由《自然》科学杂志全球征询著名科学家，组织编写了一份关于基础科学奥秘研究的专题报告：“科学中最大的问题”。这份专题报告归纳总结了全球科学界所公认的当代科学所面临的6大基本难题。生命如何起源？是被列为当代科学6大基本难题的第四个。下面，我们尽量用通俗易懂的方式来解说这篇报告论文（Nature,S13-S15,,doi:10./d---w）。
生命究竟是怎样起源的？地球上的生命存在，是偶然侥幸的幸运结果、还是自然法则的必然规律？生命是简单出现的结果，还是一系列复杂事件的产物？当代天文学，行星科学和化学这些迥然不同的领域的研究进展表明，不久的将来，有可能对这些基本难题给出答案。
科学家们希望发现，如果在我们的银河系的其它某个星球上也存在有生命，那么，解决这些基本难题也许就不会那么难。同时，如果化学与生物这两者之间可以容易地相互转换，那么，宇宙也许就将会充满生命。
当代科学对于成千上万的系外行星的发现，引发了关于生命起源研究的再度复兴。令人惊讶的是，几乎所有新发现的星系，都跟我们的太阳系非常不同。这是否意味着，我们自己所在的行星，是一个非常奇特的、特别地有利于生命的出现行星？探测极其遥远行星上的生命迹象并不容易，但是用于探测出微妙的“生物印记”的科学技术正在迅速发展。如果幸运的话，我们有可能会在一二十年内看到遥远的生命。
要了解生命如何开始，首先需要弄清楚行星是如何形成的，以及行星形成的相关组成成分。新一代射电望远镜，如安装在在智利阿塔卡马沙漠中的大毫米/亚毫米阵列射电望远镜，提供了原始星盘的精美图像和化学成分图。这些信息揭示了有关行星如何从星盘的尘埃和气体中构成。人类正在试图从太阳系的行星中取回一些样本，这可能会为我们提供将星球聚集在一起的材料的基本清单。
像我们地球这样的行星，不太热、不太冷、不太干、不太湿。一旦这样的行星形成，必须什么样的化学反应才能产生生命的构建快呢？在20世纪50年代，标志性的米勒-尤里（Miller-Urey）实验，通过电脉冲（模拟闪电的影响）将水和简单化学物质混合在一起，证明氨基酸是蛋白质的组成部分，易于制造。
然而，其他生命分子却难以合成，显然现在我们需要的是，完全地重新构想从化学到生命的道路。核心原因取决于RNA（核糖核酸的简称）的多功能性。RNA不仅可以像酶一样起作用，还可以存储和传输信息。值得注意的是，所有生物体中的所有蛋白质，都是由核糖体的RNA组分的催化活性产生的，核糖体是读取遗传信息并制造蛋白质分子的细胞机器。这一观察结果表明，RNA在生命进化的早期阶段占有主导的地位。
今天，关于早期地球化学如何产生RNA及基于RNA的细胞的问题，是生命起源研究的核心问题。一些科学家认为生命最初使用更简单的分子，后来才进化出RNA。然而，其他研究人员正在正面解决RNA的起源，激动人心的新的构思正在彻底改变这种曾经是很平静的化学研究领域。
目前受欢迎的地球化学假定的理论场景，涉及火山区域或撞击坑，具有复杂的有机化学、多种能源、以及动态光暗、热冷和湿干循环。引人注目的是，许多通往RNA的化学中间体从反应混合物中结晶出来，自我净化并可能作为有机矿物在地球早期积聚，这些有机矿物是在条件变化时等待生命产生的物质储存库。
假设上述关键问题可以得到解决，我们还需要了解，RNA是如何在第一个原始细胞中复制出来的。研究人员最近开始确定能够使RNA自身复制的化学能源，但仍有许多工作要做。如果这些障碍也可以克服，那么我们就可能在实验室中建立复制的，不断发展的基于RNA的细胞，重现可能的生命起源途径。
接下来又是什么问题？化学家们认为，我们的生命是否只能通过一条似乎合理的途径产生，或者是否有多种途径，可能从简单的化学过程过渡到基于RNA的生命的现代生物学？其他科学家们正在探索生命化学的变化，寻找关于宇宙中的“某处”生命可能存在的线索。如果一切顺利，那么我们就将会了解，从化学到生物的变换过程，因此可以了解宇宙中是否充满生命的形式。
所以，科学家们探讨了一系列有关地球上的生命如何起源的可能性，当代被最为广泛接受的理论是，如下面的图所示的行星表面的地球化学过程。在早期的宇宙中，巨大的尘埃和气体分子云凝聚形成一个原始星体，被原始行星云盘所包围，如下图所示。
微小的尘埃颗粒，由覆盖有冰层的硅酸盐矿物组成，粘在一起并组成更大的颗粒、这个大颗粒再变大、再再变大、……，直致地球体的形成。后来由于地球不是太热也不太冷、不太干也不太湿，地表覆盖了液态水。第一块地球的土地可能是火山在广阔的海洋中形成的弧岛。火山弧岛地区的池塘或湖泊可能是启动生命的环境，如下图所示。
当时的地球的大气层里没有氧气，主要是氮和二氧化碳，含有较少量的氢，水和甲烷。由于闪电、小行星撞击、和来自太阳的紫外线等的作用产生了氰化氢，即氢、碳和氮的化合物。雨水进入火山或火山口湖泊，水流过岩石使氰化物与铁反应，所产生的铁氰化合物随时间累积，形成浓缩的活性化学物质，如下图所示。
我们知道，生命需要RNA。一些科学家认为，RNA直接来自于这些活性化学物质。核苷酸，即RNA的构建模块，最终形成。紫外线使氰化物转化成单糖，磷酸盐催化这些糖之间的化学反应，基于紫外线光和磷酸盐的作用，RNA的核苷酸形成，如下图所示。
一旦RNA形成，它的一些链被封闭在由脂肪酸（脂质）自发组装到膜中形成的微小囊泡中，形成第一个原始细胞。随着细胞膜中加入更多的脂肪酸，细胞膜增长与分裂。同时，内部的化学反应促使包封的RNA的不断复制，生命的初始精灵即由此开始，如下图所示。
科学家们相信，解开生命起源的奥秘，需要在最小的尺度上进行实验，并在最远的地方进行观察与研究。所以，生命如何起源？是当代科学中的一个极有可能进一步得到探索、并将对人类认知产生极大变革的基本难题。