生命起源之谜：自发细胞的自发过程 _之谜

【生命起源之谜：自发细胞的自发过程】

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加热引起的对流会在稀薄油膜上产生六边形的样式，展示了系统里是存在秩序和规则的。
美国太空网报道，地球上生命的起源一直是备受争议的问题。目前存在很多不同的理论描述生命最初是如何开始的，各种实验正在进行试图理解其中涉及的过程。例如，逆向工程方法可以用于剥离细胞直到剩下最简单的系统。然而，进化最终阻碍了我们对生命起源的理解，因为它冲走了最早生命形式的踪迹，使得追踪生命早期阶段变为不可能。这意味着经过逆向工程处理后留下的最简单系统可能仍过于复杂，无法与第一批生命形式相比拟。生命最初开始的非常简单：它不可能产生于复杂的多个分子结合。在此之前一定有一步先创造了这些分子本身。美国加州大学伯克利分校的泰伦斯·狄肯（Terrence Deacon）在近期的一次演讲中解释了这一步骤可能是如何发生的。细胞里的微管便是生命自我装配从而自发产生某种事物的例子。生命需要规则生命形成之前必须克服的一个棘手问题便是产生秩序。然而，这并不是听起来这么简单，因为物理学法则认为事物会自然落入无秩序状态。例如，一本放在书架边缘的书很可能会落下——从而产生混乱——但通过将它捡起来以创造秩序几乎是不可能的。秩序可以在局部创造，即使整个系统倾向于混乱，但通过系统加热可以重新组织秩序，例如当均匀加热稀薄油层形成贝纳德对流晶格时，就会创造一种规则的六边形样式。“如果你加热某事物后它变得规则化，那么它要做的就是尽快摆脱这种热，” 狄肯解释道。“如果你不持续向系统里输送热量，它就会自我关闭。事实上，自我组织的系统尽快毁坏保持组织秩序的一切条件。”生命只可能在秩序产生后才能形成，但它必须保证秩序不会降级且系统不会最终自我毁灭。无生源说作为生命的桥梁狄肯描述了一个名为“无生源说”的理论过程，后者具有创造、保存和重现秩序的能力——这是活的生物体的独特特征。这个过程主要是由两个亚过程组成：相互催化和自体组装。催化剂是某种加速化学反应的事物，而相互催化意味着两个以上的催化剂互相推动彼此的合成。有的能量会从最初的分子传递到下一个，这个传递过程持续进行直到打破另一个分子，再继续传递能量。“几乎活的细胞里所有化学过程都存在这种循环性。” 狄肯说道。著名的火星陨石ALH 84001包含一种“化石”，后者因其较小的体积而被排除了是生命的可能，然而，它很可能是自发细胞——生命的先驱。自发的自体组装的发生可能是因为有些分子能够轻易的以对称的方式结合在一起。这个过程可能发生在细胞里从而产生微管。“微管类似于细胞的骨骼，但它们也相当于细胞里的通道，分子可以由此通过。” 狄肯说道。自体组装和相互催化这两个过程相互促进，因为每个过程都产生了对方所需要的。相互催化产生了分子的局部浓度，但倘若没有其它物质限制它们，很快它们将分崩离析无法发生相互作用。然而，分子的局部浓度恰好是自体组装建造催化剂附近障碍所必需的。“保持这些相互独立的催化剂同时存在所需要的只是它们所产生的物质，结果便是容器里包含制造催化剂所需的物质。” 狄肯说道。如果催化剂所处的容器破碎，那么催化剂便会散落出来，然而，并非全部都丢失了，因为它们会自己创造另一个容器。如果催化剂在容器破裂后略微的散开，那么这个多重系统很可能被再创造，这意味着它们能够有效地“再造” 。催化剂可能形成足够多的分子以促使自体组装的发生，从而在催化剂附近建立障碍，避免它们消散分离。从传统意义上说，这种自发的“细胞”并不是活体细胞，因为它们缺少生命所必须的过程。即便如此，它的工作循环与活生物体的循环非常类似。它们具有创造秩序的能力，并且能够防止它降级，此外它们能够获得自我再造所需要的条件。狄肯强调称，我们在宇宙里寻找生命迹象时，我们必须停止思考地球上创造的生命以及所需的特定分子，相反，我们必须将注意力集中在创造生命所需要的大原则上。获得能量随着自发细胞反复分裂重组，它们有机会从环境里取样。如果其中一个细胞获得一种功能更好的催化剂，那么它将会产生更多这种催化剂，从而获得某种有限形式的进化。如果假设性分子类似于某种核苷酸，它们将可以从环境中获得能量——主要是通过获取额外的磷酸盐。这种额外的能量将加速系统的发展。然而，高能量的磷酸盐会阻碍该系统，因为它会导致系统完全分崩离析。通过组合这些能量分子形成高分子，储存能量才变为可能。地球与气体巨星木星的大小对比。气体巨星的帮助还存在一个巨大的问题，那便是自发过程不可能在类似生命起源以前的地球的行星上发生。因为生命所需的高分子会分解成水。然而，如果这一过程发生在气体巨星，例如木星上，那么高浓度的甲烷和氨将会产生氰化氢高分子，这些高分子只能在没有水的环境下产生，且具有与蛋白质一样的“支柱”，只不过拥有不同的侧链，它们被称为聚酰胺树脂。如果聚酰胺树脂在早期阶段到达地球，也即地球还处于被外太阳物质不断轰炸的阶段，它们将与水接触。然而，这些特殊的高分子可能不会立即分解。相反，它们将利用蛋白质的碳水化合物特征取代自己的侧链。通过这种方式，它们创造了部分意义上的蛋白质，这可能是早期地球基于蛋白质的无生源说开始的方式。此外，地球内部有磷、硫和铁，这些元素在其它星球上并不存在，这些金属元素加速了催化过程。狄肯坚定不移的相信整个太阳系都参与了生命的创造，而并非仅仅限于有水的类地行星。生命可能需要一个类似我们自身太阳系的系统开始，尽管自发过程可能发生在一个只有气体巨星的系统里。狄肯就ALH 84001火星陨石还提出了一个有趣的观点，这块陨石最初因似乎包含化石化的微生物而让科学家们兴奋不已。但这种可能性很快便被排除了，部分原因是因为它们的结构太小。然而这种大小和结构很可能为自发细胞所有，因此这块陨石为我们展示的可能是化石化的生命先驱。狄肯相信无生源说可能最先发生在火星，随后才是地球，只不过地球具有合适的长期条件使得生命逐渐发展起来。即使是生命起源的另一套理论，也即生命起始于“RNA世界”，但仍有证据表明没有了其它行星，地球上的生命可能也不会出现。史蒂芬·本纳（Stephen Benner）在8月召开的戈尔德施米特会议上提出了这个观点，也即史前地球的环境条件可能抑制了RNA的形成。而另一方面，火星则恰恰相反。虽然古代火星可能存在少数水，但这并不足以阻碍RNA的形成。同时，虽然早期地球可能氧气不足，但火星上却存在足够多的氧气从而创造氧化的钼和硼，后者是建造RNA的关键。与生命相比，自生的形式在宇宙的存在可能更加广泛，因为它们可以利用很多不同的材料进行自我建造。这是化学的一种类属型，它在整个宇宙里都大致类似，这暗示着过程可能比分子本身更重要。