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这本《生命起源的七条线索》书值得一看

2018-6-16 15:35| 发布者: 书呆子| 查看: 250| 评论: 0

摘要:   在一般的理解中,作为进化产物的生命,其定义总是包含以下两项:繁衍,以及传递遗传信息。无法自我复制,无论如何都不能算生物;无法持有并在繁衍的过程中传递遗传信息,就无法产生变异,也就无法进化,也就不算 ...
  在一般的理解中,作为进化产物的生命,其定义总是包含以下两项:繁衍,以及传递遗传信息。无法自我复制,无论如何都不能算生物;无法持有并在繁衍的过程中传递遗传信息,就无法产生变异,也就无法进化,也就不算进化意义上的生物。以上大概可以算作当代进化生物学的公论。

然而,有蛋才有鸡,没有上一代的核酸,就无法编码下一代的蛋白质。反过来说,没有最初的蛋白质,也就无法将核酸里的信息翻译成更多样的蛋白质。如果我们选择相信进化论,那么这一切总该有个开始。

  但是,如果我们相信生物课本中所写的那样,在充满氨、甲烷等简单物质的太古浓汤中放电就能获得简单的有机物,然后再寄希望于这些有机物自我组合成复杂有机物如DNA和蛋白质,这种可能性几乎为零。作出这种估算并不困难——碰巧遇到一次自发合成高级有机物所需的实验次数说不定要超过宇宙中的原子数。
  这意味着,即使是最原始的单细胞生物,其分子结构也精细得令人叫绝。那么,简单物质最初究竟是如何合成高级有机物的呢?本书作者给出了一个比喻:精致的核酸—蛋白质构造犹如一座石拱桥,在这座石拱桥中,只有当最顶上一块石头卡住位置之后,整座桥才趋于稳固,因此绝难相信这座桥是天然形成的。如果严格按照自下而上的顺序一块一块石头往上垒,是垒不起这样一座轻巧的拱形的↓

  对于如何建起这座桥,本书作者给出的答案是:在建造这座桥的过程中必然有一个力曾经支撑着上面的石头,使整座桥不至于垮塌。在拱形建成之后,即使抽掉下面的石头,整座桥还是可以保持稳定。换言之,在十分完备的核酸—蛋白质稳定遗传结构形成之前,必然有一种额外的力量曾经促使它们联姻!


  现在让我们先回到文章最初的问题上,如何遗传一段信息?如果一个物体可以自我复制,那这个物体的组成方式构成了它传递的基本信息。一般来说,这些组成方式被记录在DNA或RNA中。但是不难看出,一段信息不一定只能由编码好的核酸链传输;物体「被复制」这一过程本身,信息就得到了传递,复制这一过程并不依赖有形的遗传信息的参与。这么说,地球上最初的遗传过程可能比我们之前想象的要简单!
  要向下一代传递一段信息,你甚至不需要DNA!举例讲,在如下这个二维空间里,每个方格周边都有8个方格,现在给定一种规则:
一个方格周边的8个方格如果有1/3/5/7个是亮的,那么在下一步中让这个方格亮

假设图样在第1步是这个样子↓

第2步就变成这个样子↓

第3步这个样子↓

第16步出现了奇妙的事件↓


  「6」是我们要传递的信息,在这个传递的过程中,它的繁衍只用到了规则,并没有用到任何一种遗传介质!在这个游戏中,只有原始图样与1/3/5/7的游戏规则是事前确定的。事实上,在这种方格游戏中,有多种规则支持特定图样的自我复制。那么,假设地球就是这样一个棋盘,基本物理定律是游戏的规则,图样代表原子的组成方式,再参考生命已经存在的事实,就有理由假设基本物理定律正是这样的一种特定的规则:在这一规则下存在可以自我复制的原子组合体,且这一过程并不需要什么遗传介质的参与!

  本书作者提出了:晶体正是这样一种具有自我复制能力的组合体。在原子层面,晶体的结构十分稳定。但在自然界各种实际条件的影响下,形成的晶体不总是完美的,总是带有一定的瑕疵。例如某种化合物在析出晶体时留下了固定图样的瑕疵,这种晶体就可能持续地按这种图样生长↓


  即使断开,各段晶体仍然会按照最初的形状生长,这无异于模拟了自我复制+传递遗传信息的过程。而且,这一过程中自然选择仍然可以发挥作用:晶体的瑕疵有无穷多种可能,一旦在太古浓汤的简单有机物中存在能与某种晶体互相催化的配对组合,那么这个组合中的晶体与这类有机物必将共同增殖。同理,高级有机物若与晶体形成类似的共生关系,自然选择无疑也会大大加快简单有机物向DNA和蛋白质等高级有机物积累的速度。

  所以,无数类晶体聚集的原始黏土,就是生命藉以发育的各类高级有机物的最初育所。在黏土这一环境中,各类高级有机物各自独立进化,同时保留协作的机会。核酸链具有可复制的特性,当它在蛋白质的协作下得到复制,当核酸—蛋白质的合作关系得到绑定,同时又得到了磷脂层的保护,这一崭新的细胞生命就可以摆脱晶体的束缚而自由增殖。在上面拱桥的例子中,晶体作为一种培养基,起到了垫脚石的作用。等到完美的拱桥搭成,垫脚石不再必要,旧的「生命」形态就被新的生命形态所替代!

  如果这一假说是真的,影响会是极为深远的。首先,具有可增殖与可遗传等特点、接受自然选择的晶体在这一假说中与碳基生命并无本质的区别,生命一词需要重新定义。其次,理查德·道金斯指出:既然晶体基的生命形态可以庇护并造就碳基的生命形态,那么一种硅基的生命形态能不能在碳基生命的设计和庇护下诞生,甚至在某一天利用它们的长处取代碳基生命?碳基生命相对于晶体基生命的长处在于变异的能力和多样性,硅基生命的长处毫无疑问在于今天计算机的一切优点。如果赋予它们变异的能力,它们会不会在将来的某一天取代我们?

  虽然这个设想太过科幻,也缺少细节,但这似乎构成了反对人工智能的最强理由。

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