« 技术变迁 | Main | 学习与游戏 »

May 18, 2005

生命起源

Stuart Kauffman:

谁说生命的起源是一个随机的结果了?也许还有另外的产生自我复制系统的途径,一种能够允许有生命的系统依靠自己的努力,从简单的化合反应逐步发展成为生命的方式。
好吧,现在来想象一下初始原汤的情形吧,里面有那些微小的氨基酸、糖类等物质。很明显,你不能指望它们会自己融合在一起,形成一个细胞。但你起码可以指望它们会产生一些随机的相互作用,事实上,很难想象有什么事情可以阻止它们这样相互作用。虽然随机作用不会产生任何奇妙的东西,但它们能够产生较大数量的具有短链和分叉的小分子。
  目前这个事实虽然并不能增大生命起源的可能性,但考夫曼想,假设,仅仅是假设,有一些飘浮在初始原汤中的小分子能够起到接触剂的作用,就像是极其微小的媒人。化学家常常能够发现这样的物质:一个接触剂分子在四处周游时粘上了其它两个分子,把它们撮合到一起,这样就使它们之间的相互作用和相互融合发展得更快一些。然后,接触剂又放开了这对新婚夫妻,转而把另外两个分子撮合到了一起,就这样一直发展下去。化学家也非常熟悉很多像刀斧手一样的接触剂分子,它们侧身挨上一个又一个的分子,然后把它们切割开。接触剂的这两种作用使它们成为现代化学工业的支柱。比如像汽油、塑料、染料、药品等,没有接触剂,所有这些产品几乎都不可能出现。
  考夫曼想,好吧,现在来想象一下在初始原汤中有一些A分子忙着催化另一个B分子的形成。既然第一个分子是随机形成的,它的接触与催化功能也许并不十分有效,然而它并不一定要十分高效。但即使是一个效能微弱的接触剂都能使B分子的形成要远比另外途径快得多。
  考夫曼想,现在,让我们假设分子B本身具有微弱的接触催化功能,这样它就能催化一些分子C的产生。假设分子C也可以起到接触催化作用,并依此类推下去。他推测,如果初始原汤的池塘够大的话,如果池塘里的各种分子多得足够开始发生相互作用的话,那么,在事情发展的某个阶段,也许完全可能产生出已经完成了整个圆圈,又开始去接触催化分子A的分子Z。但这样就有了更多的分子A,这意味着有了更多的接触催化剂,可供加强分子B的形成,而更多的分子B反过来又可供加强分子C的形成,这样没完没了地进行下去。
  换句话说,考夫曼认识到,如果初始原汤中的条件成熟的话,你就完全不用等待随机作用的结果了。初始原汤中的混合物会形成一个连贯的、自我强化的相互作用网。更进一步的是,这个网中的每一个分子能够接触和催化这个网中其他分子的形成,这样,较之网外的分子,网内所有的分子都会稳定地得到越来越大的发展。总之,从整体来看,这个网能够催化自我的形成。它会成为一个自动催化组
  当考夫曼认识到这一切时产生了一种敬畏感。在这里,秩序再一次出现了,这是自由存在的秩序。秩序自然地产生于物理学和化学的法则之中。秩序从分子的混沌之中自发地浮现出来,宣布自己是一个发展的系统。这个想法美妙得不可思议。
  但这就是生命吗?不。考夫曼不得不承认,这不是我们今天所了解的生命。一个自动催化组没有DNA、没有基因码、也没有细胞膜。事实上,除了一群飘浮在原始池塘中的分子之外,它并非真正独立地存在。如果当时地球大气圈之外有一个达尔文凑巧经过,他(或它)都很难察觉到有任何不同寻常的事情。任何一个特定的参与这个自动催化组的分子看上去与其它分子都没有什么不同。我们无法在任何一个自动催化组中发现事情的本质,事情的本质存在于这个自动催化组的整体动力上:它的集体行为。
  然而,考夫曼想,从更深一层的意义上来说,自动催化组也许是有生命的,它能够呈现出某种非常明显的生命特征。比如说,它能够发展。而且从原则上说,没有理由认为这样的自动催化组为什么不能是开放性的,能够随着时间的推移产生出越来越多的、变得日趋复杂的分子。这样的自动催化组甚至具有一种新陈代谢的功能:分子网络能够稳定地把飘浮在整个初始原汤中的氨基酸和其它形式的分子作为食品分子来供应,把它们粘合在一起,将这个自动催化组变成更加复杂的混合体。
  自动催化组甚至能够显示出原始的自我繁殖方式:如果一个自动催化组凑巧从一个小池塘溅洒到一个相邻的池塘,比方说是在一次洪水泛滥中,那么,溅入相邻池塘中的自动催化组会立即开始在新的环境中发展。当然,如果这个池塘内早有另外的自动催化组存在了,那么这两组就会为资源而展开竞争。考夫曼意识到,这样就直接给自然选择敞开了门户,由自然选择来扬弃和优化这些自动催化组。我们很容易想象出这样一个自然选择的过程。对环境变化更能适应,或拥有更有效的接触催化效果的,更善于产生相互作用的,或拥有更复杂、更精致分子的自动催化组通过自然选择被保留了下来。最后,事实上你可以想象得出来,扬弃的过程产生了DNA和其他所有的物质。关键在于先要形成一个能够存活和自我繁殖的实体。在这之后,进化就能够在相对较短的时间内完成自己的工作了。
  好吧,他承认这是假设,是在许多如果上再加上许多如果。但对考夫曼来说,这个自动催化组的故事与他所听到的最善辞令的生命起源的解释是背道而驰的。如果他的假设是真的话,那就意味着,生命的起源并不需要等待某种荒唐而不可能发生的事件来产生一组极其复杂的分子。这意味着,生命确实可能依靠自己的努力从非常简单的分子发育进入存在。这也意味着,生命并不是一个随机的偶然事件,而是大自然自我组织的、持续强制力的某种表现。

Posted by Xiao at May 18, 2005 02:48 PM


Comments

Thanks for signing in, . Now you can comment. (sign out)

(If you haven't left a comment here before, you may need to be approved by the site owner before your comment will appear. Until then, it won't appear on the entry. Thanks for waiting.)


Remember me?