生命起源：第一個生命怎麼來？有哪些已知與未知？
生命科學 LS-06 · 生命起源
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生命起源：第一個生命怎麼來？有哪些已知與未知？
路邊的草、窗外的鳥，還有正在讀這篇文章的我們，都各有生命的來處。種子來自植物，鳥有親代，人也有父母。沿著這個問題一直往前追：最初的生命，又是從哪裡來的？
這就是生命起源要問的事。先把答案說在前面：目前科學還無法指出第一個生命是什麼、在何處、以什麼樣貌出現，也沒有一條已確定的完整路徑。不過，生命的起源並不只能空想；形成材料、保存資訊、建立邊界等步驟，已經可以一項項放進實驗裡測試。[1]
這篇文章，我想沿著科學家能實際檢驗的線索，一步步看懂目前走到哪裡。
這裡談的，也和演化不同。演化追問生物的差異如何一代代累積；生命起源還要再往前問：在沒有現成細胞的時候，化學物質如何逐漸形成能維持運作、傳下資訊的系統？[1][7]
地球第一個生命是什麼？我們能知道它的樣貌嗎？
談地球生命起源時，常有三件事被混在一起：「第一個生命」、目前找到的古老生命痕跡，以及現生細胞生命的共同祖先。它們不是同一個東西。
第一個生命的身份，目前沒有答案。它可能結構極簡、很難留下化石，之後的許多早期支系，也可能沒有留下現生後代。[7][9] 所以不論看到哪個物種名稱或「生命誕生年份」，都要先問：這指的是哪一種證據？
證據大致有三種來源。岩石與化學痕跡協助尋找過去的生命活動；比較現生生物的基因，可以推估親緣與演化；實驗則測試特定條件下能發生什麼。它們能互相約束，但實驗裡「可以發生」，還需要更多線索，才可能對上地球上「曾經發生」的過程。[1][9]
最後共同祖先 LUCA，就是第一個生命嗎？
不是。最後共同祖先（Last universal common ancestor，LUCA）談的是現生細胞生命的親緣關係：沿著這些關係往回推，所有現生細胞生命共同的祖先處在什麼位置。[9]
2024年一項研究以分子時鐘（molecular clock）結合其他資料校準，推估LUCA約生活在42億年前，區間約為40.9至43.3億年前。這是依資料與方法推估的年代，不是生命的「生日」。論文重建的LUCA已有相當程度的細胞複雜性，並可能處在既有的生態系統中。[9] 換句話說，LUCA之前，可能已經歷很長的演化過程。[7][9]
米勒實驗做出了什麼？生命的材料可以從哪裡來？
如果第一個生命還找不到，研究可以先問一個比較小的問題：在沒有生物的世界裡，生命需要的材料能不能自己形成？
1953年，米勒在尤里的指導下，把甲烷、氨、氫與水蒸氣放進玻璃裝置，以電火花模擬閃電。一段時間後，產物中驗出包括胺基酸在內的物質。胺基酸是組成蛋白質的材料。米勒實驗讓這個問題第一次能用實驗回答：沒有生物參與，某些生命材料能經由化學反應形成——至少在這套條件下可以。[2][11]
米勒實驗創造生命了嗎？
沒有。裝置裡沒有出現能自行繁衍的細胞。材料做出來之後，如何連成有功能的分子、如何取得能量、如何傳下資訊，都還要另外解釋。原實驗採用的氣體混合物，也不能直接當成早期地球大氣的完整重現。[1][2][11]
「有機分子」這個詞也容易讓人誤會。這裡指的是一類含碳的化合物，不代表它已經活著，也不是食品標示的「有機」。[1] 米勒實驗真正的意義，是把「材料從哪裡來」變成可以檢驗的問題，接著研究者才能問下一步：材料如何連接起來？
2015年的一項實驗提供了一種可能。研究者讓胺基酸與羥基酸（hydroxy acid）混合，經歷乾熱、濕冷交替，觀察到含有肽鍵（peptide bond）的短鏈產物；肽鍵就是蛋白質中連接胺基酸的化學鍵。結果受所用材料、乾濕與溫度控制影響，是一種可能途徑，不是唯一答案。[3]
RNA 世界假說：分子如何保存並傳下資訊？
有了材料，還不等於有了生命。生命能延續，需要把「怎麼做出自己」的資訊傳下去。
今天的細胞把許多遺傳資訊存在去氧核糖核酸（DNA）裡，再靠一整套蛋白質協作來讀取、複製。這就帶出一個難題：在這套分工還不存在以前，資訊怎麼留下來？
核糖核酸（Ribonucleic acid，RNA）因此受到注意。RNA的單元排列可以承載資訊；某些RNA折疊後，還能促進化學反應，這類具催化能力的RNA稱為核酶（ribozyme）。RNA世界（RNA world）假說便在探索：早期是否曾有以RNA同時擔任資訊與催化角色的系統。[5][6] 這是一個研究假說，目前並未證實RNA一定先於其他所有系統出現。
近期研究前進到哪一步？
2024年，研究團隊改良一種能複製RNA的核酶，讓另一種有功能的RNA經歷多輪複製與選擇，觀察到演化。不過，負責複製的核酶本身並沒有自主持續複製自己。[5]
2026年，研究者找到僅由45個核苷酸組成的核酶QT45，它能合成自己的互補鏈，也能以互補鏈為模板，合成與自己相同序列的鏈——這是自我複製循環所需的兩個步驟。[6]
條件要一起看：兩種合成是在分開的實驗反應中完成，研究者事先供應活化的短RNA片段，並安排協助鏈分開的處理，72天後產率都約0.2%。論文也明說，速度、效率與準確度仍需改善，才能達到自主持續複製。[6]
所以，RNA研究已跨過一些具體門檻；但這類分子如何在自然環境中形成、如何和其他反應接上，仍然未知。一次成功的合成，還不能替地球早期歷史選出唯一劇本。
從分子到原始細胞，還缺哪些能力？
我們容易把細胞想成一小包東西：外面有膜，裡面裝著各種分子。某些脂質在適當的水溶液中，確實能自行組成薄膜囊泡，讓內外有了區隔，使一些分子能待在同一個小空間裡。[7]
研究者用「原始細胞」（protocell）模型，探索這類簡單結構可能扮演的角色。這個名稱指的是研究模型，不代表已經找到地球上的第一個細胞。[7]
2024年的研究提出一條可能的膜材料轉變途徑：由脂肪酸與甘油形成的環狀磷脂（cyclic phospholipid），能參與產生不同形態、對某些條件耐受性不同的囊泡。它幫助研究者檢驗簡單的膜如何變得更多樣，但沒有因此重建出完整生命。[8]
有了細胞膜，就算生命嗎？
還不算。一個系統要持續下去，至少要讓幾種能力彼此配合：
- 邊界：把相關分子留在一起。
- 資訊：能複製、傳下去，也能出現變化。
- 能量與材料：讓材料進得來，反應接得上。
- 成長與分裂：包覆結構的增長，要和內部複製步調相配。
難處在於，適合其中一個步驟的條件，不一定適合其他步驟。如何把分開可行的步驟接成同一個系統，正是生命起源研究最困難的部分之一。[5][6][7] 回頭看今天的身體，細胞的邊界、物質交換與資訊傳遞早已彼此協作；起源研究要解釋的，正是這種協作最初怎麼出現。[7]
生命可能起源於哪裡？熱泉與海底熱液的研究線索
知道研究在找哪些條件之後，再看地點就清楚多了：一個候選環境，要能讓材料累積、提供能量，並讓反應不被很快沖散或分解。[1][3][4] 常被稱為「生命起源學說」的各種說法，其實層次不同：有的談地點，有的談先出現的是資訊分子還是代謝反應，兩者不一定互斥。[1]
地表的熱泉與池塘。 水分蒸發時，某些物質會變濃；重新進水後，反應條件又改變。前面提到的2015年乾濕循環實驗，就是在測試這類環境如何幫助材料連接。[3]
海底熱液。 熱液流體與海水相遇，可能帶來不同的化學條件，礦物也可能參與反應。2020年美國航太總署噴射推進實驗室（NASA JPL）團隊以熱液反應器模擬特定高壓、鹼性條件，觀察到甲酸根（formate）等含碳小分子生成。這支持某些前生物化學反應的可行性，離完整生命仍有距離。[4]
熱液假說也持續受到檢驗。2026年，研究者Tutolo重新檢視其地質與化學前提，質疑早期噴口是否真有模型所需的酸鹼差異、硫化物供應與反應條件。這是對既有假說的重新評估，不是排除所有熱液環境的定論。[10]
因此，生命不一定起源於海洋，也不一定在熱泉。NASA的整理列出多種候選環境，起源現場仍未確定。[1]
結論：生命起源仍有未知，研究已讓我們看懂什麼？
回到開頭：第一個生命怎麼來？我們還不能指出確定的身份、地點、時刻與完整過程。
已經能說得更清楚的，是其中一些步驟：某些生命材料能在沒有生物參與的條件下形成；RNA能承擔部分資訊與催化工作；簡單薄膜能自行組裝。研究正把問題推向更難的地方——這些能力如何在相容的條件下，接成一個能延續的系統？[1][3][5][6][7]
讀這類研究時，有三組區別值得記住：材料不等於生命，假說不等於結果，共同祖先也不等於起點。下次看到「生命起源有重大突破」的新聞，可以多看一眼：這次完成的是哪個步驟？又需要哪些條件？這樣讀，既能看見研究的進展，也不必急著把仍在探索的部分填滿。
看懂這些之後，我對自己的身體也多了一層理解：每天能呼吸、進食、修復，靠的正是邊界、資訊與能量時時協作；這套協作，研究者至今還在追問它最初怎麼接起來。[7]
再看路邊的草、窗外的鳥與自己的身體，它們都有一段很長的生命歷史。關於最初的那一段，科學還在找線索；我們也能帶著更具體的問題，繼續理解自己的來處。
資料來源
- NASA。How did life first emerge on Earth?。教育資料，讀取成人／高中段；查閱2026/10/18。
- Miller SL（1953/05/15）。A production of amino acids under possible primitive earth conditions。Science，117，528–529。DOI：10.1126/science.117.3046.528。核書目，結果另以[3][11]交叉確認；未宣稱讀過付費原文。
- Forsythe JG等（2015/07/15線上發表）。Ester-Mediated Amide Bond Formation Driven by Wet–Dry Cycles。Angewandte Chemie。DOI：10.1002/anie.201503792。讀原始論文正文。
- White LM等（2020/03）。Simulating Serpentinization as It Could Apply to the Emergence of Life Using the JPL Hydrothermal Reactor。Astrobiology。DOI：10.1089/ast.2018.1949。讀原始研究摘要，未取得全文。
- Papastavrou N、Horning DP、Joyce GF（2024/03/04）。RNA-catalyzed evolution of catalytic RNA。PNAS。DOI：10.1073/pnas.2321592121。讀摘要、結果、討論及相關方法。
- Gianni E等（2026/02/12）。A small polymerase ribozyme that can synthesize itself and its complementary strand。Science。DOI：10.1126/science.adt2760。讀作者接受稿的摘要、結果、圖4說明及討論。
- NASA。How did the first cells arise?。教育資料，讀細胞膜與LUCA相關段；查閱2026/10/18。
- Pulletikurti S等（2024/02/29線上發表）。Experimentally Modeling the Emergence of Prebiotically Plausible Phospholipid Vesicles。Chem。DOI：10.1016/j.chempr.2024.02.007。讀NASA保存之作者接受稿的摘要及書目，不宣稱已讀全文。
- Moody ERR等（2024/07/12）。The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system。Nature Ecology & Evolution。DOI：10.1038/s41559-024-02461-1。讀摘要、主文與年代推估相關方法。
- Tutolo BM（2026/08/28線上發表，9/8期刊卷期）。Rethinking the origin of life at seafloor hydrothermal vents。PNAS。DOI：10.1073/pnas.2613108123。讀作者研究摘要；為對既有假說的重新評估。
- 巴塞隆納大學宇宙科學研究所。Prebiotic chemistry and the origin of life: The 1953 Miller experiment。Antonio Lazcano學術演講摘要，核對實驗材料與產物；查閱2026/10/18。