通向生命之路
要研究生命的起源，只要从十分渺小的生命开始就可以了。在生命形成之前，应该先出现单个的细胞——小得只有在显微镜下才能看见的生命。科学家们已经知道：细胞也是十分复杂的，它由膜包住，膜的里面是大量具有某种精巧组织结构的有机物，它们与无机物的区别在于：无机物分子所含的原子数目较少，而有机物分子所含的原子数目比较多。科学家在研究有机化合物怎么由无机化合物形成的时候，实际上也就是在探讨小的、简单的分子是怎样形成大的、复杂的分子的。
到20世纪40年代，科学家们已经发现所有的细胞，不管是植物的、动物的，还是细菌的，毫无例外，都是由两种比其他物质更重要的物质构成，这两种物质就是蛋白质和核酸。蛋白质和核酸都是由非常大的分子形成的。蛋白质是由氨基酸组成的，大多数蛋白质只有20种不同的氨基酸，它们可以有许多不同的组合方式，每一种组合方式构成一种略有区别的分子。核酸分子是由更小的化合物——核苷酸组成的长链，每一个核苷酸都由几十个原子组成，其中包括碳、氢、氧和磷。每一个核苷酸分子由3部分组成：第一部分是由碳原子和氮原子构成的嘧啶或嘌呤，第二部分是核糖或脱氧核糖，第三部分是含有一个磷原子的磷酸盐基。
科学家在探索生命的起源中，开始研究由无机物变成氨基酸和核苷酸的途径。由于两者含有碳、氢、氧、氮元素，所以，必须寻找地球早期可能存在的元素。
与此同时，天文学家逐渐地得出了结论：宇宙间最普遍的原子是最简单的两种：氢和氦。一般地说，宇宙间所有元素中90％是氢，9％是氦，其他全部元素只占1％，而且，这些其他元素中，大部分又是碳、氮、氧、硫、磷、氖、氩、硅和铁。
氦原子不与别的任何原子结合，但氢原子却不同，它的存在量很大。因此，凡能与它化合的任何一种原子都会与氢化合。这样，1个碳原子与4个氢原子结合可以形成甲烷，1个氮原子与3个氢原子结合可以形成氨，1个硫原子与2个氢原子结合可以形成硫化氢，1个氧原子与2个氢原子结合可以形成水。这些含氢的化合物都是气体，或者是容易变成气体的液体，所以，它们都能在原始的大气中和海洋中找到。这种含有甲烷、氨、水和硫化氢的大气被称为I型大气。
1932年，科学家发现：在又大又冷的行星——木星上，主要大气是氢和氦，另外还含有大量的氨和甲烷，这为研究生命起源的假设条件提供了证据。由于地球的引力不会像木星那样大，所以，不能吸住非常小、非常轻的氦原子和氢原子，因此，科学家们推断：在很早以前，地球的大气层中主要包含着氨、甲烷、硫化氢和水蒸气，大部分的水用来构成海洋，海洋中的水溶解着硫化氢和氨，也少量溶解着甲烷。但是，氢和氦是构成原始大气的主要成分，而与生命息息相关的重要元素氧却十分稀少。
1929年，英国生物学家约翰·霍尔丹提出一种大胆的设想：氧并非从一开始就存在于地球大气层中。他认为植物在由无机物形成有机物时，总是要用掉二氧化碳，产生氧气，所以，他认为现在地球中大气层中的所有氧气都是植物作用而产生的。在有生命之前，大气层中以氮、二氧化碳和水蒸气为主，并有一个溶有大量二氧化碳的海洋，这种大气称为Ⅱ型大气。由于地球离太阳太近，大量的紫外线照射到地球的大气中，这些紫外线有很强的能量，足以使高层大气的水蒸气分子分解成氢和氧，氢飘出了大气层，而氧由于较重而留了下来。氧可以与甲烷中的碳原子和氢原子结合，形成二氧化碳和水，也可以与氨中的氢结合形成水，剩下的氮组成氮分子。由于越来越多的水被紫外线分解，大气中的甲烷和氨逐渐地全部转化成了氮和二氧化碳，直到游离的氧在光能的作用下，在15英里左右的高度上形成了能吸收太阳紫外线的臭氧，这样，紫外线被遮住，水分子不再分解，不等氧气真正充满大气时，整个反应过程就停止了，一直到植物出现并利用叶绿素开发能够穿过臭氧层的可见光能时，这一过程才重新开始，大气中才充满了氧气。
霍尔丹认为生命起源于Ⅰ型大气中，但是，俄国生物学家亚历山大·奥巴林却有不同的想法。1936年，奥巴林出版了《生命的起源》一书，他认为生命起源于第Ⅰ型大气。甲烷、氨、水和硫化氢都是各自包含3～5个原子的甲烷、氨、水和硫化氢小分子，其中有碳、氢、氮和硫原子，它们都可以结合成为更大的氨基酸分子。
哪一种意见正确呢?当时还无法证明。直到1950年，美国加利福尼亚大学的卡尔温，才开始动手进行这方面的试验。
1950年，他开始研究Ⅱ型大气的一个部分——二氧化碳和水蒸气。他有意不把氮放在一起研究，想看看到底能生成什么物质。
卡尔温也知道，在早期地球上，紫外线是最可能存在的能源，但是，他不喜欢这样做，他选中了某些总是在爆炸的原子中释放出来的能量。他认为地球上的放射性元素缓慢地分裂着，以至于这些原子每年都略有减少，那么，在数十亿年以前，地壳中的放射性元素一定要比现在多一倍以上，放射性的能量对于形成生命也许曾是很重要的。
于是，他用放射性原子爆炸放出的高速粒子去撞击气体混合物，然后，再测定这些混合物，发现除了二氧化碳和水以外，在溶液中还有一些非常简单的有机分子，比如甲醛和甲酸，这说明在原始地球条件下，分子可以由简单变得更复杂，而新形成的复杂分子由于比原来的分子的含氧量少，所以氧就会越来越多。