为了了解生命的起源，科学家正从化学模式转向计算机。在这过程中，他们已开始理解活着所包含的意义。

对于地球的存在来说，细菌有其自身的独特地位。动物、植物及其他多细胞的后来者只是在最近的数千万年里才出现，而细菌在35亿年前就已生活在这个世界上。地球的年龄仅为45亿年，地面变得适于生命生存到被生命所占据这段时间至多只有数千万年。除非细菌是来自地球之外（这虽然可能性不大，但却是有可能的），否则，制造细菌似乎并不困难。

人们对细菌已有许多了解；目前科学家按常规设计出新型的细菌。然而，没有人会预先知道这些细菌是如何发生的。对于生物学家来说，生命起源仍然是一个谜这主要是因为生命的本质也是一个谜。在19世纪的大部分时间里，生物学家先在组织中然后在活体细胞里寻找生命的一席之地，但一直没有找到。化学家提出某些分子——即那些由碳链构成的“有机”分子——对于生物来说天生就是独一无二的，尽管他们很快就懂得如何去合成它们。生物学家遇上了化学家并一起创立了生物化学——随后，在某些物理学家的帮助下，又创立了分子生物学。

目前对生命机制的了解已极其详尽——病毒可以一个一个原子地成像。研究的幼苗正逐渐长成伟岸的橡树，播下种子又繁殖新的大树，但却缺乏一种森林的整体观点。生物学一直满足于观察生命运动的方式，而通常不问生命的实际含义。当研究对象没有争议时，这点是不成问题的，但它们一般都存在着争议。几乎所有的生物学家都在研究那些明显的或早已生存着的东西。可是，少数研究生命起源的人却面临着纯理论形式的问题。要了解开端，你就必须知道所开始的是什么。

最早着手进行系统研究的其中一人是斯坦利 · 米勒（Stanley Miller）0在50年代，米勒博士利用简单的气体如甲烷和氨气（这些气体可能构成早期地球的大气），并用电火花模仿闪电来处理这些气体。他得到了一种褐色的淤渣：虽然不讨人喜欢，却并非无趣。这种淤渣包含氨基酸——构成蛋白质的简单化学物质。米勒发现了原始“生命之汤”的成分，生命被认为从那里兴起。

参照米勒的例子，其他人已调制出可产生更深一层生命成分的“生命之汤”：糖、构筑DNA的脂肪酸以及或多或少构成细菌所需的其他各种物质。而即使早期地球的条件并非米勒博士所假设的那样，天文学家已指出“原始生命之汤”其成分可能来自其他地方。碳质球粒状陨石——即被认为是赖以形成太阳系的那些密集尘埃的陨星——已被发现含有许多这些简单的有机化学物质。

也许，这是一个良好的开端。但从淤渣到细胞是—个很大的发展。与变形虫或人体细胞相比，尽管细菌是简单的，但它仍是一种颇为复杂的东西。现在，把一串化学物质转变成细菌只有一种成功的方法——即把它们用于培育另一种细菌。而那并非起源。

生命并不像我们知道的那样

细菌是伟大的生命链条中看得见的最早一环。目前生活着的所有东西都从它们而来。但它们并非最早的一环——而只是最古老的活下来的一环。研究起源的人面临的挑战并不是去从头开始制造细菌，而是去重建若干个看不见的更早环节：这些阶段在时间上可能曾是绝妙的想法，但都已被推翻了。

无需对这个问题进行推测。最初的生命可能是简单的能自我复制的蛋白质，也可能是核酸——可是，大概不是最负盛名的DNA。它们可能以积水坑里的化学反应为起点。又或者，生命可能在自我复制的粘土矿物质中诞生，然后，今天的有机化学物质就渗入到粘土的裂缝中，最终接管了其机制。这就是苏格兰化学家格雷厄姆 · 凯恩斯 - 史密斯（Graham Cairns-Smith）所钟爱的理论。慕尼黑的专利律师冈特 · 瓦克特斯豪泽尔（Günter W?chterh?user）曾指出硫铁矿的作用。这些都是相当吸引人的想法，但它们并不是这个基本问题的答案。最先，地球上没有任何生命，接着才出现了某种尽管是异乎寻常的生命。当生命降临到一个系统时，究竟有什么变化发生？

今天，有生命与无生命的区别相当清楚。大多数人都能说出岩石和雏菊的区别。生物学家可以弄清一整套生命特有的生化特征——但他们无法分清哪些是必要的，如果有这种必要的话；哪些仅是随机的，反映出共同的祖先、各类生物之源的细菌的奇特生化特征。对生命的定义必须比对地球上的生命具有的生化特征的描述要更加一般化。

对于粗略的生物学家来说，粗略的定义已足够，那就是生命是生物的活动的表现。学生们学过（或应该学过）生物表现出七种特征：即排泄、生长、应激性、运动、营养、生殖以及呼吸。有些生物可能会缺少一到二种特征——如骡不能繁殖（尽管繁殖它们的品系是可繁殖的）；而植物的运动则罕见。

非生物也可能表现出若干种这些特征。如晶体可以生长乃至增殖，但其应激性并不太显著。病毒则耍了个花招，它们未必会表现出这七种特征的任一种，但却可以让其他生物来繁殖它们。有些人提出，生态系统的本身也是有生命的，而并非仅是各部分的总合。但鉴于要用这七种基本特征来描述生命，若定义不作太大的引申，则它们无法把握住生命的本质，如果生命存在着本质的话。

有可能生命只是某种缺乏鲜明界限的东西。今天，岩石还是岩石，雏菊还是雏菊。但生命与非生命之间却未必有明显的区别。仅是因许多中间环节早已消失殆尽，才可能出现今天的某种区别。

生命是通过缓慢的进程抑或是突然的加速运动而诞生，这个问题并非仅是那些对40亿年前的生命感兴趣的人所面临的问题。如果在细菌之前在某地有过一些有生命但却是以不同的化学反应为基础的东西，又如果在某种意义上存在着一些部分有生命的东西，那么，今天就有可能创造出新型的生命或准生命——而不是像生物技术所做的那样，仅是去改变现有的类型。

其他类型的生命是什么样子的呢？科幻作家通常推测生命以硅为基础而不是以碳，这是一种建立在基础化学之上的奇想；像碳原子一样，每个硅原子也可以与其他4个原子结合，它们可以形成长链、环状结构或类似的结构，从而构成复杂的分子，但可惜的是，以硅为基础的生命是不可能的，至少在今天的地球上不可能。引人入胜的硅化合物不稳定，特别是遇水时。稳定的硅化合物则成了岩石。那未必就意味着在宇宙的其他地方——或在地球初期的粘土中——硅不可以支撑某种类型的生命。而另一类硅生命，即独立于普通化学之外的生命，今天可能大行其道。

若干年来，人们一直在计算机中央处理器的硅世界里摆弄着“人工生命”。这些生命形式是可以摹仿——有人更愿说是体现——某些或全部生命特征的计算机程序。人工生命在两方面大有用处。它可以用于探索赋予生物体生命的内在过程；它还能帮助科学家研究复制与竞争的过程一一以及它们那随而来的、必然的进化。

所形成的是什么？

来自这些计算机研究的一种看法是，生命与非生命之间也许有着明显的区别。描述这种突然加速过程的行话是“逆灾变”（anastrophe）。逆灾变（这个术语由瑞典化学家赫里克 · 巴尔切夫斯基创造）是灾变的相反过程，是由分离的成分形成紧凑的、相互联系的整体的过程。如果紧靠在铁轨后的10吨扭弯了的金属突然伸直，那将是一种逆灾变。逆灾变的大师是圣菲研究所的斯图尔特 · 考夫曼（Stuart Kauffman），该研究所致力于研究从免疫系统到世界经济的一系列复杂系统。

考夫曼博士的出发点是，不管生物体是其他的什么东西，显然它们都是化学途径的复杂网络——即一系列的化学反应，在这些反应中，一种反应的产物成了另一种反应的起点。生命是一套动态的化学过程，当这些过程停止时，生命也就停止，而曾经构成机体的化学物质则还原成令人想到米勒博士的实验所发现的那种淤渣。要保持这些过程不停地进行，机体就要有大量辅助反应而本身不会在反应过程中消失掉的、起催化作用的化学物质。一种途径产生的催化剂将有助于另一种途径，而它通过大量迂回的生化过程最终又会支援第一种途径。

不用探究所涉及的特定化学过程，考夫曼博士就建立起“理想化”的化学网络模型，在这些化学网络中，在催化剂的控制下，各种物质共同起反应，并产生出在以后的反应中本身可作为反应物或催化剂的产物。考夫曼博士把这比作地板上四散的钮扣（代表化学物质），然后把它们用线（代表各种途径）连结起来。拉起一条线，看看有什么随之而来，就像看是哪些化学物质在一系列的途径中相互联结一样。

考夫曼博士所发现的是，当他在计算机中添加“纽扣”和“线”到那原始的“生命之汤”时，就出现了一个点，在这个点增加若干个结就能把全部的东西都联结起来。加上最后的几个结之后，拉任何一条线都将带动全部的纽扣。这样的一种网络代表了一个封闭、自催化的体系：尽管化学物质本身不繁殖，但在系统的不同地方都在产生着每一种化学物质。随着互不相连的途径增加，将出现某一点，这时，这样一种网络就能自发形成——这是一种逆灾变的奇迹。考夫曼博士更偏爱于用物理学的语言，把它看成是阶段变化，就像水结冰时所发生的变化一样。

这当然是引人入胜的；它还很可能是贴切的。生命起源的研究可能会因蛋白质与核酸的佯谬而裹足不前。核酸（DNA及与之相关的RNA，是一些可携带信息的长链状分子）贮存和传递着细胞可用以制造蛋白质的指令。然后这些蛋白质就作为催化剂来制造包括核酸在内的、生命的其他全部化学物质。每一种化学物质都是其他化学物质的先决条件——因而，就像母鸡与蛋一样，是哪个先出现的呢？

卡罗拉多大学的托马斯 · 切赫（Thomas Cech）及耶鲁大学的西德尼 · 奥尔特曼（Sidney Altman）找到了打破这种循环论证的方法。在80年代初期，两人都发现RNA分子既可作为催化剂，又可携带信息。这就导致了原始生物体是“RNA世界”的想法，在这个世界里，RNA满足了两项功能。今天的DNA世界可能就是从RNA世界而来，就像书写文化出自口述传统一样，DNA的作用是对过去的一切作出永久的记录。

目前，生物学家正忙于制造一种自我复制的RNA催化剂——这种分子在有适合的反应物时，既能复制其自身，又能制造其他反过来可作为进一步途径的催化剂的不同RNA分子。珍尼弗 · 都德纳（Jennifer Doudna）及她在波士顿麻省总医院的同事们已知道了部分方法。他们已制造出一种BNA分子，这种分子可产生其自身1/10大小的小型RNA分子。一套RNA途径可能会以考夫曼博士的计算机里那些纽扣和线的方式那样共同形成一个相互联结的网。

这些自组织的逆灾变系统也是理解生命本质的强有力工具，如果不是指起源的话。有序状态可以自发产生这种思想左右着受热力学第二定律影响：的科学家。该定律说一个封闭系统内的任一种变化都将使该系统更加无序。当然，关键词是“封闭的”。成功地产生有序状态的逆灾变可以被其环境的无序所补偿。生物是有界的——实际上，那也可能是所活着的一部分——但它们并非封闭系统。它们吸收能量并用它来保持其内部的有序状态；然后，这一过程必定产生的无序就向环境外排出。人类利用空气和食物作为输入；

植物则利用空气和阳光。最先描述这种生命特征的重要性的是物理学家欧文 · 薛定谔（Erwin Schr?dinger），他强调有序状态的局部增长是生命的标志。对复杂系统及其突发的有序状态的研究与他的见解非常吻合。

所进化的是什么？

课本的生命特征清单忽略了一种无法避免的特征：即生命能进化。早期对于进化的思考并没有在生命的起源与目前各地的生物的起源之间作出区分。由于创造了一个充满了生物的世界，上帝通常被认为同时提供了两种可能。可是，在19世纪，达尔文以不求助于上帝的方式解决了问题的第二部分，还是没有给问题的第一部分带来曙光。物种的起源是通过自然选择；而生命的起源仍是不解之谜。自然选择只有当生命早已存在时才起作用，否则又能起什么作用呢？

个人计算机的出现使生物学家可以建立和研究新的生命。牛津大学的理查德 · 道金斯（Richard Dawkins）发明了生物图形（biomorphs）——即那些就好像机体在基因的驱动下一样，在几条计算机密码的驱动下出现在计算机荧光屏上的图像。计算机可以引起描述生物图形的密码发生形形色色的细微变化（“突变”），并显示出结果的系列范围。道金斯博士摆弄着上帝（或者确切地说，作为一位优秀的达尔文主义者，摆弄着环境），他选择每一世代他看上去喜欢的个体，并用此繁育成一个新的世代。那些像分散在书页里的生物图形经过若干代可以变成怪异的生命类似物。

但生物图形尽管可能有某种指示性，它们仍是非自然（人工）选择的产物，即使它们的变异也是随机发生的。特拉华大学的托马斯 · 雷（Thomas Ray）研制出一种更好的，并找到了使他的生命类型在没有外界帮助的情况下进化的途径。

在“铁拉”机里，就像雷博士称他的计算机为电子生态系统一样，各种人工生物（包括一套允许程序自我复制的指令的程序）竞争有限的资源：即它们的生存和繁殖所需的处理时间和存储器，就相当于现实世界中的食物和居所。通常，随机变化可在它们的基因（即它们包含的计算机程序中的指令）中得到，就相当于对细菌施加辐射或引起突变的化学物质。

结果惊人的逼真。因为各种程序演化出使它们旺盛生长的策略。各种各样的“寄生生物”迅速出现；有一些利用其他程序的可增殖子程序来产生其自身的复本，其行为很像病毒。另一些则找到了把指定为他用的计算机资源占用作自身的繁殖程序。有时候，“寄主”会产生免疫性。有时候，它们会被赶向绝灭，而在这事故中生存下来的“寄生生物”会改变它们的生活方式，它们之间会相互合作并形成原始的群落。为了它们的相互利益——即性别的运算等值，不同的程序甚至还会互换几段密码。

可是，“铁拉”仍有上帝存在。切断该机器的电源，你就消灭了这个世界。但计算机生命并非一定是脆弱的。计算机病毒则相当顽强。它们是本身具有真正生态学特征的独立结构。它们增殖并可在缺乏帮助——而实际上是在为遏止它们作了有力的尝试的情况下，仍能从一个寄主到另一个寄主那里进行繁殖。而且，如果预先为此编制程序，它们可以经受有限的进化，以帮助它们抵抗企图用初始免疫系统所施加的控制，目前，计算机程序员正在设计这种免疫系统。无可否认。

它们占了奇特环境之优势。计算机制造商已尽责地把病毒赖以繁殖的软件加以标准化。正如作物单种经营会被一种极少会去扰乱生长旺盛的稀树干草原的病害所毁灭那样，与之相当的一套操作系统也可能会被不显眼的小瑕疵所破坏。

寻觅幻想生物

薛定谔可能会对计算机病毒有好感，那些病毒是或多或少地游离的信息，并与现实生命令人迷惑地接近。有着传统思想的简化论者可能会难以接受生命可以不用固态有形的东西构成而存在的思想。在公布这种赞美之前，他们更愿意接受由他们面前的核酸、蛋白质、糖和脂肪所构成的东西。但他们如此保守正确吗？

那些生活于田间和池塘里的东西与生活于计算机里的东西有两种共同的特征：它们都是自给南；它们可口再现繁殖的能力。生物学家称自给的结构——可把它看作是机体——为“表现型”，称那套让你知道如何去复制的指令为“基因型”。前者是后者的一种反映，尽管环境可以大大地扭曲这种反映。

考夫曼博士及他的仿效者正在摆弄人工表现型——那些不进行自身复制的自给结构。雷博士的“铁拉”指令则更像裸基因型——在一个中央处理器中互相欺骗的自私假基因。也许，问题的核心正在这里。生命不具有简单的本质——它是自给的复杂性与繁殖的结合，第二点可让第一点进化。在人们可以赖以摆弄上帝的计算机上，两者可以分离。为了某种目的可以创造出复杂的自给系统。在自然界，那种复杂性只能随着繁殖能力一起出现。否则，即使有序状态从混乱中奇迹般地出现，它也将再次扭速消失。

人工生命可以逐渐更接近自然的特征。某些领域早已开始了摒弃对进化进行合理设计的运动——计算机程序编制是其一，生物技术则是其二。与其通过各种可以想象的偶发事件（当你肯定难以想象的偶发事件也会出现时）去努力弄清自然界，还不如尝试选定一系列对付这个问题的程序，或选定一系列对付污染物的突变型细菌，并看何者效果最佳。然后让它们演化以便获得最佳的效果。自然选择是进行监测的绝好方法。

它们会有生命吗？最终，那可能是见仁见智的问题。生物学已取得成功而不用担心这类事情，这是绝非偶然的。追求确定性就像追求鹰头狮身怪兽或美人鱼一样——这些幻想的生物虽迷人但却是难以捉摸的。当一台计算机崩溃时，责任病毒是否被看作有生命并无关系。如果人们希望把“有生命的”这个术语限于主要由碳基分子构成的东西，那区别不大；概括自然和人工系统共同特征的新术语将会被创造出来。毕竟，那些幻想的生物是复合的。也许，生命的本质也是如此。

[The Economist 1992年1月4日]