生命的起源是科学尚未解开的大谜题之一。没有人知道生命到底是如何发生、在哪里发生、又是何时开始的。我们能确定的只有微生物大约在35亿年前开始在地球上立足。至于更早之前，由于缺乏可信的证据，可说是众说纷纭。
　　30年前，生物学界流行的看法是：生命的发生源自化学上的偶然。因为发生的可能性实在太小，在我们观察能力所及的宇宙范围中，不太可能发生第二次。这种保守的看法，可在诺贝尔奖得主、法国生物学家莫纳德于1970年发表的文章得到佐证：“人类至少明白，自己在无情而浩瀚的宇宙中是孤独的。人类的出现只是一种偶然。”然而近年来，这种看法却有极大的转变。1995年，知名的比利时生物化学家杜维认为，生命是“宇宙的必然”，并宣称生命在任何与地球相似的行星上“几乎一定会发生”。杜维的说法加强了天文生物学家的信念，认为宇宙里生机盎然。美国纽约大学的夏匹洛把这种理论命名为“生物决定论”，也就是说“生命就写在自然定律里”。
　　 科学家如何确认哪一种看法才是正确的？最直接的方法是到别的星球（例如我们最为熟悉的火星）寻找生命的证据。如果太阳系中的两个行星都以无中生有的方式诞生了生命，便能确立生物决定论。可惜的是，可能还要很长的时间，探索红色星球的太空任务才能进步到足以搜寻火星上的生命形式（如果它们真的存在），借此仔细研究地球以外的生命形式。
　　 不过，要测试生物决定论，比较简单的方法还是存在的。如果生命的确在地球的环境条件下就这么诞生了，或许在地球上生命的起源已经发生过许多次。为了探索这种引人入胜的可能性。科学家已经在沙漠、湖泊、洞穴中寻找各种异形生命，也就是拥有独立的起源，而与人类已知的所有生物有着根本差异的生物。研究者设计的测试，是要能辨认出可能就生活在你我身边的特异微生物。
　　 科学家对生命的严格定义还未达成共识。不过多数人同意生命有两个“注册商标”：代谢（从环境中取得营养物，把营养物转变为能量，并排出废物）以及繁殖。生命起源论的正统观点是，如果地球上的生命兴起不只发生过一次，其中一种形式会迅速取得优势，并消灭其他形式。举例来说，可能是因为其中一种形式很快地占据所有可用的資源，或是和较弱的生命形式“结盟”，把成功的基因完全占为己有。不过这种论述的证据却很薄弱，例如细菌与古生菌是两种形式截然不同的微生物，在30亿年前从共同祖先分家以来，就一直和平共存至今，谁也没有把谁消灭掉。另外，另类的生命形式不见得会与已知的生物直接竞争，因为这些异形生物可能居住在已知微生物无法生存的极端环境中，或是因为这两种形式的生命使用了不同的资源。
　　 真的有异形生物吗？
　　 即使另类的生命形式现在并不存在，还是有可能在因某种理由灭绝之前，繁盛于遥远的过去。在这种状况下，科学家仍然有很大的机会从地质记录里找到它们遗留的生物学痕迹。假设另类的生命形式拥有截然不同的代谢，可能会以已知生物活动所不能解释的方式，改变岩石或制造矿物质沉积。以独特有机分子形式形成的生物标记，而且是我们熟知的生命形式无法创造的有机分子，可能隐藏在古老的微生物化石中，形成的时间可以追溯到遥远的25亿年前。
　　 有一种更令人兴奋但也更异想天开的可能是，另类的生命形式至今仍然存在，而且就生活在我们的环境之中，形成一种“影子生物圈”。这个名词由科罗拉多大学波尔德分校的克莱兰与卡普里所创。这个想法乍看之下可能颇为矛盾：如果异形生物就在我们眼前（甚至眼皮上）大肆活跃，科学家岂不早该发现它们了？答案却是否定的。绝大多数的生物是微生物，单是从显微镜下观察，都几乎不可能区分出它们是什么东西。微生物学家必须分析遗传序列，才能决定一个生物在生命树中的位置。但是到目前为止，研究者也只对所有已发现微生物中的一小部分做过分类。
　　 可以确定的是，目前仔细研究过的生物，几乎都来自共同的祖先。已知生物有相似的生物化学，也使用几乎相同的遗传密码，所以生物学家可以分析它们的基因序列，然后将之安置在同一株生命树上。不过研究者用来分析新发现生物的程序，是刻意设计成侦测我们认知中的生命形式，这些技术无法正确地对另类的生物化学有反应。如果影子生物只存在于微生物领域，科学家看漏了它们，也是非常可能的。
　　 生态上与世隔绝的异形
　　 在今天的地球上，研究者该到哪儿寻找异形生物？有些科学家专心搜寻占据特殊生态区位的生物，但这些生态区位遗世孑立，一般所知的生物根本无法到达。近年来的发现则是，已知生物承受极端严酷环境的能力，实在令人惊讶。从滚烫的火山口到南极的干燥峡谷等极端的环境，都有微生物存在，其他极端微生物还可以生活在盐浓度饱和的湖泊、含金属的极酸矿坑污染物以及核子反应的废水池里。
　　 尽管如此，最强韧的微生物还是有其极限。就我们所知的生物而言，液态水是绝不可少的。智利北部的亚他加马沙漠就因为极为干燥，完全没有生命形式的迹象。再者，虽然有些微生物可以在水沸点之上的温度中繁殖，但目前为止，科学家还没发现任何东西可以在130°C以上的环境中存活。
　　 然而，可想象的是，另类的生命形式可能在更极端干燥或温度条件下存活。所以，在生态上隔绝的地区，科学家或许能借由生物活动的线索，例如在地面与大气之间的碳循环中，找到另类生命形式的证据。要寻找这种隔绝的生态系，最可能的地方是地壳深处、大气上层、南极、盐矿以及金属和其他污染物的堆积处。另外，研究者可以在实验室中控制不同的条件（如温度或湿度），直到所有已知的生命形式死绝;如果某种生物反应还留存着，那就有可能是影子生命存在的征兆。科学家已经用这种技术发现了可承受辐射的抗辐射奇异球菌。这种细菌所能承受γ射线的剂量，是人类致死剂量的1000倍。不过，抗辐射奇异球菌和所有已经鉴定出来的所谓嗜辐射生物，在遗传上都与已知生命有关联，所以它们并不是异形的候选者。不过，这并不排除以此种方法找到另类生命形式的可能性。
　　 研究者已经整理出好些生态系，看起来应该与生物圈的其他部分完全隔离。在地底深处的微生物，无法接触到光、氧气以及其他生物的有机产物。它们赖以维生的方法，是某些微生物能利用化学作用或辐射活动所释放的二氧化碳或氢气，来行使代谢、生长与繁殖等活动。虽然到目前为止发现的微生物与地表微生物的关系都很接近，但对地下深处生物的探险仍处于初步阶段，可能还有更多惊奇有待发掘。“国际整合海洋钻探”计划已经从海床底下将近l千米的深度采得岩石样本，陆地钻孔也从更深的地层发现生物活动的讯息。不过到目前为止，研究组织还没有进行有系统且大规模的计划，来探测地下深处是否有生命存在。