馬丁•漢傑克：生命與非生命的界線

在過去， 有一個很大的鴻溝界於人, 認為非生命系統的這一邊 和生命系統的另外一邊。 我們從這個美麗 且複雜的非生命晶體，然後到 另一邊美麗且複雜的貓。 過去的一百五十年左右, 科學家模糊了這樣 在於非生命與生命系統之間的界限, 現在我們認為有一種 在於這二者之間的連續變化。 我們先來看看這個例子: 一個病毒是一個自然系統，對嗎？ 但是它非常簡單，它太過簡單了。 它無法完全滿足所有的需求。 它沒有生命系統的 所有特質，而事實上它是寄生 在其他生命系統上來 繁殖和演化。

但是我們今晚將要在這裡 討論的是在非生命這部份 所作的實驗，實際上 在實驗室裡所做的化學實驗 混合了非生命的成分 產生了新的結構，而且這些 新的結構也許有些 生命系統的特性。 我在這裡所要說的是 試著創造一種新的人造生命。

那麼在我剛剛所談到的 有什麼特性呢？它們是如下： 我們首先認為生命是有一個身體。 現在有必要把個體從環境中 區分出來。 生命會新陳代謝，現在這是一個 生命轉換的過程，從環境中 的元素到構成要素, 它可以維護並建造本身。 生命有繼承的資訊。 我們人類現在，在基因裡的DNA 儲存資訊，然後傳遞 這些訊息給我們的子孫。 假如我們連結這二個--身體及代謝-- 我們可以得到一個可以移動 且複製的系統，假如我們 連結這些來繼承資訊, 我們可以得到一個系統，那是 更像是生命的，也許可以進化。 這是我們將要試著 在實驗室裡做的，做出一些實驗可 有一個或多個特性的生命。

我們如何辦到呢？我們使用 一個模型系統，我們稱之為原生細胞。 你可以想像這個東西像是一個 原始的細胞，他是一個活細胞的 簡單化學模型，你可以把他看成 一個細胞，在你的身體裡也許有 不同類型的百萬個 分子需要組成在一塊, 組成一個複雜的網絡 來產生我們賴以維生的東西。 在實驗室裡，我們要做的 就是像這樣，但是十種 不同分子的順序-- 在複雜度上是大幅減少，但仍 要產生像是真的生命型態。 所以我們這樣做，我們開始 用自己的方式產生生命系統。 考慮一下這句在 一百多年前的話，勒度克認為 合成生物學: 「生命的組成，應該是不斷發生, 不會有令人興奮的事情被發現, 因我們已認為是這樣 。」 這是他第一個聲明，如果我們真的 在實驗室裡創造了生命, 也許也不會對我們的生命造成衝擊。

「假如我們接受進化論， 合成生命的曙光一定 在生產過程中, 從無機到有機體 的世界，或是從非生命 到生命世界，產生 只有生命的一些基本特性」 所以，這個是我剛提到的 「會慢慢的增加其他特性 在這個發展過程 與環境互動的演化」。 所以我們開始製做一些簡單的結構, 一些有生命的特性， 而且我們試著發展 令到可以更像是生命。 這是我們開始製做一個原生細胞的方法。 我們用一個叫做自我組合的觀點。 意思是說，我可以在我的實驗室 結合一些化學物質, 這些化學物質會開始自我聯合 變成大一點的結構。 依此順序，從幾萬到 幾十萬的分子會 組合在一起形成一個從未 存在過的大型結構。 在這個例子中, 我將一些膜分子 混合在這個環境中, 在短時間內，它就形成了 複雜且漂亮的結構。 在形態和功能上 這些膜相當類似 你身體裡的膜, 我們可以使用這些 來形成原生細胞的主體。

就像 我們可以在油和水的系統中作業。 你知道，當你把油和水放在一起, 他們不會混合，但經過組裝 我們可以得到一個油滴液, 我們可以用這個當一個主體 做為人工有機體或是原生細胞, 你等一下會看到。 這是剛成型的身體，對嗎？ 一些架構。 在生命系統的其他方面會是如何？ 所以我們想出了原生細胞的模型, 我現在顯示出來。 我們開始用天然的粘土 叫做蒙脫石。 存在於天然的環境中，這種粘土 會形成一個表面，這是化學活性。 它會執行代謝程序。 這個粘土喜歡與某種 分子相連，舉例來說，像紅色的 RNA-- 這是相對的 DNA, 這是帶有訊息的分子-- 它開始是單獨的，然後與其他 粘土表面相連。 這個結構，可以組成 一個膜邊來圍繞著 自身，可以變為液態 分子的主體圍繞自己，這個 綠色的是顯微照片。 剛剛透過自行組裝，在實驗室裡 混合在一起，我們可以說 一個代謝的表面與一些 訊息分子在這個 膜的主體裡面，對嗎？

所以我們已走向生命系統的路上。 但假如你看到這個原生細胞，你不會 和其他的真實生命混淆。 它真的是沒有生命，它一旦成形, 便沒有辦法做任何事。 所以，一定是有東西漏掉了。 有一些東西是漏掉了。 一些漏掉的東西是, 舉例來說，如果你有一道能量 貫穿一個系統，我們想要 一個原生細胞可以獲得 一些能量來維持自身, 就像生命系統所做的一樣。 我們想出了一個不一樣的原生細胞 模型，這個比先前一個更簡單。 在這個原生細胞模型中，這只是一個油滴, 但有個化學代謝在裡頭, 可以讓原生細胞可以使用能源 來做一些事情，變成動態的, 像我們看到。 你在這個系統加入這個油滴。 這是個水池，這個原生細胞 在這個系統開始自己移動起來。 OK ? 油滴形成 透過自我組合，有一個化學 代謝在這裡頭，它可以使用能量, 它用這些能量讓自己 在這個環境裡移動。

先前我們聽過，動作在這類 的生命系統中是非常重要的。 它到處移動，探索這個環境, 且重新塑造它的環境，如你所看到的, 原生細胞所產生的這些化學波。 它在動，某種意義，像是一個生命系統 試著維護本身。 我們帶了一樣會動的原生細胞, 放在另一個實驗裡, 讓它動。然後我 加入一些食物在系統裡面, 你看到這個藍色的，對不對？ 我加入一些食物在這個系統裡。 原生細胞移動了，它遇到了食物。 它重新調整了自己，然後 爬上系統中濃度最高 的食物，然後停留在那裡。 對嗎？我們不只有一個系統 像一個身體，它還有代謝, 它可以使用能量來移動。 它會感測到周圍的環境 並在其中找到 資源來維生。

現在，它還沒有大腦，它沒有 神經系統，這只是一群 化學品的集合，有這些有趣 且像生命的複雜行為。 假如我們算一下這系統內 的化學物，包含了在盤子裡 的水，我們有5 個化學物質 可以完成這個。 接著, 我們將這些原生細胞放在 一個獨立的實驗中，觀察它們所做的, 依照這些條件，我們有 一些原生細胞在左邊 往來移動著，像是要去碰這個 環境下的其他結構。 另一邊我們有二個移動的, 各自成圈圈的原生細胞, 它們開始一種舞蹈，互相做複雜的舞蹈。 對嗎？不只是單獨的原生細胞 有行為，我們的解釋是 這個系統中的行為，我們有 一個基本的人口水平行為, 類似生物所擁有的。 現在你們已是原生細胞的專家, 我們要和這些原生細胞玩個遊戲。 我們要做兩種不一樣的類型。 原生細胞 A 有一種化學成分在 裡面，當活躍時，這個原生細胞 會開始在周圍動來動去，像在跳舞。 所以請記住，這些是原始的舉動, 這些跳舞的原生細胞，它們對 我們是非常的有趣。 ( 笑聲 )

第二個原生細胞有一個不一樣的 化學成份在裡頭，當活躍時 原生細胞會融合在一起 變成一大個，對嗎？ 我們把這兩個放在 同一個系統裡。 這是人口A, 這是人口B, 我們啟動這個系統, 原生細胞Bs , 它們是藍色的, 全部組合成一塊。融合在一起 形成一個大的滴夜，而其他的原生細胞 在周圍跳舞。這發生在 這個系統中，直到這些能源 被用完為止，然後，遊戲結束。 當我重覆這個實驗 很多次後，有一次 有趣的事發生了。 我將這些原生細胞放在 這個系統裡，原生細胞 A 和 原生細胞 B 融合成一個混合的原生細胞 AB。 這在以前從未發生，現在發生了。 現在有了原生細胞 AB 在這個系統內。 當原生細胞B 要做融合時, 原生細胞 AB 喜歡到處跳舞，OK?

但是更有趣的事情發生了。 看一下這兩個大的原生細胞, 這個混合的，融合在一起。 現在我們有一個跳舞的原生細胞 和一個自我分裂的事件，對嗎。 ( 笑聲 ) 就是和化學點滴 這個方法可行，你有 一個簡單的系統，內有5個化學物質, 一個簡單的系統，當它們混合時, 你就創造出與原先不一樣的東西, 較之前的複雜得多, 你也得到另一種類似生命 行為的東西, 在這個情況下複製。

既然我們可以製作我們感到 有趣的原生細胞，那麼有趣的顏色和 有趣的行為，它們都可以很容易 的製造出，而且它們擁有像生命行為 的有趣特性，也許這些原生細胞可以 告訴我們在有關地球上生命 的起源，也許這展示一個 較容易的一個步驟，第一步邁向 地球的生命是如何開始的。 肯定的是，這些是早期在地球上 存在的分子，但是它們沒有像 這些純化合物，這些我們在實驗室 所做出來的，剛給各位看的實驗。 而它們是真正複雜的 各類混合物，因為 無法控制的化學反應產生 不同的有機化合物的混合物。 想像它是一個原始軟泥，好嗎？ 這是一個池塘，太難以充分表現, 即使用現代的方法, 這個看起來棕色，像是焦油 在左邊。一個純化合物 在右邊，做個對比。

這個情形就好像當你 在廚房使用純糖晶體, 你放在鍋子裡，然後給他們能量。 你把他們加熱，你開始製造 或斷掉糖裡的化學鍵, 形成了褐色的焦糖，對嗎？ 假如你管制的放任它們，你會 繼續製造和斷掉化學鍵, 形成多樣化的混合物 分子，最後形成這種黑色的 柏油樣的東西在鍋底，對嗎？這是 非常難以清洗的，這也許是 生命開始時所呈現的樣子。 4億，4億5千萬年前, 在早期的地球, 你需要從 這樣的垃圾中淬取出生命。 所以，這個挑戰是, 要把你在實驗室裡的純化合物丟開, 試著從這種原始軟泥，製造出 類似生命特性的原生細胞。

我們可以看到這些油滴 再次的自我組合, 像先前所看到的, 其中這個黑色的 代表這種黑色焦油，這個多元 複雜的有機黑色焦油。 我們將它放入其中的一個 實驗中，像之前看到的，然後 我們看到它活潑的移動它 它們看起來很好，非常好的運動, 它們也呈現出某種行為, 他們互相繞圈圈, 而且跟著其他的繞 和我們前面看到的很像，但是 這是在原始的條件下, 不是純化合物。 這是焦油原生細胞，也是 可以在它們的環境 中找到資源。 我想從左邊加入一些資源 擴散到這個系統裡, 你可以看到，它們非常喜歡。 它們變得有活力，而且 能夠在這個環境中找到資源, 像我們之前所看到的那樣。 但是，它們是在原始的條件下, 真正很差的環境下, 不是在那種無菌的實驗室裡。 它們是事實上是骯髒的 小原生細胞。 (笑聲) 但重點是，它們有生命類的特性。

所以，做這些人工生命的實驗 幫助我們定義介於生命與 非生命的一條路, 不只是這樣，它還幫助我們 開拓我們對生命的視野, 還有外太空生命 的可能性 -- 生命也許和我們在 地球上發現的生命很不一樣。 這引發了我下一期 「奇特的生命」。 這一期由史帝夫班納主導。 這是在 2007 年的報告, 美國國家研究 理事會被引用， 他們試著了解，為什麼我們 可以在太空中尋找生命, 尤其是對地球而言是非常不同的 生命型態。假如我們去我們認為在那裡 或許有生命的不同星球, 我們是如何判定它是有生命的呢?

他們想出三種判定的標準, 這是他們列出來的。 第一，這個系統必須是 非平衡的。 意思是 事實上，不是已死掉。 基本上，意思是它是有 一個能量，輸入到這個系統, 這個生命可以使用且被利用來維持自身。 這就好像是有個太陽在地球 上照亮，來行使光合作用 驅動生態系統。 沒有太陽，就沒有 生命在這個星球上。 第二，生命需是液態狀的, 這個表示假如我們有 一些有趣的結構，有趣的分子 結合在一起，但它們是凍成固態的, 這不是一個適合生命的地方。 第三，我們需要可以製造 和切斷化學鍵。而且 這是非常重要的，因為生命 從環境中的資源轉換到 建構的機體，以至它可以維持下去。

現在，我所說的這個非常奇特 且怪異的原生細胞，有一些包含了粘土, 有一些當中有原始的軟泥, 在它們裡面有一些有基本的油, 而不是水。 它們大部分都沒有 DNA, 但是它們有類似生命的特性。 這些原生細胞符合 這些生命系統的一般要素。 藉著製造這些化學，人工的 生命經驗，我們希望不只是 了解關於生命起源的 基本原理和這個星球 上的生命，同時 生命也可能離開這裡 去到宇宙，謝謝。 (掌聲)