生命現象的偶然與必然從宇宙大爆炸到生命出現，需要“過五關斬六將”。只要有一步情形不同，生命也無從產生。從這個意義上講，生命在我們這個宇宙中的出現是偶然的。

生命要在地球上產生，需要經過許多階段。組成我們身體的化學元素是從哪里來的？我們宇宙的組成暗能量暗物質“常規”物質中微子大爆炸后最初形成的元素只有氫和氦。如果宇宙就停留在這個狀態，生命就無從產生。生命需要更重的元素。氫氦

宇宙背景微波輻射這個宇宙中物質的分布不是均勻的。這種不均勻導致星系和星球的誕生。我們的銀河系位于室女座星系集團（Virgocluster）中我們的銀河系當恒星的內部的溫度和壓力達到一定強度時，原子核之間足夠靠近，強作用力開始發揮作用，輕元素的原子核之間可以聚合，形成更重的元素。能夠進行到什么程度要看星球的質量有多大。原子核越大，正電荷越多，相互靠近就越困難，就需要更高的溫度和壓力。太陽中的核聚變反應，只能生成氦，反應到此停止。所以太陽只能給我們提供光和熱，在生成新元素上毫無貢獻。組成我們身體的化學元素是過去更大的星球所產生的。是我們真正的“祖宗”。星球的質量大于3個太陽質量時，核聚變反應可以繼續進行，每次加一個a粒子。氦（4）可以繼續“燃燒”，生成鈹（8）和碳（12）。星球的質量大于8個太陽質量時，碳可以繼續“燃燒”，生成氧（16）、氖（20）、鎂（24）、硅（28）。星球的質量大于11個太陽質量時，硅還可以“燃燒”，生成硫（32）、氬（36）、鈣（40）、鈦（44）、鉻（48）、鐵（52）、鎳（56）。所有這些反應都是釋能反應，所以恒星能夠發光發熱。但是要形成比鎳重的元素，就需要吸收能量，所以重元素的裂變能夠釋放能量。超新星爆發時的劇烈條件可以形成各種重元素。大質量的星球就是太上老君的“煉丹爐”，在那里生產各種化學元素。組成我們身體的化學元素很可能是由過去質量極大的星球形成的。它現在可能已經變成了黑洞。大質量的恒星是太上老君的“煉丹爐”超新星爆發比鎳重的元素要在超新星爆發時的劇烈條件下才能生成。所以組成我們身體的元素來自已經死亡的巨型星球。噴灑出來的物質主要還是氫，又可以形成新的星球。我們的太陽就是第二代或第三代星球。原子中電子圍繞原子核轉動類似于人造衛星圍繞地球轉動。但是如果電子只能圍繞自己的原子核轉動，原子之間互不相干，這個世界就只由原子組成，沒有分子，更不會有生命。

幸運的是，電子軌道不像人造衛星那樣是連續可調的，而是有固定能級的軌道。不同原子的外層電子軌道之間可以相互重疊，電子可以圍繞兩個原子核轉動，或者從一個原子轉移到另一個原子，形成分子。光有原子還不行氫原子的發射和吸收光譜不是連續的，而是分成許多譜線。這些譜線對應電子在不同能級的軌道之間躍遷時吸收或放出的能量。氫原子的電子軌道甲烷的分子結構水的分子結構不同原子之間外層電子的軌道可以重疊，形成分子。沒有分子就沒有生命。

氧元素形成并且被噴灑到太空以后，由于氫是最豐富的元素，自然會形成大量的水。氮和氫會生成氨。碳和氫會生成甲烷。木衛二土衛六

生命活動需要液態的介質。水就是最好的介質，也為地球上的生命所必需。火星上也曾經有大量的水彗星也含有大量的水

星際塵埃有巨大的表面積，上面吸附有水、氫、氨、甲烷等分子。在高能射線的照射下，再加上礦物表面的催化作用，可以形成各種有機物。為生命所需要的有機分子可以在太空中形成這是美國的“星際塵埃使命”所收集到的星際塵埃，里面含有“芳香化合物”（由碳原子和氫原子組成的環狀化合物）和脂肪類化合物（由碳原子連成的長鏈，上面再連上氫原子），以及甲基和羰基這樣的含碳功能基團。這顆隕石總重超過100公斤，上面含有15種氨基酸，包括組成蛋白質的甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸。在從隕石中取樣時最容易被污染的絲氨酸和蘇氨酸反而沒有被測出，說明那15種氨基酸的確來自太空。而且這些氨基酸是“消旋”（沒有旋光性）的，即兩種鏡面對稱的分子都有，說明它們是非生物來源的，很可能是碳、氫、氧、氮等元素的化合物被高能射線照射，發生化學反應而形成的。除氨基酸以外，墨其森隕石還含有嘌呤和嘧啶，即地球上生物的遺傳物質脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的組成部分。該隕石還含有大量芳香型（環狀）碳氫化合物、直鏈型碳氫化合物、醇類化合物、羧酸（含有“羧基”的碳氫化合物）

墨其森隕石（MurchisonMeteorite）1969年9月28日降落于澳大利亞的墨其森。

宇宙中大量存在的甲酰胺（formamide）在礦物質存在時加熱，就可以形成組成核酸的四種堿基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶）。

科學家還在距離地球400光年的原始恒星IRAS16293-2422周圍探測到了羥基乙醛（glycolaldehyde）。這是一種糖類物質。它可以在兩個纈氨酸組成的二肽的催化下變成四碳糖和五碳糖，例如核糖。羥基乙醛兩分子的甲醛1953年，美國科學家米勒在無氧環境中混合甲烷、氨、氫、和水。他先將水燒開，再對這個混合物進行放電，以模擬閃電。一個星期后，水變成了黃綠色。米勒用紙層析的方法，測到有氨基酸形成，例如甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸。

1972年，米勒重復了他1953年的實驗，但是用更靈敏的方法（例如離子交換層析、氣相層析加質譜分析）來檢查實驗產物。結果他發現了33種氨基酸，其中10種是生物體所使用的。

StanleyLloydMiller

1930-20071964年，美國科學家福克斯用了和米勒不同的方法來模擬地球早期的情況。他把甲烷和氨的混合物氣體穿過加熱到1000攝氏度的沙子，以模擬火山熔巖，再把氣體吸收在冷凍的液態氨中，結果生成了蛋白質中使用的12種氨基酸，包括甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、酪氨酸、和苯丙氨酸。

SidneyWalterFox

1912-1998

這些事實說明，為生命所需要的有機分子可以在星際空間自然形成。其中碳元素成為所有這些復雜分子的骨架。在地球上的94種天然元素中，只有碳原子能夠彼此相連，形成長鏈或者環狀化合物，而且上面還能夠連接氫原子和各種功能基團。所以地球上的生命是以碳為基礎的。葡萄糖和果糖脂肪酸賴氨酸輔酶Q血紅素生物分子中的碳骨架早期的生命分子可能是多功能的，因為分子之間的配合還沒有建立。核糖核酸（RNA）可以自我復制，可以催化氨基酸的連接，生成肽鏈。它還能把氨基酸連接到RNA分子上，成為轉移RNA的前身。所以早期的生命分子可能是以RNA為中心的。多功能的RNA分子能夠自我復制的RNA。由RNA片段A和B連成的RNA片段T具有連接酶活性，能夠把A和B連成T。其功能相當于連接酶（蛋白質）核酶（ribozym）B6.61能夠以核酸為模板，合成新的RNA鏈，其功能相當于RNA聚合酶（蛋白質）。核糖體的小亞基和大亞基。棕色和黃色為核糖體RNA，藍色為蛋白質。肽鍵的形成是被核糖體RNA催化的。核糖體RNA催化的氨基酸和tRNA的連接RNA分子中的核苷酸序列也可以儲存信息。例如每三個核苷酸為一個氨基酸編碼。這樣RNA的核苷酸序列就對應于蛋白質中氨基酸的序列。最早的蛋白質合成過程也許就是全由RNA分子催化的。

RNA分子雖然擁有如此多的功能，但是“一身數任”的情形必然以功能低下為代價。隨著蛋白質的出現，RNA的催化功能逐漸被蛋白質取代。蛋白質由于含有20種氨基酸，空間結構和催化功能都遠比RNA復雜和強大。例如B6.61的RNA要為新的RNA分子添加20個核苷酸，需要24小時。而大腸桿菌的RNA聚合酶每秒鐘可以添加2000個核苷酸，比B6.61快1.8億倍！RNA聚合酶IIRNA的絕大多數催化功能被蛋白質取代，包括RNA自身的合成。然而，蛋白質卻不能夠復制自己。這不是因為蛋白質沒有催化肽鍵形成的能力，而是氨基酸之間沒有如核苷酸那樣的對應關系。谷胱甘肽是一個三肽，由谷氨酸、半胱氨酸、和甘氨酸三個氨基酸組成。它就是被蛋白質合成的。第一步，g-谷氨酰半胱氨酸合成酶把谷氨酸和半胱氨酸連在一起，形成二肽。再由谷胱甘肽合成酶把甘氨酸加到這個二肽上，形成谷胱甘肽。細菌外面包的肽聚糖中的短肽鏈，免疫抑制劑環孢素，抗菌素如放線菌素，也是酶（蛋白質）合成多肽的例子。但這些都不是蛋白質的自我復制。這個機制也不能用于蛋白質的合成。蛋白質不能復制自己！谷胱甘肽谷胱谷胱二肽合成酶谷胱甘肽合成酶谷胱甘ABABAB合成酶CABC合成酶ABCDABCD合成酶ABCDEABCDE合成酶

蛋白質通常由數百個氨基酸殘基組成，用這種方法合成蛋白質顯然是不現實的。蛋白質序列的信息只能儲存在核苷酸的序列里面。RNA核糖中第2位的羥基為它的催化活性所必需，是核酶的“牙齒”。這個羥基也攻擊RNA分子自身的磷酸鍵，使RNA緩慢分解。這對它作為遺傳物質的功能是很不利的。RNA儲存信息的功能被DNA取代催化反應中心第2位羥基2位羥基去掉2位的羥基，相當于敲掉了RNA催化能力的“牙齒”。DNA不再有催化活性，雙螺旋的穩定結構也適合于信息儲存。生物合成脫氧核苷時，也是先合成核苷，再去掉2位的羥基，說明脫氧是后來發生的。DNA自我復制其他催化（肽鍵、氨基酸-RNA連接、剪接RNA等）RNARNADNA蛋白質合成合成合成轉錄反轉錄最初：以RNA為中心后來：相互依賴，誰也不能合成自己。催化各種化學反應地球上所有的生物都來自一個共同的祖先DNA、RNA、蛋白質這個三架馬車的模式為地球上所有的生物所采用。地球上所有的生物都來自一個共同的祖先，所以都是或近或遠的親戚。

我們使用同樣的四種核苷酸來建造DNA和RNA；使用同樣的20種氨基酸來建造蛋白質；使用同樣的三聯碼為蛋白質編碼；使用同樣的脂肪酸為生物膜的主要建造材料；都以葡萄糖為主要的“燃料”分子；都使用ATP作為主要的供應能量的分子；都使用三羧酸循環作為化學反應的“轉盤路”。所有的生物都使用同樣的基本分子來建造自己的身體，所以這些分子也能夠在不同生物之間通用。所謂“吃飯”，其實就是拆別的生物體的“零件”來建造自己的身體。原則上所有的生物都可以“吃”其他的任何生物，只要實際上辦得到，并且能夠把有毒的物質除去。我們能夠稱為“食物”的東西，都來自其他生物地球上所有生物的基本“零件”都可以通用，也可以彼此為食物。動物吃植物植物吃動物植物吃植物動物吃動物微生物吃微生物細菌吃活人李斯特菌在人細胞中地球上的生命雖然看上去多姿多彩，在分子水平上是非常單調的。這是人類一直渴望了解外星生命的原因。雖然地球上已經有70億人，但是我們仍然感到孤獨。因為地球上只有一種生命形式。

我們的銀河系有約1000-2000億顆恒星，據估計其中有約五分之一的恒星含有位于宜居帶之內的行星。我們宇宙的可見部分又含有數千億個星系。從星際空間中有機物質廣泛存在，類似地球的星球為數眾多的情況來看，生命在其它星球上出現幾乎是必然的。部分已經被發現的太陽系外行星宜居帶主要是指水能夠以液體形式存在的空間帶。恒星的亮度越強，宜居代離恒星越遠。對于外星生命的一些猜想1，我們的宇宙由同樣的化學元素構成元素周期表中原子序數1-112的位置已經全部填滿，外星生物也只能由這些元素中的一些組成，也必須受到這些元素性質的限制。

生命需要數千種不同的分子協同作用才能維持。能夠生成這么多種分子的元素最有可能還是碳元素。所以外星生命很可能也是以碳為基礎的。硼和碳同周期并且位置相鄰。但硼烷為籠狀化合物，不太可能成為線性大分子的骨架。硅和碳同族，也可以生成類似的長鏈或環狀化合物。但是硅烷在空氣中會自燃，在水中會分解，因此以硅為基礎的生命必須在無水無氧的環境中才能存在。2，外星生命很可能也是以碳為基礎的硼烷硅烷

由于水在太空中廣泛存在，水又有許多特殊的物理化學性質適合作為化學反應的介體并且廣泛介入這些反應，所以外星生物很可能也是以水為介質的。“宜居帶”也主要是依據液體水的存在來定義的。3，外星生命很可能也是以水為介質的生命的首要條件就是把身體的內容物和外部環境分開。所以生命必須以細胞的形式存在。由于分子在液態水中靠擴散進行有效位移的距離很短，所以細胞的尺寸不能太大，應該是微米級的。更大的生物也應該是多細胞的，即走細胞聯合和分化這條路，而不是細胞自己變大變復雜