两种方法都不很直截了当。生理特征的追溯方法不但需
要强有力的计算机模型，有赖于大量从古生物学和考古学的发
现中获得的参数和信息，了解功能与结构的关系，而且还要进
一步了解动物的生理特征与环境之间的联系。遗传追溯方法的
问题则在于不同的基因，亦如不同的物种那样，进化的速度并
非相同。进化过程的途径更是含有大量分支，这种错综复杂的
情况常常将研究者引入死胡同，使逻辑推理陷入僵局。尽管如
此，发育生物学家们还是逐渐勾画出了生命在地球上的演化进
程，并有可能由此了解生命在其他星球上的发展情况。
在前面一章里，我们已经看到地球上的生命是在约38.5亿
年前出现的。虽说关于无生命物质如何转变到我们所说的“活
的”生命仍是争论的焦点，但是很显然，自那个转折点后，生
命开始了繁衍和进化的历程。不过，如果你认为这是一个简单
的线性进化过程，那就大错特错了。
直至5.3亿年前，地球上最复杂的生物也只有水藻那样的
水平，甚至水藻都还是刚刚出现的。在地球上能找到生命的最
初的28.5亿年中，只存在单细胞生物，例如细菌。到10亿年前，
水藻作为首例简单的多细胞生物出现在地球上。后来，大约在
5.5亿年前，也就是地质学家所说的新元古代，一批复杂一些
（相对于今天仍很原始）的生物崭露头角。它们可能是类似于
今天的海腮、原始蠕虫、水母还有蛞蝓之类的动物。它们都留
下了模糊的化石和痕迹。
不过，又过了大约2000万到2500万年，地球上的生物进化
发生了翻天覆地的变化。在整个新元古代时期，地球上都只有
相对较少的几种“体构”，但突然间一切都变了。如果我们将
5.5亿年前的化石与5.2亿年前的化石作一番比较，就会发现地
球上生物种类和数量的巨大差异。
这种突然的变化被称为寒武纪大爆发，地球上动物生命活
动的一次突然迸发（这是一个连接约始于40亿年前的前寒武纪
时期和持续至约5亿年前的寒武纪的过渡时期）。如果在此之
前有外星来客造访我们的地球，它们除了细菌外只怕很难再发
现其他的生命迹象了（细菌繁盛的状况倒有可能和今天的一样）。
但如果它们是在寒武纪末，也就是在寒武纪大爆发之后来到这
里，就会看到大量不同的生物。正是这些原始动物——包括几
乎所有已知的带壳的无脊椎动物（贝类、蜗牛和节肢动物）的
出现，才会导致现代脊椎动物——当然包括人类——的产生。
在寒武纪大爆发（这一阶段也许只持续了几百万年）结束
的时候，所有生物的基本结构（即地球上所有动物的体构）都
已建立完毕。从此以后的所有进化步骤（包括我们认为最激动
人心的变化——一些动物离开海洋，开始在陆地上生活）都只
是在寒武纪大爆发确立的基本动物类型上进行精雕细刻的变化
而已。
根据这些基础构架，目前地球上已经形成了37种不同的体
构，它们构成了生物分类学藉以为据的整个动物阶层。利用这
37种体构，大自然已经产生了大量不同的动物，从蜈蚣一直到
爱因斯坦。（原注：生物学家利用这样的系统把动物和植物归
入包容度越来越大的等级式分类之中。非常相近的物种归为一
个“属”。特征和起源相近的属归为一个“科”。科到“目”，
目到“纲”．纲到“门”或“部”，最后，门或部又合为“界”。）
虽说从外观上来看，地球上不同的动物之间存有很大的差
异，但从遗传的水平上来分析就会发现惊人的一致性。诚然，
地球上所有的生命都是以碳为基础，而且均依靠DNA来传递遗
传密码，但我所说的一致性远不止这一些。遗传学家发现，几
乎所有的生命体在它们的核心部分都有一组“调节基因”。这
些基因决定了生物的基本体构。由于许多种群的动物具有共同
的祖先，这些外表大不相同的动物——比方说乌贼、斑马和苍
蝇——便有着非常相似的遗传密码。
大多数动物是从一个单细胞——受精卵或是“合子”开始
的。随后，这个细胞分裂，复制，制造出有特殊用途一形成器
官、腺体、皮肤、肌肉和骨骼的各种蛋白质。不过，在每个生
物的核心部分都有一组共同的控制蛋白质形成的基因。由其控
制形成的蛋白质又和其他基因相互作用生成更多的蛋白质，如
此继续下去就成为所谓的“基因级联”。随着这个过程的不断
进行，基因变得越来越各司其职，与我们这颗行星上几乎所有
的生物最核心的共同基因的差别也越来越大。
胚胎发育中最简单的指令是确定自身的体轴——哪一头成
为尾部，哪一头又将成为头部，哪一边是背面，哪一边是正面。
这条指令是从基因级联中心的一组基因中得到的，它是所有物
种共有的特征的例证。从级联的这个位置往下一些是决定躯干
之外是否长出一个头的基因和控制肢体发育生长的基因。这段
基因在像魟和马如此相异的动物之间会有所不同，但倘若是马
和羊，甚至马和苍蝇之间则相当接近，只是在级联的再下面一
些才是明显不同的动物之间的区分地带。甚至鸟的翅膀和哺乳
动物的前肢部分据信都由同一组调节基因控制。
图7动物调节基因示意图
这整个过程源于一段真正古老的DNA序列。这段据信在地
球动物出现之前就已存在的DNA被称为“同源框”。换句话说，
这段DNA序列（大量高度复杂的碱基对集合）早在前寒武纪就
已经产生了。过去几年里，在遗传学的这一领域进行了大量研
究，其注意力主要放在一组包含“同源框”DNA序列的所谓“
同源框基因”上。这组基因通常成簇地聚集在动物染色体中，
所以又叫“同源框基因簇”。
近来，科学家对同源框基因簇的研究带来了一些令人吃惊
的结果。他们发现这些基因很可能是其所在的生命主体的模板
——一簇中基因的排列方法与动物体内由它们控制的那个部位
处于胚胎期时的排列方式一模一样）。
遗传学家和进化生物学家利用同源框基因簇来帮助解释在
寒武纪大爆发之前不同的物种如何共有同一祖先，随后又通过
怎样的进化途径发展到今天的模样。举个例子来说，科学家们
可以证明老鼠和苍蝇在大爆发之前有着共同祖先，因为老鼠和
苍蝇所带有的启动眼睛生长的基因如此相似，甚至可以在胚胎
时期将其互换而没有任何不良后果。当然，更为复杂的那些用
于控制眼睛类型的特化基因就不能成功地交换了，因为这样的
基因是它们共同的祖先经历寒武纪大爆发后演化出来的不同分
支。
很明显，两个物种越是相近，遗传的可比较性就越大，它
们共同的调节基因或核心基因也越多。当我们考虑灵长类时，
这一点就显得尤为突出，人类和黑猩猩的基因结构只有1/100
的差别。
图8同源框基因簇中的基因排列与从中发现这些基因
的胚胎解剖结构之对比
那么，这些知识又如何同其他行星上生命形态的可能特征
——外空生物学的研究范畴联系起来呢？
答案就在我们已经讨论过的基本事实中：我们所认识的所
有生命形式均以碳为基础。碳及其产生的化合物居于“生命分
子”——DNA的核心地位，而DNA则是遗传的关键，它产生了
地球上各种不同的生物。可能会有人争辩说，也许有某种DNA
替代物，它可以比DNA做得更好。乍听之下，这似乎有些道理，
而且假如在另一个星球上果真发生的话，那就会有一系列不同
的遗传物质，从而产生完全不同的整个外星生物群。它们仍是
以碳为基础的生命形式，但是由于它们的遗传结构建立在不同
的分子集合上，它们最终就可能以我们从未想象过的形态出现。
然而，这样的景象真的会出现吗？
有一种最近几年才开始真正兴起的思想叫做“趋同性”。
这种想法来自生物学到工程学等等许多不同的领域。简化地表
达就是：“同一个问题可以有许多完全不同的起点，但只会产
生为数不多的答案。”
以日常生活中的汽车为例。在这个简单例子中，问题是如
何在合理的价位上制造一辆高效的汽车，它能将一组人以合理
的速度比较舒适地从A地运至B地。假如某个人从未见到过现代
汽车，那么他认为可以有许多方法来实现这一想法还情有可原，
但事实并非如此。当然，表面上看，现在有一系列不同样子的
车辆（与动物界相比，这就相当于“体构”），例如客车、轿
车、巴士，还有货车。不过它们之间的差异相对来说是相当表
面的，如装饰性设计，大小和形状上的细微改进。从基本结构
上看；它们都有金属结构的门、轮胎、车顶、车厢、方向盘和
汽油箱，都使用燃料，都有供人乘坐的前后座，而且沿着公路
行驶。
如果我们要建造一座工厂来生产在世界各地的公路上行驶
的各种汽车，那么它一定会是一个巨大而复杂的工厂（类似地
球上制造生物的生态系统），但它只需要制造几种基本的零部
件，整个制造过程中会用到许多相同的构件（和生物各部分的
发育由调节基因来控制一样）。最为重要的是，我们人类已经
通过制造各种大同小异的车辆把这一问题解决了。
同样，大自然在处理它面临的问题时，也会从几个不同角
度入手，而且总是选择最有效率的途径——因此有一种想法认
为外星世界的生物有可能使用其他复杂分子，而不是DNA，然
而，也有一种观点认为DNA是最佳选择。依靠DNA，大自然可
以在解决复制生产的同时又借助自然选择完成进化过程。而自
然选择则有赖于代代之间遗传物质的变异来完成。宇宙中可能
只有一套能完成这些功能的机制，而地球上大自然的这套运作
系统历经数十亿年的实验已经达到了这样的“完美境界”。
因此，如果我们假定DNA是完成遗传信息传递工作的最佳
分子，所得出的结论就是任何有生命的行星上都有一小群共同
的祖先，它们会进化成一大批适应周围环境的生物。但是，那
个环境会是什么样的？它又会怎样影响外星种族的特性呢？
前面我已经提到，在地球上许多极端的环境一放射性废料，
海床底下几千英尺，热泉和南极冰冻的荒原都没能阻挡住强悍
的细菌。这就是为什么单纯从生物化学的角度来讲，细菌是我
们目前所知道的最成功的生物。在某些细菌能够繁茂生长的严
酷条件下，一些比较高级的动物是无法从单细胞生物进化形成
的。
这就给外星世界要发展出高等生命形式定下了环境限制。
首先，环境温度要在0℃～约40℃之间（太热的话，酶将不能
工作并发生变性）。其次，周围环境中不能充满强烈的射线，
它会摧毁生化物质，并阻止许多细胞赖以生长和活动的化学反
应。气压范围倒不是什么大问题，不过我们在后面会看到它对
最终的生命形态有着巨大的影响。最后，不用说，大气成分必
须由适当比例的氧、氮、水蒸气和二氧化碳组成，这样才能产
生基于DNA分子的动植物群。
除了以上这些基本因素之外，还有一些决定着高级生命能
否在外星世界产生的关键条件。我已经描述过，在5.3亿年前
的一次大爆发——寒武纪大爆发之后，地球上开始出现大量复
杂的生物，在此之前，地球上最复杂的生命也只是一些像原始
水藻那样的简单多细胞生物。寒武纪大爆发之前这近乎荒芜的
33亿年大致占据了生命史的90%呢。是什么力量引发了这次大
爆发？是什么将生命推入了一个全新阶段，同时开启了带来今
天这个勃勃生机的地球的进程呢？
实际上，没有人能回答这个问题。但可以毫不夸张他说，
这个问题的答案是决定其他世界上的生命会是什么样子的最重
要的因素。
有两种对抗的理论可以帮助解释5.3亿年前地球上发生过
的事情。第一种理论就是时间是公正的，大自然在尝试了大量
不同的进化机制后，最终走上了正轨，这并不是说大自然具有
“看透未来”的能力，或者有某种计划在“指引”这一切发展
到产生像人类这样占统治地位的物种——自然选择并不按某种
计划进行，它是一种由成功结果所驱动同时被随机事件所冲击
的过程。在某种意义上，毋宁说，这种对寒武纪大爆发的解释
与“趋同”思想是相辅相成的——大自然自己找到了迷宫的出
路。这个过程耗时整整30亿年，但最后终于成功了。
这种解释对于那些相信在我们这个小小的世界以外也有生
命的人来说是一种安慰。如果这个过程能够自发地在地球上发
生，那么它完全有可能是某种基本过程的一例——一种生命复
杂到一定程度的必然结果，一个激发生命进入下一阶段的转折
点。
与之相佐的意见总的说来比较悲观。这观点认为，寒武纪
大爆发是由于某些未知的异常事态引起的。发生的原由从彗