地球上所有存在或曾经存在的生物，可能都从某种原始形态演化而来。那是生命的第一次呼吸……这是种动人的生命观……当这颗星球按照万有引力的法则循环往复时，生命从最最简单的形式演化而成，而且将继续演化出数之不尽、美轮美奂，又无比奇妙的形式。

——查尔斯·达尔文，《物种起源》，1859年

我一生都在思考生命是否可能存在于别处。它们是什么模样？由什么物质构成？地球上的每个生命都由有机分子构成。这些分子微观结构复杂，碳原子在其中起着核心作用。生命出现前，地球曾经一片荒芜，而现在到处绽放着生命。这是怎么发生的？没有生命的情况下，碳基有机分子是怎么生成的？生命如何起源？又是怎么不断演化，甚至产生出人类这种精细复杂，还喜欢探索自身起源奥秘的生物的？

可能还有无数行星在绕着其他恒星转，那里也能孕育生命吗？外星生命如果存在，会和地球生物类似，基于同一套有机分子吗？它们和地球生物的相似度如何？会不会因为环境不一样，所以演化方向也截然不同？有没有其他可能？探究地球生命的本质和寻找外星生命其实是同一个问题的两面，这个问题就是：我们到底是什么？

群星之间，飘荡着气体、尘埃等有机物组成的云团。多亏了射电望远镜，我们得以看到那些种类不同的有机分子。它们证明了组成生命的物质在宇宙里到处都是。也许只要有足够的时间，生命必然出现。银河的恒星系数以千亿计，其中大多数可能从来没有生命萌芽，另一些恒星系中，生命可能曾经兴起又消亡，或者始终停留在最简单的结构上。只有很小一部分世界才诞生了智慧生物，他们的文明程度说不定远超我们。

我时不时看到有人说，生命能诞生在地球，纯粹是撞了大运——要同时凑齐合适的温度、液态水，以及富含氧的大气层等因素，是多么难得啊！这看法多少有些本末倒置。地球生物之所以需要地球环境，恰是因为我们生在这里。不能适应地球环境的生物，在演化过程中都被淘汰了。我们最最最遥远的祖先——当时它们还是微生物——就已经是物竞天择中的优胜者了。换个完全不同的环境，能生存、演化下来的生物，无疑也会觉得它们生活的地方才是天堂。

所有地球生命都血脉相连，我们有着相同的有机化学机制和遗传系统。从这个角度来讲，地球上的生物学家其实受到了极大的限制。他们只能研究一种生物学，那是生命乐章诸多复调的其中之一。这微弱的笛鸣，真的是方圆数千光年里唯一的响声吗？还是说，其实存在一种宇宙赋格曲 ？它有主题、有对位、有不和谐音，也有和声？整个银河里，是不是正有10亿不同声音在奏响生命的乐章？

让我来讲讲生命乐章地球复调中某一小节的故事吧。故事发生在公元1185年的日本，安德天皇时年7岁。安德天皇是权臣家族平氏名义上的领袖，而平氏和另一个大家族源氏都声称自己才是皇权的正统继承人。血腥的战争已在他们之间持续多年。1185年4月24日，源、平两军在坛之浦海上决战，平氏无论舰船数量还是谋略皆输给了源氏，许多将士战死当场，幸存者大量投海身亡。天皇的祖母二位尼御前不愿自己与天皇遭虏，她所做的决定，在《平家物语》里有详细的记载：

天皇时年七岁，但少年老成。他姿容端庄，风采照人，绺绺黑发，长垂背后。他不胜惊愕地问祖母：“您要带我去哪里？”

二位尼御前背对年幼的天皇，泪流满面……她安慰着他，把那头长发包裹在山鸠色的御袍里。天皇两眼含泪，合起漂亮的小手，先是转向东方，向伊势神宫告别，然后转向西方，诵读佛号不止。二位尼御前把他紧紧抱在怀里，说完“海底是我们的皇都”，便带着他一道投入波涛之中。

平氏舰队全军覆没。只有43个女眷活了下来。为了求生存，她们被迫向战场附近的渔民兜售鲜花，以及提供其他服务。经此一役，平氏几乎从历史上消失。但这些落魄的女眷，还有她们和渔民所生的后代，每逢海战纪念日都会举办活动。这一习俗延续到了今天。每年4月24日，继承了平氏血脉的渔民披麻戴孝前往赤间神宫祭奠安德天皇。神宫里还有讲述“坛之浦合战”的戏剧演出。当地人认为沉海的平氏武士们在几个世纪后依然做着徒劳的抗争，想要洗刷浸透鲜血的耻辱。

民间传说里，平氏武士至今仍在日本内海游荡——但他们都化作了一种螃蟹。这种“平家蟹”的壳上有诡异的纹路，就像武士的脸。渔民不但不吃这些螃蟹，反而会把它们放回大海。

武士的脸怎么会出现在蟹壳上呢？答案也许出乎你的意料：它们是人造的。当然，蟹壳的纹路出于遗传，但螃蟹和人类一样，存在众多不同的遗传分支。假设很久以前，偶然出现过一种蟹壳纹路和武士面容接近，或者哪怕只有一点点像的螃蟹，那么甚至在坛之浦合战前，人们就不太愿意吃这种螃蟹了。渔民把它们丢回海里，决定了如下的演化路径：如果你是螃蟹，而你的甲壳普普通通，那人类就会吃掉你，你这一支的后代自然越来越少。但你的壳要是看起来有那么点像人脸，就有概率能死里逃生，留下更多后代。从这个角度来讲，平家蟹的兴盛很大程度上取决于甲壳纹路。几代过去后，那些纹路长得最像人脸的螃蟹最容易存活，再往后，壳上的图案就不仅仅像人脸了，甚至会让人联想到满面怒容的武士。所以，决定平家蟹长什么样的不是它们自己，而是外部环境。它们越像武士，活下来的概率就越大。结果到最后，就出现了许许多多的平家蟹。

平家蟹的大量繁衍无关螃蟹的自身愿望，而是渔民们无意识选择的结果。我们把这个过程叫作“人工选择”。实际上几千年来，人类一直在有意识地选择哪些动植物应该生存，哪些应该淘汰。我们从小就接触的果蔬家畜来自哪儿？它们是不是在野外自由地生活着，后来才决定去农场过不那么艰苦的生活？不，当然不是了。它们中的绝大多数品种都是人类造就的。

一万年前，世界上可没有奶牛、猎犬，或大穗的玉米。我们驯化了这些动植物的祖先——有些和其后代样貌截然不同——控制了它们的繁衍。那些性状比较符合人类需要的品种得到保留，优先繁衍。当我们想要一只能帮忙照看羊群的狗时，会培养比较聪明、听话，还有一定放牧天赋的狗，因为这些品质让它们能够管理大群动物。人类对牛奶和奶酪的喜好，导致了奶牛乳房不断膨大。我们的玉米，或者说玉蜀黍，在经过上万代的选育后，比它干瘦的祖先更美味，也更富有营养；少了人类，它们甚至完全无法自我繁衍。

人工选择的本质——包括平家蟹、狗、奶牛和大穗玉米——可以归结于：动植物的性状和行为都是遗传的，人类出于某些原因，会选育其中的一些种类，淘汰另一些。得到选择的品种繁衍壮大；另一些日渐稀少，甚至灭绝。

既然人类能让动植物产生新品种，那大自然难道就不能了吗？当然能了。类似的过程叫作“自然选择”。亿万年光阴里，生物发生彻头彻尾的变化，本质和人类在短时间内改变动植物的性状并无不同。这一观点有化石作为证据支撑。化石记录清楚地显示，许多曾经横行于地球的生物如今彻底消失。灭绝的物种，远比现存的物种要多；它们是漫长生物演化史中已经终结的试验。

物种驯化的遗传变异速度惊人。直到中世纪早期，兔子才得到驯化（完成这一功绩的是法国僧侣——他们相信新生的兔子等于鱼，而教历中的某些日子禁止食用常规肉类）；咖啡要等到15世纪才被驯化；甜菜则是19世纪；貂依然处在驯化的早期阶段。不到一万年里，驯化让羊从每次产出不到1千克的粗毛，变成了10千克甚至20千克的细毛；奶牛泌乳期产出的牛奶，也从几百毫升增至足足百万毫升。如果人工选择能在这么短的时间里造成如此巨大的改变，那持续亿万年的自然选择，又能带来什么呢？答案是千姿百态、斗艳争辉的生物界。物种演化绝非空中楼阁似的理论，它有的是看得见摸得着的实例。

物种演化在于自然选择，这一伟大发现与查尔斯·达尔文、阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士的名字紧紧联系在一起。一个多世纪前，他们就说大自然里新生的动植物数量，远比最终活下来的要多，环境压力选择了那些因为偶发变异而更适宜生存的物种繁衍后代。变异——遗传上的突变——是真的，为演化提供着基础素材。大自然选择那些更适宜生存的突变体，导致生命逐渐从一个形态转变到另一个新形态，而这就是新物种的由来 。

达尔文在《物种起源》中写道：

人类并不能直接改变物种；他们只是把生物置于新的环境下。是自然法则在影响那些生物，导致它们变异。但人类确实可以在自然变异中进行选择，并按自身意愿让其逐渐累积。通过这种方式，他就培育出了更符合自身利益或喜好的动植物。这一过程可以是有目的、有计划的，也可能是无意识行为的结果。比如他只是保留了最有用的个体，对于品种本身的改变并未加以考虑……我找不到明显的理由，认为在驯化环境下行之有效的原则，在自然条件下却不会发生作用……生物的繁殖数量，远比最终存活的要多……无论什么物种、什么年月、什么季节，只要它能比竞争对手多一点点优势，或对周遭环境的适应力更好一些，就会打破平衡。

T.H.赫胥黎是演化论在19世纪时最坚定的捍卫者和推广者，他曾这样评价达尔文和华莱士的著作：“一道刺破黑夜的光，让迷失的人找到了路。无论这条路能否带他回家，至少提供了前进的方向……第一次读到《物种起源》时，我禁不住感叹：‘我居然没想到这一点，真是愚蠢啊！’我猜，哥伦布的同伴们也说过一样的话……物种多样化、生存竞争、对环境的适应，这些事众所周知；然而在达尔文和华莱士驱散黑暗之前，谁也没想到通往问题核心的道路就在我们身边。”

演化论和自然选择这两个概念曾让世人震惊不已，对不少今人而言依然如此。生物的优雅简洁，它们结构与功能的高度吻合，让我们的祖先赞叹折服，从而相信那是出自伟大设计师的手笔。即使是最简单的单细胞生物，也比最精巧的怀表复杂，而怀表不会自己进行组装，或者慢慢发生变化，更不会从落地钟演变而来。钟表的存在，意味着钟表匠的存在。原子和分子似乎不可能自发结合，创造出那些无处不在的、复杂又微妙的生物。我们祖先掌握的历史记录十分有限，因此他们认为每个生物都经过精心设计，一个物种不会变成另一个物种。我们渴望理解自然的意义及其法则，而“伟大设计师的精心设计”恰好满足了这种渴望。这解释既自然，又动人，而且富有人性。但正如达尔文和华莱士所示，还有另一种解释。它不仅同样自然、动人、富有人性，而且比前者更令人信服：那就是自然选择。它使生命乐章随着世代流逝而愈发美妙。

有人争辩说，古生物的化石证据，未必和伟大设计师的说法相悖；也许当设计师对某些物种感到不满的时候会把它们毁掉。只是这个说法令人隐隐不安。全知全能的设计师，难道不应该从一开始就设计出他想要的作品吗？化石意味着尝试、犯错、无法预知未来，这和伟大设计师的全知全能起了冲突（除非这个设计师性格古怪，喜欢故弄玄虚）。

20世纪50年代我上大学那时，有幸在H.J.穆勒的实验室里工作。穆勒是伟大的科学家，他发现了辐射会导致变异，我能意识到平家蟹和人工选择的关系也是因为他。在实验室里进行遗传学实践时，我花了几个月时间研究黑腹果蝇（拉丁语意为“黑色的露水情人”），这种温和的小东西有两片翅膀和大大的眼睛。我把两个品种的果蝇养在一品脱牛奶瓶里，让它们相互杂交，看它们能在亲本基因重新排列以及外界环境的诱发下发生些什么改变。实验室技术人员在牛奶瓶底抹上糖浆，母果蝇把卵产在里面以后，我们会塞上瓶口，耐心等待两周，直到受精卵孵出幼虫，幼虫化蛹，蛹里再钻出新的成年果蝇。

有一天，我一边用低倍双目显微镜观察一批刚出生的果蝇（它们被乙醚麻醉了），一边用骆驼毛刷把它们按品种分开。眼前的生物让我非常震惊：那可不是小变化——比如红眼睛替代了白眼睛，或者颈部长出细毛之类——那完全是另一个功能健全的物种。它们翅膀更长，长着羽毛般的触须。这是命运的安排，我想，居然能亲眼见到一个物种在单代中发生这么巨大的变异。穆勒曾说这种情况不可能发生，看它不但发生了，而且就在他的实验室里。想到该怎么对教授解释，我就头疼万分。

怀着沉重的心情，我敲了敲穆勒办公室的大门。“请进。”门内传来沉闷的喊声。进去后，我发现房间里一片漆黑，只有一盏小灯照亮了他工作的显微镜台。我在这阴暗的环境里结结巴巴地告诉他，我发现了完全不一样的果蝇，而且可以百分之百确定它是从糖浆的虫蛹里钻出来的，我不想打扰穆勒教授，但是……

“它是不是更像鳞翅目，而不是双翅目？”他反问时，灯光自下而上照亮了他的脸。见我没反应过来，他解释道：“它翅膀是不是很大？触须是不是羽毛状的？”我尴尬地点点头。

穆勒打开顶灯，露出了慈祥的笑容。事情其实老套得很。有一种飞蛾已经适应了果蝇基因实验室的环境。它跟果蝇一点儿也不像，也不打算跟它们打交道，只是喜欢糖浆。在实验室技术人员打开牛奶瓶塞——比如说要把母果蝇放进去——的短暂瞬间，它俯冲过去，把卵产在了美味的糖浆里。我发现的并不是什么重大突变，而是大自然展现的另一种可爱的适应性，它是微小突变和自然选择的产物。

演化的奥秘在于淘汰和时间——大量未能完全适应环境的物种遭到淘汰，适应环境的小突变则随着时间不断累加。有些人反对达尔文和华莱士，部分原因在于时间跨度——我们连几千年的光阴都很难想象，更不要说亿万年了。7000万年对于一个寿命只有它百万分之一的物种来说到底意味着什么？我们就像蝴蝶，飞翔在日光下，以为白昼是永恒。

演化很可能也在宇宙其他角落发生；但如果从蛋白质化学结构或大脑神经系统这样的细节来看，地球生命的故事在整个银河里都是独一无二的。大概46亿年前，地球由一堆星际气体和碎石凝聚而成。化石记录告诉我们，生命在那之后不久——约莫40亿年前——就在早期地球的池塘和海洋里登台亮相了。原始生命远不及后来的单细胞生物复杂，甚至可以说非常简陋。那段日子里，地球电闪雷鸣不断，异常炽烈的阳光不断分解原始大气中的富氢分子，而那些碎片重新结合成越来越复杂的分子。这种早期化学反应的产物不断溶解在海中，把它变成了一锅日渐稠密的有机汤。终于有一天，可能只是机缘巧合，一种分子出现了。它能以汤锅里的其他分子作为材料，粗略地复制自身（我们以后会再讨论这个话题）。

这种物质的后代叫作“脱氧核糖核酸”，简称DNA，是地球生物的核心分子。它的形状如同螺旋形梯子，由四种不同的分子组成梯级，这些分子叫作核苷酸。它们好比四个字母，拼写出地球上所有生物的遗传密码。生物个体的遗传密码各不相同，但书写语言用的是同一套。核苷酸的不同组合制定出生产有机体的指令，造就生物之间的千差万别。所谓突变，就是核苷酸上发生的变化，它们会遗传给下一代，也即“真实遗传”。而由于过程的随机性，绝大多数变异都会产生无效酶，有害或者致命。可能要等上好久，才会碰到让有机体得到优化的突变。然而，正是这些概率极小，且只有千万分之一厘米大小的核苷酸改变，使演化得以实现。

40亿年前的地球是分子伊甸园。那时候还没有掠食生物，只有一些分子在争夺素材，低效地复制自身。早在当时，演化便已开始。繁殖、突变和自然选择淘汰了最低效的物种。随着时间推移，它们的繁殖能力越来越强。具有特殊功能的分子最终聚合在一起，形成了一种分子集合体——史上第一个细胞。今天的植物细胞里有微小的分子工厂，这些被称为叶绿体的东西负责光合作用，也就是把阳光、水和二氧化碳转化成碳水化合物和氧。动物血液里则含有另一种工厂，它们名为线粒体，能把食物和氧气结合以获取能量。这些工厂如今广泛存在于植物和动物细胞里，但在遥远的过去，它们也许是独立活动的。

30亿年前，某种突变阻止了单个细胞在一分为二后继续分裂，一些单细胞植物聚集在了一起。就这样，第一个多细胞生物诞生了。你体内的每个细胞都是社群成员，它们曾经自由生活，却为了共同的利益团结起来，这样的100万亿个细胞组成了你——我们每个人都是一个群体。

性别的出现要追溯到20亿年前。更早的时候，生物种类若要推陈出新，只能依赖不断累积的突变。靠遗传信息一个字母一个字母地随机变化，自然演化的速度一定极其缓慢。然而性别出现后，两个生物可以交换整段、整页、整册的DNA代码，产生新的种类以供筛选。很显然，大自然选择了那些有性别的生物，因为那些对性兴趣不大的生物很快就灭绝了。这种选择，不仅决定了20亿年前的微生物的命运，也让我们人类至今依然热衷于交换DNA片段。

到10亿年前，植物的相互合作使地球环境发生了天翻地覆的变化。绿色植物能产生氧分子，而海洋充满了原始的绿色植物，因此氧气就成了地球大气的主要成分。它们不可逆转地改变了原来的富氢环境，结束了地球历史中生命“从无到有”的阶段。问题在于，氧气也会使得有机分子分解。不论我们多么喜欢氧，它对未受保护的有机物来说无疑都是一剂毒药。大气氧含量逐渐增加，导致绝大多数不能适应氧气的生物灭亡。而一些原始的生命，比如肉毒杆菌和破伤风杆菌，至今只能在无氧环境下生存。地球大气里的氮是惰性化学物质，比氧温和得多，但它同样是生物造就的。99%的地球大气源自生物。可以说，生命创造了天空。

生命诞生的这40亿年里，统治时间最长的物种是微型蓝藻，它们一度覆满了整个海洋。大约6亿年前，大量新生命出现，打破了蓝藻的霸权，史称“寒武纪大爆发”。地球诞生不久生命随即出现，这表明类地行星上出现生命很可能是必然。但之后的30亿年里，除了蓝藻没有诞生别的生命形式，意味着具备特殊器官的大型生物并不容易出现，甚至比生命的起源还要难。也许宇宙里有许多星球上存在大量微生物，但没有大型动物和植物。

寒武纪大爆发后，海洋里很快出现了各种各样的生物。5亿年前，三叶虫大量繁衍，它们如同大号昆虫，成群结队地在海底狩猎。三叶虫体态优美，眼里长着用来探测偏正光的晶体。但现在找不到活的三叶虫了；实际上，它们在两亿年前就走向了灭绝。那些曾经存在于世的动植物今天都没了踪影。当然，我们今天所见的一切物种当时也不存在，在古老的岩石里找不出像人类的化石。没有物种可以永存，它们存世的时间或长或短，总归要走向消亡。

寒武纪大爆发之前，物种的演化速度似乎相当缓慢。其中部分原因在于我们探究的历史越久远，所能掌握的信息就越少；生物在草创阶段，几乎没有坚硬的部分，柔软的肢体又难以变成化石；从另一方面来讲，化石只能记录生物的外部形态，细胞结构的艰苦演化无法通过化石反映出来。寒武纪大爆发之后，新的物种层出不穷。第一批鱼类和脊椎动物很快出现；以前只生长在海洋里的植物终于登上了陆地；昆虫和它们的后代成了动物在陆地上拓殖的先驱；有翼昆虫登场的同时，类似肺鱼的早期两栖类也出现了，它们能同时在水里和陆地生存；接下来是最早的树木和最早的爬行动物；恐龙的时代来临了；哺乳动物登台亮相，然后是鸟类；第一朵花绽开；恐龙灭绝；鲸目动物——海豚和鲸鱼的祖先——出现；同一时期，我们人类和猴子共同的祖先灵长类动物初露头角。不到1000万年前，自然演化出了第一批长得像人类的物种，他们的大脑容量在短时间内暴涨；几百万年前，真正的人类终于出现了。

人类在森林中长大，对树木有天然的亲近感。树木是向天空伸展的可爱生命，用叶子进行光合作用，主要通过屏蔽邻里的阳光展开生存竞争。如果仔细观察，你常常能发现两棵紧挨着的树在有气无力地推推搡搡。这些优雅而美丽的机器由阳光提供动力，从大地吸取水分，在空气中汲取二氧化碳，再把这些物质转化成食物，供给自己……和我们。生成的碳水化合物是植物展开其绿色业务的能量来源，而我们动物只有窃取这工作成果才能生存繁衍。消化植物的过程中，碳水化合物和血液中的氧结合，产出供我们行动的能量，而我们呼出的二氧化碳被植物再度吸收，制造出更多的碳水化合物。植物和动物呼吸着彼此的气息，浑然一体。整个地球上的生命在相互复苏，而这个优美的循环由1.5亿千米外的恒星提供动力，多么神奇的协作！

目前我们已知的有机分子种类多达数百亿，但其中作用于生命基本活动的只有大约50种。同样的分子被一而再、再而三地使用，巧妙应用在许多不同方面。深入地球生命的核心——控制细胞化学的蛋白质，以及携带遗传信息的核酸——我们会发现这些分子在所有动植物身上都基本相同。橡树和人类由同样的材料构成，我们有同一个祖先。

细胞的复杂和优雅不亚于银河与群星。这精巧的机制是40亿年艰苦演化的产物。它们能吸收食物碎片，把碎片转变成细胞结构。昨天你吃的奶油菠菜，是怎么在今天变成白细胞的？究竟怎么做到的？细胞的内部结构错综复杂、如同迷宫，它们转换分子、储存能量，随时准备自我复制。如果深入细胞，我们能看到许多蛋白质分子斑点，有的疯狂活动，有的静静等待。蛋白质里最重要的是酶，它们控制着细胞化学反应，每个酶都有明确分工，就像流水线上的工人：比如流水线的第四步是构建鸟嘌呤核苷磷酸盐，或第十一步是分解糖分子以提取完成作业所需的能量。

虽然酶极其重要，但它们并非掌控全局的角色。对它们发号施令的分子叫作核酸——实际上，酶就是遵照核酸指令构建的。核酸隐居在细胞核内的深宫里。如果通过孔隙进入细胞核，你会觉得自己走进了一家忙乱的意面工厂——到处是乱糟糟的线圈和链条。那是两种核酸：知道该做什么的DNA，以及向细胞其他部分传达DNA命令的RNA。它们是40亿年演化后大自然最绝妙的作品，包含了如何让一个细胞、一棵树，或者一个人得以存在的全部信息。人类DNA里的信息如果用普通语言书写出来，得有一百卷那么厚。更重要的是，DNA知道怎么才能精确地复制这些信息，纰漏最多不过几处。它们真的很厉害。

DNA是双螺旋结构，两条缠绕的链条如同螺旋形的楼梯。所谓生命的语言，就是沿链条排列的核苷酸顺序。DNA浸泡在细胞核内的黏稠液体里。繁殖过程中，双螺旋会在一种特殊解旋蛋白的帮助下分离，每条螺旋都会使用漂浮在近旁的核苷酸，合成另一条螺旋的完美副本。解旋过程开始后，DNA聚合酶会参与进来保证复制过程近于完美。如果出现错误，就会有酶来进行裁剪，把写错的核苷酸替换成正确的。这些酶作为分子机器，有着惊人的能力。

除了保证复制过程准确无误——毕竟这事关遗传——DNA还会指挥细胞的其他活动，也就是所谓的新陈代谢。它们合成信使RNA，后者离开细胞核，确保酶在正确的时间、正确的地点得到制造。这些工作的成果，也就是单一的酶，能够执行细胞的某个特定化学反应。

人类DNA长梯上的核苷酸多达10亿。大多数的核苷酸组合可能都没有意义：它们合成出的蛋白质没有任何功能，能给我们这样复杂的生物带来益处的只有很小一部分。但是，它们能做出的组合数量多得惊人——甚至比全宇宙的电子和质子加起来还要多。也就是说，人类拥有的可能性，远远多于历史已经呈现的样貌：我们还有巨大的潜力尚未得到发掘。肯定有什么组合方法能让核酸发挥出——不管选取什么标准——更好的效果，完全超越我们和先人。尽管目前人们还不知道该怎么重排核苷酸序列来创造全新的人类，但将来某一天，我们肯定能让新生儿具备任何想要的特征。只是这个前景令人警醒不安。

演化是通过变异和自然选择进行的。如果DNA聚合酶在复制过程中出错，突变就可能产生——但它很少出错。除此之外，辐射、太阳紫外线、宇宙射线或者环境中的化学物质，都可能改变核苷酸的序列，或者让核酸扭结。如果突变率太高，我们就会失去40亿年艰苦演化的遗传成果。如果太低，物种演化速度又会跟不上未来环境的变化。物种演化需要在基因突变和自然选择中取得精确的平衡，才能展现出非凡的适应性。

DNA上单个核苷酸的变化，会导致该DNA编码里单个蛋白质氨基酸发生变化。欧洲裔人口的红细胞多呈球状，一些非洲裔人口的红细胞则像镰刀或者新月。镰状细胞能携带的氧含量较少，容易导致贫血症，但对疟疾有抗性。毫无疑问，贫血症肯定比死亡好。两种红细胞的区别之大，看一眼照片即知。这种对血液功能的重大影响是个典型例子，说明人类细胞DNA里百亿核苷酸的其中之一遭到改变，可能会导致什么样的结果。而我们至今不了解绝大多数的核苷酸到底能起什么作用。

光是看外表，人类和树木很不一样，我们和树木对世界的感知方式也天差地别。然而深入生物分子层面上，树木和人并无二致。我们都用核酸来进行遗传，都以蛋白质为酶来控制细胞的化学反应。更重要的是，和几乎所有地球生物一样，我们用同一套编码手册来将核酸的信息转化为蛋白质信息。 这种分子层面的一致性，最可能的解释是所有生物——树也好，人也好，琵琶鱼也好，黏菌也好，草履虫也好——的祖先，都是这颗星球早期历史上某种单一又普遍的生物。问题是，那个决定性的分子到底是怎么产生的呢？

我在康奈尔大学有间实验室。除了通常的内容，我们还研究生命起源前的有机化学，算是给生命的乐章补充点注解。我们在一个容器里还原了早期地球的大气，成分包括氢、水、氨、甲烷、硫化氢——你能在今天的木星和宇宙各处找到这些气体。然后，我们用火花放电刺激气体。电火花相当于闪电——它们同样存在于远古地球和今天的木星上。容器起初是透明的，什么都看不见。但是十分钟以后，容器壁上慢慢浮现出了奇怪的棕色条纹。那是褐色的焦油层。随着它们不断增厚，容器变得越来越不透明。如果我们用紫外线来模拟当时的阳光，结果也会大同小异。焦油是复杂有机分子的集合体，其中包括了蛋白质和核酸的组成部分。这个实验告诉我们，为生命创造原材料实在是一件很轻松的事情。

早在20世纪50年代初，斯坦利·米勒就做过这个实验，他当时还是研究生，师从化学家哈罗德·尤里。尤里曾有力地论证过，和宇宙大部分地方一样，地球早期大气富含氢。后来地球的氢慢慢消失，而巨大的木星没有发生类似的情况；至于生命，它们在氢气消失之前就起源了。有人问尤里，他希望通过原始大气火花放电实验得出什么结论，尤里回答：“拜尔施泰因。”《拜尔施泰因》是厚达28卷的德语著作，列出了所有化学家知道的有机分子。

只要用上早期地球存量最丰富的几种气体，再加上能够破坏化学键的能量，我们就有了制造生命的基础材料。但出现在容器里的东西只能算生命的音符，构不成旋律。这些分子积木还得按照正确的顺序组合在一起才行。是的，构成蛋白质的氨基酸和构成核酸的核苷酸远远不算生命，但在把这些积木拼接成分子长链方面，实验也已经取得了进展。氨基酸在原始地球环境下组装出了类似蛋白质的分子，它们当中还有一些接近酶，能够对化学反应进行些许控制。核苷酸拼接在一起，形成了几十个单位长的核酸链。假使容器中的条件合适，短核酸还能合成出与自身相同的拷贝。

这类还原早期地球环境的试验有许多，但到目前为止，还从没有报告说有新生命爬出了试验缸。类病毒是我们已知的最小生物，由不到一万个原子组成，能引发栽培植物的好几种疾病。不过，类病毒可能是由更复杂，而不是更简单的生物演化变成的。说实话，很难想象出比它们结构更简单的生物。类病毒只由核酸构成，和病毒不一样，连衣壳蛋白都没有。它们不过是一条RNA链，呈线条状或闭合环状。尽管体型微小，类病毒的破坏力可不弱。这些顽强的寄生生物和病毒类似，能接管更大、功能更完善的细胞，把它们改造成生产同胞的工厂。

独立生存的生物里，最小的要数PPLO（类胸膜肺炎微生物）以及类似的生物，它们约由五千万个原子组成。为了独立求生，它们得比类病毒和病毒更复杂。当今的地球环境对简单生物来说并不友好，你只有拼尽全力才活得下来，还得应付想拿你当饭吃的掠食者。但在这颗星球历史的早期，也就是由阳光照射富氢大气产生大量有机分子那阵子，即使是非常简单的非寄生生物也有竞争的良机。最早的独立生存生物可能接近类病毒，只有几百个核苷酸长。尝试创造这类生物的工作也许会在20世纪末展开。关于生命的起源，包括遗传密码的起源，我们还有太多需要了解。不过我们从事这方面的研究才30年，而大自然可是早在整整40亿年前就动手了。这么一想，我们干得还不赖。

这些实验使用的材料并非地球所独有。实际上，你能在宇宙各处找到相似的气体和能量。实验室容器里的变化，很可能也是星际间有机物质和陨石上氨基酸的来源。银河系数十亿的行星上一定产生过同样的反应。宇宙中充满了生命的分子。但即使另一个星球的生物有着和我们一样的分子化学，你最好也别指望它们会长成我们熟悉的模样。想想地球的生物多样性吧，这还只是同一颗星球，同一套分子生物学体系的产物。外星动植物很可能与我们熟悉的任何生物都大相径庭。也许我们能找出些趋同演化的迹象——因为某些环境问题可能只有一个最优解——比如长出两只眼睛去观察可见光，但总的来说，由于演化过程的随机性，它创造出的生物会远远超出人类的想象。

我无法明确告诉你外星生物可能会长什么样，因为我对生命的了解仅仅局限于地球。有些人，比如科幻小说作家和画家，构思过外星人的模样。但我对绝大多数的此类幻想持怀疑态度，因为那太像我们了解的生命形式了。每一种生物之所以会形成某一样貌，都需要历时甚长、几乎无法复现的演化史。我不认为外星生物看起来会像是爬虫、昆虫或者人类——就算把皮肤染绿、耳朵拉尖、加上触须也一样。不过，如果读者坚持，我可以试着想点不一样的东西出来：

假设有一颗巨大的气体行星，它类似木星，大气中富含氢、氦、甲烷、水和氨，往下探不到陆地，但那里有稠密的云层，有机分子从大气高层落下，就像天上掉的馅饼，这个过程和我们实验室容器里发生的没什么区别。但想在这样的地方讨生活，生物必须克服巨大的环境障碍：这里湍流动荡，下方无比炽热。要是不小心行事，就会落下去被烤熟。

为了证明即使在这样的环境下生命也可以存在，我和康奈尔大学的同事E.E.萨尔皮特做了些计算。当然，我们不可能确切地描绘出居于此地的生物会长什么模样，不过我们想看看物理和化学定律能否允许生命存活于此。

这种环境下，你必须在自己被烤熟前繁衍后代，并且希望对流能把你的一些子嗣带往更高，也更凉爽的气层，这意味着你不能长太大。我们就姑且把这种生物叫作“沉降者”好了。但反过来说，也可以是“飘浮者”——飘在空中的庞然大物，如同巨大的氢气球。你把氦气和其他较重的气体排出体内，只留下最轻的氢气；或者你通过食物获得能量，为自己提供保持浮力的热量，就像热气球。和地球上的气球同理，飘浮者的位置越低，升力就越强，越容易返回大气层高处凉爽、安全的区域。飘浮者可能会以有机分子为食，或者类似地球植物，从阳光和大气中汲取能量。某种程度上，飘浮者越大，能量利用效率就越高。萨尔皮特和我想象中的飘浮者宽达数千米，比有史以来最大的鲸鱼都要大，规模堪比城市。

飘浮者可能会像冲压式发动机或者火箭那样，通过排气推着自己在行星大气层中移动。在我们的想象中，凡目力所及之处，全是这些懒洋洋的生物。但飘浮者外皮上伪装性的纹路，暗示了它们也有烦心事。因为在这样的环境下，至少还存在另一个生态位，那就是“捕食者”。捕食者灵活机动、动作迅捷，为了获取有机分子或纯氢无情地猎杀着飘浮者。中空的沉降者可能演化成了最早的飘浮者，而能自主推进移动的飘浮者又演化成了最早的捕食者。捕食者不会太多，毕竟猎物一旦耗尽，猎人也会灭亡。

物理和化学定律允许这样的生物存在，艺术加工则赋予它们些许魅力。然而大自然没有必要遵守我们的推测。但如果银河系里有生命的星球数以十亿计，那沉降者、飘浮者和捕食者这种我们基于科学幻想出来的生物，就真有可能存在于某处。

比起物理学，生物学更像历史学。你只有了解过去，才能理解现在。你必须尽可能地掌握细节。生物学没有预测未来的理论，历史学也一样。对现在的我们来说，这两门学科都太过复杂。不过，我们可以通过参考其他事例来增加对自身的了解。如果能对地外生命展开研究，哪怕就只有一例微不足道的样本，也足以使生物学打开新世界的大门。生物学家将意识到，其他类型的生命是可能存在的。我们认为寻找地外生命很重要，并不是说真的很容易找到，而是说它值得寻找。

迄今为止，我们听见的生命之音只回荡在这个小小的世界里。但我们终于开始侧耳倾听宇宙赋格曲的其他声音了。 0tHpHW7GfsuFf4qk4urniAEWpGR0TsHF1dlxETb2RitWJGYtj336iMRKiIsY7+xY