马丁･汉兹克：生命与非生命的界线

有史以来 人们所认识的 生命体和非生命体之间 是有巨大差异的 比如说 这个美丽而复杂的晶体 和这个可爱而复杂的小猫之间的差异 在过去约一百五十年间 科学发现对 生命和非生命的界线逐渐模糊 现在我们认为二者之间存在 连续性物质 举个例子： 病毒是个自然系统，是吧？ 但它非常简单 它并不满足生命的所有条件 它不具备一个生命系统的 所有特征，而是一个 寄生于另一生命体 来繁殖和进化

但是今晚我将谈到的 是更接近非生命这一端的 实验 通过实验室内的化学实验 将非生命的物质混合 创造出新结构 这些新结构就很可能 具有生命的一些特征 我要说的就是 创造人造生命

那这些特征都是什么？ 我们来看 首先是具备形体 这是将自身与环境区别开的 必要条件 生命同时会新陈代谢 这是生命将从环境中获得的资源 转化为维持和发展自身的 基本构件的一个过程 生命还要遗传信息 比如人类将信息 储存于基因中的DNA 将其遗传给后代 二者结合－形体和新陈代谢－ 就能得到一个 可以运动和复制的系统 如果结合信息遗传 这个系统就更像生命 也许可以进化 这些就是我们在实验室的研究 通过一些实验来创造 这其中一个或更多的生命特征

我们是怎么做的呢？ 我们首先用一个模型系统来定义原始细胞 你也许觉得这会是种 原始形态的细胞 它是一个活细胞的简单化学模型 比如说你体内的一个细胞 由成千上万个不同的分子 组成起来 成为一个复杂系统 来生成我们赖以生存的东西 我们在实验室里进行的实验 基本就是此类工作 但只有几十个不同的分子－ 复杂度大大降低 但是仍然能产生类似生命的物质 我们开始的工作很简单 然后一步一步向生命体迈进 试想一下 勒杜克在一百年前说的话 是关于合成生物学的 “合成生命一旦出现 将不会像我们以为的那样 耸人听闻” 这是第一 如果我们真的在实验室创造出生命 可能对我们的生活没有任何影响

“如果我们认可进化论 那么合成生命的出现必然不外乎 无机和有机世界之间 产生的形态 或者是非生命 和生命世界之间的 只具备基本生命要素的物质形态” 那么我刚刚提到的一点 “其他的要素 在环境的演化进程中 慢慢加入” 所以从简单入手 首先我创造了 具备几个基本特征的结构 然后将其发展至 更接近生命的结构 这就是我们创造原始细胞的方法 我们应用的概念是自我集成 意思就是 在我实验室，我把几种化学物质放进试管 这些化学物质通过自我联结 形成越来越大的结构 于是成千上万的分子 经上万次联结 聚集并形成之前不存在的 更大结构 在这个具体例子里 我取了一些膜分子 置于适宜的环境里混合 几秒内就形成了 复杂而美丽的结构 这些膜无论是形态或结构 都跟你体内的膜分子 十分相似 我们可以用它 来形成原始细胞

类似的 可以用在水和油上 众所周知水油不容 但是通过自我集成 就可以形成油滴 并用此来形成 人造组织或者原始细胞 一会儿你们就能看到了 这只是形成一些形体 一些结构 那么生命系统的其他方面呢？ 这是我们的原始细胞的 模型 我们是从一种叫做蒙脱土的 天然粘土着手 这种粘土在环境中自然形成 它形成一种具有化学活性的表面 可以在其上进行新成代谢活动 有种分子易于这种粘土结合 比如 红的这部分 RNA 跟DNA相似 是一种信息分子 它会跟粘土的表面 结合 这个结构就能够在其周围 形成一种膜结构 就在周围形成 液体分子 这是显微照片上绿色部分 这样通过自我集成 在实验室里混合物质就得到了 一种能代谢的表面 携带有信息分子 存在于膜机体的内部

这样我们就越来越接近生命系统 但是你看到这个原始细胞 并不会以为它是真的活细胞 它实际上没有生命 形成以后并没有任何活动 因此有什么缺失了 有些部分缺少了 这部分就是 比如说有能量流入一个系统 我们需要的是 一个能采集能量 从而维持自身的原始细胞 就像生命系统一样 于是我们采用了一个不同的模型 这个比之前的更简单 这个模型里只是个油滴 但是其内的化学代谢 能让这个原始细胞利用能量 具有动态 就像这里看到的 把一个油滴加入系统 这是一滩水 这个原始细胞就开始在系统里运动 油滴是通过 自我集成形成的 内部的化学代谢令其能利用能量 让自己在环境中 动起来

正如我们所知 运动对生命系统是很重要的 它在运动着 探索着周围环境 通过形成的这些化学波 来改造环境 这样它就像一个生命系统一样运动 去维持自身 我们将同一个运动的原始细胞 放入另一个环境 运动起来 我对环境加入食物 就是这个蓝色的 我对环境加入食物 原始细胞运动着 碰上了食物 自身重组 然后到达食物的中心 并停留在那里 这样这个系统里 不仅具有机体，并且存在代谢 能消耗能量并运动 能感知周围环境 并找到环境里的 资源来维持自身

但它没有大脑 没有神经系统 只是一堆化学物质 具有类生命的有趣而复杂的行为 如果我们算一下系统里的化学物质 算上水 有五种化学物质 来做到这个 我们把这些原始细胞 放到一个单一环境里看看会怎样 依据不同的环境 左边的原始细胞 四处运动 并接触环境里的另一个结构 另外一边的两个原始细胞 他们围着对方转圈 好像绕着对方跳着一种复杂的舞 这样不仅是个体原始细胞 有行为特征 就是刚刚看到的在系统内的行为 同时像生物体一样 有群体行为 现在你们都是原始细胞专家 下面我们就用这些原始细胞来做个游戏 我们创造了两种原始细胞 A具有一种化学物质 一旦激活 这个原始细胞就开始四处跳动 记住这些是原始物质 所以跳动的原始细胞 是很有趣的（笑声）

第二种原始细胞有不同的化学物质 一旦激活 这些细胞就聚集到一起 然后形成一个大的细胞 我们把这两种原始细胞 放到一个系统里 这是A群体 这是B群体 然后激活系统 蓝色群体B 它们聚集一起 然后形成一个大的 其他的则在周围跳动 这样一直到 系统的能量耗尽 我将此实验重复了几次 有一次 发生了很有趣的现象 我把这些原始细胞加入系统 A原始细胞和B原始细胞 结合形成了AB细胞 这在之前都没发生过 现在系统里有原始细胞AB了 AB会转圈 B会结合

接下来有趣的现象发生了 看看这两个大的细胞 这两个合成细胞，结合了 就有了跳动的原始细胞 和自我复制的活动 （笑声） 仅仅是通过化学物质 这一切发生的机制是 一个有五种化学物质的简单系统 当它们结合的时候 形成新的形态 相比之前的更复杂 这样另一个类生命的 行为就出现了 这里是复制

既然我们能创造有趣的原始细胞 有趣的颜色和 有趣的行为 而且这不是很难 它们具备有趣的生命特征 也许这样原始细胞 能揭开地球生命起源的秘密 也许这代表着 简单易行的一步 当初地球生命开始的那第一步 当然早期地球肯定存在多种分子 但是它们肯定不象是 我实验室那些实验里的 纯化合物 他们可能是更复杂的 混合物 因为不受约制的化学反应 会创造出多种生物结构 就像是原始物的稀泥 很难分类区别这一堆东西 即使是用现代技术 产生物就像左边这个焦油一样棕色的 而纯化合物 则是右边用于对照的这样

这就像你从厨房取一些 纯糖 放在煎锅里 然后你点上火 糖的化学键就断开 形成棕色的焦糖 如果不加控制继续下去 就会继续破坏和形成新的化学键 形成更复杂的分子化合物 最后就是你煎锅里 黑乎乎的东西 很难洗掉 这就是生命最初的样子 要从45亿前地球上 这样的混沌里 产生生命 挑战就是 抛弃实验室里纯化合物 而是从那原始物的稀泥里 产生出类生命的原始细胞

我们就能看到 那些刚才见到的 油滴的自我集成 内部那些黑点 就代表着黑焦油 多样的 非常复杂的 有机黑焦油 我们将其放到你刚刚看到 那些实验之一 观察出现的活动 看起来非常有意思 同时也显示出 相互转圈相互跟随的 行为特征 就像我们刚刚看到的 强调一下只是在原始物质的条件下 不是纯化学物 这些焦油原始细胞 也能够在其环境里 定位资源 我从左边加入一些资源 扩散到整个系统中 你能看到它们很喜欢这个 它们变的非常有活力 能找到环境里的资源 就像我们刚刚看到的 但是这些是在模拟原始的情况下进行的 非常乱糟糟的环境 而不是无菌的实验室环境 就事实来说 他们是很脏的小小的原始细胞 但是重要的是他们具备生命特征

这些人造生命实验 帮助我们找到生命和非生命间的 潜在路径 不仅如此 这也扩展了我们对生命 和生命形式的认识 生命也许会和 地球上的生命形式大不相同 这让我想起另外一个词 “古怪的生命” 这是史蒂芬･本纳的提法 美国国家研究委员会在2007年 的报告中 引用了这个说法 这个报告旨在研究 如何在宇宙中发现其他生命 特别是和地球上的生命不一样的生命形式 如果我们去另一个星球 如果那儿有生命的话 我们怎么才知道那是生命呢？

他们得出了三个基本标准 都列在这儿了 第一是 系统不能是平衡的 这意味着系统 首先不能是死的 也就是要有 能量输入系统 从而生命可以利用并维持自身 这就像太阳照着地球 促进光合作用 和生态系统 没有太阳 就没有生命 第二 生命应该是液体形式 因为就算存在 有趣的结构或者分子 但如果他们完全是固体形态 那就不是适合生命的地方 第三 要能够断开 和结合化学键 这很重要 因为生命要能够将环境中的资源 转化为维持自身的基本单元

今天我给你们介绍了 奇怪的原始细胞－有些含有粘土 有些有原始物的稀泥 有些含的基本是油 而不是水 这些大部分不含DNA 但具备类生命的特征 但是这些原始细胞具有 生命系统的这几项基本条件 通过人造生命的实验 我们希望 对生命起源 和其他星球生命的存在与否 有更好的了解 也对宇宙里 可能存在的生命有更多认识 谢谢 （掌声）