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来源Origins Of Life: Constraint, Emergent Functions And Natural Selection
译者reader666666

生命的起源：约束，自然发生的功能和自然选择

斯图考夫曼的"当代生命起源的研究"为我们提供了一个总结。在随后的评论意见里，特德帕夫利茨基提出了以下问题：

在沃森和克里克之前，人们假设有一种力量（“活力”“气”，“灵魂”，“生命力”），提供了生命的动力。把生命理解为化学过程, 是否消除了对这种神奇力量的需要呢？既然“生命”与“非生命”在化学上没有本质的区别（唯一的区别是复杂性)，如果它没有提供什么额外的帮助，为什么人们长期以来，还是舍不得放弃这个神秘的概念？

我正在为非科学专业的学生讲授进化过程。像往常一样，我的想法受到特里-迪肯深刻的影响，关于这一专题，他在这里发布了许多文章(相关文件免费下载可以在这里找到); 在其著作"心思来自物质：生命自然发生的动力学"里，对此有更全面地阐述。他的许多思想来源于斯图考夫曼的关于生命自然发生的开创性工作。

以下是我讲给学生的故事，这里我利用了两个概念：约束和自然发生。

我们开始于原子。每个原子有一个独特的带正电荷的原子核和一些带负电荷的电子（回忆一下因素周期表）。原子们互相碰撞反弹。但在一定条件下，某些原子们会互相作用，捆绑在一起，形成电子(联结)键。

有时键自发形成，如氢离子H+H，但键的形成，往往需要作功/能量的输入。由此产生的实体被称为分子，产生分子的学问叫化学。是否有形成化学键的条件，由热力学定律决定。

我们故事里的分子有两个特性：1）其电子轨道的位置是由键的形成制约的，使他们的整体电荷分布显得不对称；以及， 2）其原子核的位置也受到限制，从而使每个分子有一个独特的形状。总体上可以说热力学限制了这些特性。

分子也可以只是互相碰撞反弹，但在某些情况下，他们通过正负电荷或凸凹形状相互作用。这些关系对原子核的位置，又添加了额外的限制，从而使分子的形状变得更复杂。这些分子之间，可以继续通过正负电荷或凸凹形状相互作用，产生新的形状更复杂的分子团。总体来说，它们的特性可以说是来自(拓扑)形态动力学的约束。

冰就是一个我们熟悉的约束系统的例子。受到热力学的限制，它的每一个水分子都变成了V形配置结构的偶极子。然后他们通过形态动力学的约束相互作用，形成一个晶体点阵。

现在，我们可以推出第二个概念：自然发生。水分子在冰晶里的排列留下许多小空隙，而在液体水里，从统计学意义上讲，水分子们紧密地一个挨着一个，没有空隙。因此，冰的密度小于水的密度，所以冰能浮在水上。生成冰的约束条件也自然产生了一个新的性质，即浮力。浮力不是单个水分子的性质。浮力这个新性质只有当水分子们在低温下卷入到形态动力学关系中以后， 才会产生，或出现，或突然蹦出来。

非生命物质，由于热力学和形态动力学约束，得到的自然发生的性质是丰富多彩的：矿物的硬度，金属的延展性， 以及液体表面的张力。要从非生命物质里头，弄出点原始的生命来，我们需要再添加一件事：功能，即受自然选择的功能。故事讲到这里，我经常会放一些幻灯片，显示一群称为"自我细胞"的假设的原始生命实体们所取得的各种功能。

如果你喜欢视觉效果的话，可以看迪肯的免费下载书里的漂亮的"自我细胞"的卡通图。但是让我们试试看只用语言，我能领你走多远。

任何生命形式的关键特征是，它是一个"自我"，一个我在以前的博客里介绍过的概念。一个"自我"要进行自我维护保养。自我保养活动是由功能行为来完成的。例如，获得能源的能力，产生分子催化化学反应的能力，以及为自己造一个"胶囊"以阻止分子产物向周围散失的能力。然后通过自然选择，对这些功能进行评估：如果他们能够成功地保持自我，那么那个"自我"就能继续存在，如果他们不能保持住"自我"，那么，那个"自我"就烟消云散了。适者生存是也。

至关重要的是，功能是自然发生的。例如，当个别分子单位，在形态动力学约束的相互作用下，通过分子自组装，进入一个胶囊，这个自然发生的属性称为"自我控制"。当个别酶的单位，像斯图介绍的那样，在形态动力学的约束下，进入"自我回归"的循环，这个自然发生的属性，称为"自我催化"。当一个胶囊显示出，能够在短时间里进行自我拆卸，然后重新组合，使其需要的基础物质能够进入"自身"，这个自然发生的属性/功能，叫"能源采集"。一个胶囊先自我拆卸，然后围绕着两个独立的自催化体重新进行组合，这种自然发生的功能，叫"自我复制功能"。

"自我细胞"可以经由遇到和获得新的基础物质而进化，发展出新的功能与形状。但从原始生命到真正意义上的生命的重要一步是发明了一套自我生成所需要的，可复制的指令，就像DNA分子那样的单独的分子。此举通过变异指令，而不是等待基础物质里出现新东西，让新变化得以发生。编码是一个伟大的想法，一旦实现，生物进化就能够真正起飞。但它是一个附加项。在迪肯的模型里，生命起源事件的核心，是遇到一个像"自我细胞"那样的，能够在其本身的环境里自我维持的东西。这种事，千载难逢，可遇不可求，发生的概率肯定很小。但是，自然有几乎无穷的时间。

因此，我们现在可以重新回到特德的问题。生命与非生命不同，是因为它产生自我。它具有某种远程动态约束的，有某种目的分子安排。 它有一个目的，指向某个目标，如果得以实现，那个"自我"就能作出关键的自然选择。雪花和自我细胞两者的出现
都是因为热力学和形态动力学约束的后果，但雪花是无法自我维持的，没有最终目的，不是“为了”什么东西。他们的自然发生的模式是温度，气压，湿度，以及下降速度的消极的后果。“生命冲动”，“生命力量”的出现是与功能的出现相重合的。非生命体和生命体的基本化学是相同的，但是功能的出现和选择，造成了根本性质的改变。

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