【导语】
【生命是宇宙间最伟大的创造】
首先要定义什么是生命。一般认为，生命最本质的特征就是它会主动地从外部吸收能量，维持自己的熵值，并把这个本事传递下去。【理解这一点需要知道热力学第二定律，即熵增定律，如果你不知道的话请自行查询。】
目前公认生命有三大要素：第一是新陈代谢，这是生命最本质的特征；第二是遗传，这是生命之所以延续下去的基础；第三是某种膜，能够把生命和非生命分隔开。
生命再复杂，也不是神造的，而是一点一点由简到繁地演化出来的，不需要某种无法解释的所谓“神迹”，不同意这一点的不用往下读了。
由简到繁的过程绝大部分都是循序渐进的，不是跳跃式的，每次进步都是对边界的一点点扩展，比如从氨基酸只能先进化到多肽，然后才能进化出蛋白质。这个理论被称为“相邻可能”（Adjacent Possible）理论，是由美国进化生物学家斯图尔特·考夫曼（Stuart Kauffman）于2002年提出来的。
“相邻可能”理论不但可以解释生命的演化，甚至可以用来解释一切创造过程。所有的创新都不是无中生有的，而是在旧东西的基础上，通过一系列自由组合而产生的新结构或者新想法。
生命可以被视为宇宙间最伟大的创造，遵循创新的普适原理，下面就具体谈谈生命的创造过程。
【为什么生命都是碳基的？】
1953年，芝加哥大学的斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈罗德·尤里（Harold Urey）在玻璃瓶里模仿地球早期环境，生成了氨基酸，证明有机化合物是可以从简单的无机物一步步组合而成的，不需要神秘力量的参与。
有机和无机化合物之间最本质的区别就是前者种类异常丰富，只有这样才能满足生命的各种需求。所以生命是用有机物搭起来的。
要想创造出复杂的分子，首先需要有个善于连接的原子。碳能够形成4个化学键，是自然界最喜欢“交朋友”的原子。硅原子虽然也可以形成4个化学键，但却无法像碳那样形成二价键甚至三价键，这个特性使得碳原子可以两两结合，形成一条以碳原子为骨架的结构稳定的长链。这条链甚至可以首尾相连形成闭环，这就进一步增加了碳基分子的多样性。
碳原子还有一个优点，那就是碳和其他原子相结合所需要的能量比硅原子要小得多，仅仅依靠闪电所提供的能量就足以形成化学键了，这一点在缺乏催化剂的地球“原始汤”中是一个很关键的优势。
以上就是为什么宇宙中的生命应该都是“碳基”的原因，硅基生命应该是不存在的。正因为如此，地球这才选择了仅占地壳总质量0.05%的碳原子作为组建生命的原材料，而不是含量比碳多100倍的硅。
【为什么生命需要水？】
这个问题的答案有两个：第一，液态水是个万能溶剂，大部分有机或者无机分子都可以溶于水中，这就相当于为不同分子提供了一个见面和碰撞的机会，这是创新的前提条件。
第二，水的冰点很低，沸点又很高，因此水分子能够在很大的温度范围内（0-100°C）保持液态，这一点是宇宙间绝大部分物质都无法做到的。事实上，按照地球现在的温度，只有水能够长期保持液体状态，如果换成别的分子，要么全部冻成了固体，要么全部化成了蒸汽，海洋就不会存在了。
为什么一定需要液态水呢？美国计算机科学家克里斯托弗·朗顿（Christopher Langton）给出了一个很普适的答案：创造需要“液态网络”。
朗顿是“人造生命”（Artificial Life）系统的创始人之一，他从生命诞生的过程中得到启发，提出创造力旺盛的地方一定处于“混沌的边缘”，也就是介于严格秩序和彻底混乱之间的中间地带。
如果我们用物质三态来比喻的话，气体是彻底混沌，新结构随时出现但又随时瓦解，固体是严格秩序，虽然结构稳定，但几乎杜绝了新结构出现的可能性，液体介于两者之间，只有液态网络才是“混沌的边缘”，既能够让新鲜事物可以顺利出现，又可以让好的创新稳定下去，并将这个边缘继续扩大，以便进一步探索“相邻可能”。
总之，从以上这两个条件可以得出结论，生命必须出现在一个原子种类丰富，温度适中的有水的星球上。银河系里到底有多少这样的星球呢？请继续往下看。
【银河系的生命带】
银河系大约有1000亿颗恒星，这是个很大的数字。可惜的是，并不是所有恒星都具备孕育生命的基本条件。
首先，宇宙诞生于138亿年前发生的大爆炸（Big Bang），之后很长一段时间里宇宙中只有氢和氦这两种元素，生命是不可能诞生的，缺乏原材料。
天文学家把氦之上的元素统称为“金属”，第一个金属原子是在恒星内部的高温高压环境里诞生的。之后，恒星生命结束，以各种方式解体，“金属”散布到宇宙中成为宇宙尘埃，被下一个星系俘获。这个过程一再重复，“金属”的种类和含量逐渐增加。所以你看，宇宙的创新过程也符合“相邻可能”理论。
银河系的第一颗恒星诞生于130亿年前，那颗恒星里只有氢和氦。太阳是45亿年前诞生的，也就是说太阳是在大爆炸发生后的93亿年之后才出现的。但即使如此，太阳系里仍然含有高达71%的氢和27%的氦，其余“重金属”只占2%，地球就是由这2%的物质组成的。因此有科学家认为，比太阳早的恒星系里的“重金属”少到无法形成固体星球，所以即使银河系里有生命，地球生命也是最早出现的那一个。
银河系是一个飞碟状的圆盘，直径10万光年。太阳距离银河系中心2.7万光年，属于中间偏远一点点的位置。距离银河系中心越近，星系的密度就越高，“金属”的含量也越高，但因为中心区包含的老恒星要多一些，所以那里有更多的超新星，宇宙射线强度太大。另外，银河系中心区平均每隔100万-1亿年就会来一次伽马射线大爆发，每次爆发都会把周围一大片区域里的任何生命全部杀死，所以即使中心区的行星出现了生命，也没有时间进化成高等生物。
与此相反，距离银河系中心越远，星系的密度就越小，“金属”的含量就越低，也就越不可能形成像地球这样的固体行星，而是只会形成像木星那样的气态行星，诞生生命的可能性同样非常低。
因此，澳大利亚科学家Charles Lineweaver等人提出了“银河系适宜居住带”这个概念，这条“生命带”距离银河系中心大约2.3万-3万光年，大致相当于银河系半径的7%，其中含有的恒星只占银河系恒星总数的不到5%。太阳位于这条生命带的中心，属于这5亿个有可能诞生生命的恒星之一。
【幸运的地球】
虽然5亿仍然是一个很大的数字，但也并不是所有这些恒星都有资格孕育生命。太阳系内的几大行星全都在近似圆形的轨道上运动，其状态相对稳定，这在恒星系当中是不常见的。大部分恒星系内的行星轨道都是杂乱无章的，这就导致每颗行星上的气候随时在变，生命是不会喜欢这样的环境的。
除此之外，地球更是一颗极其幸运的行星。首先是地球和太阳的距离正合适，太近太远都不行。其次，地球有一颗相对体积非常大的卫星，这就是月球。如果没有月球引力的稳定作用，地球的自转轴会发生大幅度变化，导致气候剧烈变化。目前地球的自转轴变化幅度很小，但也足以导致地球阶段性地出现冰期了。
第三，地球内部含有大量含铁的液态岩浆，再加上地球的自转速度极快，这就产生了一个很强的磁场，如果没有磁场，宇宙射线就会直接照到地表，我们谁都活不了。
第四，地球的地壳很薄，板块运动极为活跃，导致地心内部的营养物质和金属不断地翻上来。如果没有这个循环，地表生命很快就会把营养耗光，我们也不会拥有金属工具。另外，板块运动导致的火山喷发是碳循环的重要一环，如果没有火山，碳循环就无法进行，地球温度很快就会失控。
以上所有这些条件都是诞生高等生命必不可少的，缺一不可。这些条件之所以在地球上正好全都具备，主要的功臣就是月球。在太阳系形成初期，地球和一个火星那么大的行星相撞，这就是地球自转速度为什么那么快的原因。这次相撞导致重金属留在了地球上，最终变成炙热的岩浆。轻一点的物质被抛出去，形成了月球，这就是地球的地壳为什么那么薄的原因。
这种级别的行星相撞事件的概率肯定是很低的，目前没有在其他星系中观察到任何可能的迹象，所以，地球之所以能有生命，实在是一件极为幸运的事情。
【生命的诞生】
前面讲到了有机物的生成，但从有机物到生命还有很长的一段路要走，而这段历史是目前研究得最不充分，结论最不清晰的部分。但是，仍然可以有很多推论性的东西值得介绍给大家。
目前认为地球生命最早出现在大约35亿年前，也就是说，地球诞生10亿年后生命就出现了，这说明如果条件合适的话，生命的出现是一个大概率事件。
目前还活着的地球生命全都来自同一个祖先，科学家称之为“卢卡”（Last Universal Common Ancestor，LUCA）。生命也许有过其他尝试，但显然都失败了，没有留下任何后代。
得出上述结论的原因是：地球上所有生命的新陈代谢系统和遗传系统本质上都是一样的，这两个重要特质没法试错，所以一直保留至今。这其中，新陈代谢系统最为重要，科学家们正是从这一点开始研究生命起源问题的。
今天的所有生物都使用ATP作为能量来源。如果让科学家设计ATP的话，至少可以设计出几十种更加高效的生产方法，但生命选择了一个非常落后的方式，即通过细胞膜两侧的电压差来生产ATP，这说明地球生命最早就是利用这个办法从环境中获得能量的。
从这一事实推导开去，英国伦敦大学学院的生化学家尼克·莱恩（Nick Lane）提出地球生命很可能起源于海底的碱性热液喷口（Alkaline Hydrothermal Vent），从喷口喷出的含有氢气的碱性热液遇到海水后形成了一个天然的质子梯度，为含碳无机物转化成有机物提供了能量。与此同时，海底岩石内部状如海绵的细小缝隙为有机物提供了一个个小小的避风港，这就是原始细胞的雏形。
关于地球生命的起源地点还有若干个假说，也有人认为是干涸的淡水湖底或者陆地上的地热喷口，但目前以海底热液喷口假说支持者最多，这一点再次证明板块运动和液态水是生命诞生的必要条件，缺一不可。
【高等智慧生物的出现】
按照现有理论，“卢卡”出现后很快就分成了两支，一支是细菌（Bacteria），另一支叫做古细菌（Archaea）。虽然中文名字里都有“细菌”这两个字，但它们在细胞膜构成和新陈代谢细节等几处关键地方有差异，属于两个不同的界。
此后大约20亿年里，地球上就只有这两种生物，它们全都属于原核生物，体积很小，结构极为简单。直到大约15亿-20亿年前，地球上终于出现了真核细胞，结构复杂了很多，体积也增加了一万多倍，终于肉眼可见了。
目前地球上的所有真核生物可以分成原生生物（阿米巴）、真菌、植物和动物这4界，虽然旗下物种形态各异，但细胞内部的构造却出奇地相像，其生化反应类型也极其单一，几乎可以肯定是源自同一个祖先，而且之后就再也没有发生过大的改变了。
这一现象说明了一个非常“可怕”的事实，那就是地球上的所有真核生物全都来源于最初的那个真核细胞，那次从原核到真核的转变在地球上只发生过一次（当然也可能发生过若干次，但都没有活下来）。
这一转变的关键是线粒体，它为细胞解决了能量供应问题。美国遗传学家琳·马古利斯（Lynn Margulis，萨根的前妻）提出了线粒体起源的内共生学说，认为真核细胞是由一个古细菌吞噬了一个依靠氢气生活的细菌而产生的。后者没有被杀死，而是被“诏安”，并逐渐演化成了线粒体，专门为宿主提供能量。
这样的事情在长达20亿年的时间里只发生过一次，说明这是个极小概率事件。银河系中即使某个星球上出现了生命，也很可能一直停留在原核细胞阶段，无法进一步进化出复杂的多细胞生物，更不用说高级智慧生物了。
真核细胞诞生后，生命形态仍然没有发生根本的改变，就这样又过了10多亿年，到了距今大约5.5亿年前，发生了著名的寒武纪大爆发，生物物种突然大幅增加，今天地球上的绝大部分物种都是从那个时候开始第一次出现在地球上的。可惜的是，寒武纪大爆发的原因至今仍然不明，有待研究。
下一个大事件是发生在6500万年前的小行星撞地球事件，直接把恐龙灭绝掉了，哺乳动物这才终于有了出头之日。然后是大约700万年前，人类祖先和灵长类动物分道扬镳，一路进化至大约20万年前，这才首次出现了可以被称之为“高等生物”的现代智人。
【结语】
上面这些节点的出现概率大都很低，这样算下来，人类的出现是真正意义上的小概率事件，我们很可能是银河系中唯一的一群孤独的智者。
银河系之外有没有智慧生物呢？那就不好说了，毕竟宇宙几乎可以说是无限大的，再小的概率乘以无穷大，其结果也是可能大于一的。
另一个关键问题在于，宇宙太特么大了！如果宇宙和地球遵循同一套物理定律的话，那么即使存在外星人，他们也不太可能旅行到太阳系来找我们玩，我们之间的距离已经大到超过现有物理定律所允许的范围了。
总之，别人怎么想我不管，但我坚信人类直到灭绝之前都不会找到外星人的，我们只有依靠自己超凡的创造力，去应对未来可能出现的各种问题，延续生命这个宇宙间最伟大的创造。
【主要参考资料】
《Where Good Ideas Come From》- Steven Johnson
《Origin Story》-David Christian
《The Vital Questions：Why Is Life The Way It Is?》-Nick Lane
《Scientific American》- 2018年第9期
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