活生物都离不开水，但水能分解DNA和其他关键分子。那么，最早的细胞是如何解决这个水悖论的呢？2021年2月18日，NASA的一架航天器将穿过火星大气，点燃反推进火箭，在火星表面着陆，释放名为“毅力号”的六轮巡视器。如果一切按计划进行，这项任务将在杰泽罗陨击坑着陆，这是位于火星赤道附近的一个45公里宽的裂口，可能曾是一个液态水湖泊。
在地球上的人们为“毅力号”欢呼雀跃之时，John Sutherland将在一旁冷静观察。Sutherland是英国MRC分子生物学实验室的一名生物化学家，也是游说NASA造访杰泽罗陨击坑的科学家之一，杰泽罗陨击坑符合他对生命起源的设想——无论是火星还是地球。
着陆点的选择也反映出想法上的转变：几个分子是如何通过一系列化学反应成为了最初的生物细胞？虽然很多科学家一直推测这些先驱细胞来自海洋，但最新研究显示，生命的关键分子和关键过程只可能出现在杰泽罗陨击坑这样的地方——由水流汇聚形成的一个相对较浅的水体。
之所以这么说，是因为多项研究表明，生命的基本化学物质需要来自太阳的紫外线辐射才能形成，而且含水的环境必须是高度浓缩的，有时候甚至要完全干燥。在实验室开展的实验中，通过小心加热简单的碳基化学物质，把它们暴露在紫外线辐射中，并间歇性地将它们烘干，Sutherland等科学家已经能生成DNA、蛋白质和细胞的其他关键组分。化学家还无法在模拟海水的环境下合成这么多不同的生物分子。
新出现的证据让许多研究人员抛弃了生命起源于海洋的假说，反而开始关注陆地环境，特别是那些干湿交替的区域。这种观点的转变并非没有异议，但支持陆地起源说的科学家认为，这种假说解决了一个长期存在的悖论：虽然水是生命形成的关键，但水也能破坏生命的核心成分。
探索生命起源的实验研究始于上世纪50年代，当时的许多研究人员都认为生命起源于海洋，源自一团被称为原始汤的碳基化学物质。
这种想法是苏联生物化学家Alexander Oparin和英国遗传学家J. B. S. Haldane在上世纪20年代分别提出的。两人都将年轻的地球比作一个巨大的化学工厂，许多碳基化学物质溶解于早期海水中。Oparin推测之后形成了越来越复杂的颗粒，并最终形成了碳水化合物和蛋白质——他称之为“生命的基础”。
但如今有许多科学家指出，这种假说存在一个根本性问题：构成生命的基础分子会在水中分解。因为无论是蛋白质还是DNA和RNA这类核酸，它们的连接都很脆弱。蛋白质由氨基酸链组成，核酸由核苷酸链组成。如果将这些链放入水中，水会攻击并最终破坏这些连接。在碳化学中，“水就是敌人，必须严格回避，”已故生物化学家Robert Shapiro在他1986年的《起源》一书中写道。这本书就批判了原始海洋论的假说。
这便是水的悖论。如今，细胞通过限制水在它们内部的自由移动来解决这个问题，美国明尼苏达大学的合成生物学家Kate Adamala说。出于这个原因，大众对细胞质的印象往往是错的。“教科书上告诉我们，细胞质是一个什么都能装的袋子，一切都在游来游去，”她说，“并不是这样，细胞内的所有物质都是井然有序地搭建在一团胶体中，而不是一个水袋中。”
许多研究人员认为，如果生物体能控制好水，那么其涵义是显而易见的。
生命很可能是在陆地上形成的——在间歇性有水的地方。支持这种观点的一些关键证据出现在2009年。已知组成RNA的核苷酸有四种，当时，Sutherland宣布他和他的团队成功制造出了其中两种。他们从磷酸盐和四种简单的碳基化学物质开始，包括氨基氰。整个过程中，这些化学物质都溶解在水里，但它们是高度浓缩的，关键步骤也需要紫外线辐射。
这种反应无法发生在海洋深处——只能发生在暴露于阳光下的小水潭或溪流中，因为那里可以让化学物质高度浓缩，他说。
间歇性干燥还能帮助这些构成单元组装成更复杂、类似生命的结构。彼时就职于加州大学戴维斯分校的David Deamer和Gail Barchfeld在1982年发表了这个方向上的一个经典实验。两人的目标是研究脂质如何自组织成包裹细胞的膜。他们先制作了囊泡：两个脂质层包裹的核心有水的球泡。
随后，研究人员让囊泡干燥，让脂质重新组织成一个多层结构——就像一摞煎饼。之前浮在水中的DNA链被捕获在脂质层的当中。当研究人员再次加入水时，囊泡再次形成了，这次里面还有DNA。这是形成简单细胞的一个步骤。
那么，这些过程都发生在哪里呢？关于这个问题，领域内存在代沟。许多资深研究员都有一个深信的理论，而年轻研究员愿意相信这个问题还没有定论。
开阔大洋的理论是不成立的，Frenkel-Pinter说，因为化学物质没有办法浓缩。“那确实是个问题。”Bonfio表示同意。自上世纪80年代以来一直受到推崇的另一个海洋起源说是地质学家Michael Russell提出的，他之前是美国加州喷气推进实验室的独立研究员。Russell认为生命起源于海底热液喷口，那里有从底下地质构造中渗出的热碱水。
热水遇到岩石后会产生化学能量，这种能量首先会驱动简单的代谢循环，之后便开始形成并利用RNA一类的化学物质。
如果Sutherland的这类实验确实能指明生命是如何在地球上出现的，它们也有助于探索生命在宇宙其他地方的起源。火星的关注度最高，因为有清晰的证据表明，火星表面曾有液态水。
NASA“毅力号”火星车的着陆点是杰泽罗陨击坑，这么选择的一部分原因那里曾是一个湖泊，可能发生过Sutherland研究的化学过程。2018年，在Catling牵头的向NASA的汇报中，Sutherland帮助撰写了文稿，概括了前生命化学的研究结果，并对“毅力号”的探索位置给出了建议。“我们向他们介绍了前生命化学，并指出杰泽罗陨击坑是这种化学最有可能发生的位置，而他们最后也确实选择了这里。
”Sutherland说。