編譯 苦山

“在生物學(xué)的核心地帶，存在一個未知的黑洞，”尼克·萊恩（Nick Lane）在他2015年出版的《復(fù)雜生命的起源》（The Vital Question）一書開篇如是寫道，“坦白說，我們不知道生命為什么是現(xiàn)在這樣?！比绱顺嗦懵愕貙ι茖W(xué)發(fā)起挑戰(zhàn)頗需要一些膽量——這話是在暗示，學(xué)界更多的是在記錄生命，而非解釋生命。

萊恩是倫敦大學(xué)學(xué)院的演化生化學(xué)教授，他看起來不像是那種會發(fā)出如此挑釁的質(zhì)疑的人。他謙虛得讓人難以心生敵意，在回答“生命為什么是現(xiàn)在這樣”時，他的態(tài)度熱情、堅(jiān)定，但也時常給出免責(zé)聲明，坦率地承認(rèn)他的解釋可能有錯。他說：“我逐漸意識到，犯錯實(shí)際上是一件非常有趣的事情。”

但下一刻，他的自信重新占據(jù)了上風(fēng)。的確，他在細(xì)節(jié)上可能會出錯，但在整體方向上，“我不可能是錯的，因?yàn)閺母旧现v，我的觀點(diǎn)是：能量對生命很重要，而它運(yùn)作的獨(dú)特方式必定告訴了我們有關(guān)生命如何運(yùn)行的某些關(guān)鍵內(nèi)容?！?/p>

萊恩和我正坐在倫敦的惠康收藏館里，這是惠康醫(yī)療慈善基金會旗下最主要的公共空間，該基金會由維多利亞時代的制藥企業(yè)家、收藏家亨利·惠康（Henry Wellcome）于1936年設(shè)立。我們四周陳列著惠康收藏的骨鋸、宗教遺物和醫(yī)學(xué)主題油畫——這個地方正適合用來討論生命如何起始、如何行進(jìn)、如何終結(jié)。

深厚的歷史：尼克·萊恩在倫敦惠康收藏館，這座博物館引領(lǐng)人們穿越探索健康和人類歷史的時光長廊。對于這位演化生化學(xué)家來說，這座博物館正適合他置身其間，描述他那有關(guān)生命起源的驚人研究

萊恩展現(xiàn)出了一種奇特甚至可能是自相矛盾的心態(tài)，這種心態(tài)似乎在許多離經(jīng)叛道、富有創(chuàng)造性的科學(xué)家身上都能看到：他不憚于承認(rèn)自己會出錯，但堅(jiān)信自己從根本上是正確的。他有著兼收并蓄的靈感來源，但最關(guān)注的是自己的個人視野。他獨(dú)立思考的方式反映在他非傳統(tǒng)的職業(yè)道路中，這種非常規(guī)的職業(yè)選擇——連同他視野的廣度——讓人想起已故的詹姆斯·洛夫洛克（James Lovelock）。洛夫洛克也對生命與其所居住和改變的行星環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行過深入思考。和洛夫洛克一樣，萊恩有著做科普的天賦，善于深入淺出地解釋專業(yè)理論，這使得他能夠?qū)⒁环N觀察生物體的全新視角介紹給更多的受眾。不然，這種觀點(diǎn)可能就要藏在專業(yè)期刊的角落里無人問津了。

萊恩提出了少有人想到的與生命有關(guān)的問題，又對這些問題給出了精妙的回答，這讓他贏得了廣泛的認(rèn)可、贊譽(yù)和欽佩。他在2010年出版的《生命的躍升》（Life Ascending）一書獲得了英國皇家學(xué)會科學(xué)圖書獎，并在2016年因向公眾傳播科學(xué)知識而獲得了英國皇家學(xué)會著名的邁克爾·法拉第獎。比爾·蓋茨曾說《復(fù)雜生命的起源》“讓我折服”，并為萊恩的研究提供了整整120萬美元的資金。

通過科學(xué)出版物、科普讀物以及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，萊恩一直在穩(wěn)步構(gòu)筑一種有關(guān)生命如何運(yùn)作、如何起始、如何演化的非傳統(tǒng)敘事。該敘事的核心并非信息的基因遺傳，而是生命如何利用環(huán)境中的能量來構(gòu)建復(fù)雜的分子系統(tǒng)。他在新書《轉(zhuǎn)化者：生與死的深層化學(xué)性質(zhì)》（Transformer: The Deep Chemisitry of Life and Death）中寫道：“生與死的區(qū)別在于能量流動?！?/p>

《轉(zhuǎn)化者》為克雷布斯循環(huán)的起源提供了一種解釋?？死撞妓寡h(huán)是所有依靠呼吸生存的生物體新陳代謝的核心生化過程。在該循環(huán)中，大分子被分解成小分子，并在此過程中生成能量。像細(xì)菌這樣的原核生物和像我們這樣的真核生物都會產(chǎn)生克雷布斯循環(huán)?？死撞妓寡h(huán)有時也被稱為檸檬酸循環(huán)，它是在1937年由英國生物化學(xué)家漢斯·克雷布斯（Hans Krebs）發(fā)現(xiàn)的。它生成細(xì)胞能量，同時通過一系列循環(huán)的酶催化反應(yīng)產(chǎn)生氨基酸和其他重要細(xì)胞成分的前體。

克雷布斯循環(huán)通常被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)生物化學(xué)中一個重要但極其枯燥的部分。一年前，我在一次科學(xué)招待會上與萊恩閑聊時，他告訴我這是他下一本書的主題。說這話時，他帶著自嘲的笑容，暗示自己是在做件沒用的傻事?！盎旧?，就算對專門研究克雷布斯循環(huán)的人而言，它也極其乏味，”此刻，他告訴我，“但不知為何，這讓我很興奮。我記得我讀過意大利化學(xué)家和作家普里莫·列維（Primo Levi）的文章，他說一個好的作家應(yīng)該有能力讓任何主題變得有趣。也許我是把這當(dāng)成一種挑戰(zhàn)了。”

像萊恩這樣天賦異稟的闡釋者，選擇如此氣派地迎接這一挑戰(zhàn)并不奇怪。《轉(zhuǎn)化者》中的故事不僅生動有趣、引人入勝，還充滿了激動人心的觀點(diǎn)：有關(guān)生命的起源和演化、有關(guān)健康和疾病的調(diào)節(jié)者、有關(guān)生命本身的基本屬性。“這個故事關(guān)乎新陳代謝的生物化學(xué)，也關(guān)乎生命的起源，它與動物的起源有關(guān)、與癌癥有關(guān)、與意識有關(guān)，”萊恩說，“這些都是非常宏大的概念?！?/p>

作為倫敦大學(xué)學(xué)院生物學(xué)系和生物化學(xué)系轄下最大小組的負(fù)責(zé)人，萊恩進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)與其說是當(dāng)今分子和化學(xué)生物學(xué)的許多尖端技術(shù)所能創(chuàng)造的奇妙魔法，不如說似乎更接近20世紀(jì)50年代那種富有創(chuàng)造性、推測成分居多的“化學(xué)烹飪”。實(shí)驗(yàn)的“原料”再簡單不過了：二氧化碳、氫氣、鐵礦物質(zhì)、鹽。從它們中脫胎而出的，并不完全是生命本身的跡象，而是有關(guān)生命如何起始的線索。

萊恩沿著一條不尋常的路走到了這一步。他曾在倫敦帝國理工學(xué)院學(xué)習(xí)生物化學(xué)，于20世紀(jì)90年代獲得倫敦皇家自由醫(yī)院的博士學(xué)位，該院后來并入了倫敦大學(xué)學(xué)院?！拔夷玫搅艘粋€不錯的學(xué)位，但也不算太好，而且我還欠了一大筆債，”他說，“我在一家實(shí)驗(yàn)室找到了一份工作來賺錢還債，而這份工作又給了我一個獲得博士學(xué)位的機(jī)會。”當(dāng)時，該實(shí)驗(yàn)室由外科教授科林·格林（Colin Green）主管。萊恩回憶說，格林是一個不得了的人，他建立了巴勒斯坦的第一所醫(yī)學(xué)院，當(dāng)年還是倫敦城市芭蕾舞團(tuán)的總監(jiān)。

當(dāng)時，萊恩致力于研究器官移植，他試圖理解為什么移植會引發(fā)缺血，即由于血氧水平過低導(dǎo)致組織損傷的現(xiàn)象。移植有可能導(dǎo)致體內(nèi)的自由基爆發(fā)生成，自由基是含有未成對電子、易反應(yīng)、具有氧化性的化學(xué)物質(zhì)。萊恩試著引入抗氧化劑來減少損害?！暗菦]有一樣管用，你會覺得要么是劑量不對，要么是時機(jī)不對，要么是其他什么不對，”他說，“從某種角度上看，那很有意思，于是我意識到我熱愛研究。從另一種角度看，那又讓人挫敗。”然而現(xiàn)在回想起來，萊恩對生命的宏偉想象的精髓已經(jīng)包含在了那些失敗的實(shí)驗(yàn)中。

在不認(rèn)識自由基化學(xué)領(lǐng)域的任何人的情況下，尋求該領(lǐng)域的博士后職位顯然不太可能成功，但萊恩另辟蹊徑。“當(dāng)時我剛剛在一次報(bào)紙寫作比賽中獲得亞軍，所以我找的是文字工作，”他解釋，“其中有些崗位很可怕——為制藥公司撰寫臨床試驗(yàn)報(bào)告，那乏味得令人難以置信。”最終，他找到了一份醫(yī)學(xué)動畫方面的工作。“它基本上就是為制藥公司做軟性營銷，”萊恩說，“我做了幾年，學(xué)到了很多關(guān)于寫作的訣竅。首先，講一個直白的故事。其次，使用國際通用的大白話英語。我還發(fā)現(xiàn)我能理解、掌握此前所知甚少的主題。我能迅速地抓住其中的精髓。事實(shí)證明，這是一項(xiàng)有用的技能?！?/p>

但這份工作的樂趣也就到此為止了?！拔业某雎肥菄L試寫本書。”萊恩說，好像這是個顯而易見的選擇。在20世紀(jì)90年代，由有氧呼吸引起的自由基化學(xué)被認(rèn)為是許多疾病機(jī)制的核心。為什么會這樣呢？——這正是他在2002年出版的第一本書《氧氣：改變世界的分子》（Oxygen：The Molecule That Made the World）中引領(lǐng)全文的問題?！暗也恢姥鯕馐菑哪睦飦淼?，”他說，“我對地球生命的演化史一無所知?！彪S著他開始探索這個問題，他說，“我像是又一次愛上了科學(xué)?！?/p>

但他遇到了一個讓他困惑難解的問題?！皬难莼慕嵌葋砜矗鯕馑坪跏莻€棒極了的東西。大氣中的氧氣越多，生命就越豐富。然而，醫(yī)學(xué)界卻說過多的氧氣會讓你因?yàn)樽杂苫卸??！彼J(rèn)為，這一切都要?dú)w結(jié)到線粒體的有氧代謝上：線粒體是一種細(xì)胞器，細(xì)胞中的能量通過克雷布斯循環(huán)以腺苷三磷酸分子的形式在線粒體中生成。這成了他的下一本書、2005年出版的《能量、性、死亡：線粒體與我們的生命 》（Power,Sex,Suicide：Mitochondria and the Meaning of Life）的主題。

如今，人們普遍認(rèn)為線粒體是一種完全不同的單細(xì)胞生物的殘余，它在演化史上很久遠(yuǎn)的某個時間點(diǎn)（也許是15億年前）與另一個細(xì)胞融合了，這個過程被稱為內(nèi)共生。這個猜想可以解釋一些現(xiàn)象，比如，為什么我們今天的線粒體包含一小部分獨(dú)有的、與細(xì)胞核中基因組其余部分分離的基因。正是擁有這種細(xì)胞核決定了像我們體內(nèi)的細(xì)胞（真核細(xì)胞）和像細(xì)菌、古菌這類單細(xì)胞生物的細(xì)胞（原核細(xì)胞）之間的區(qū)別。

關(guān)于這場重要融合的具體情形仍然存在爭議，相關(guān)爭論中有部分非常激烈。一些研究人員認(rèn)為它發(fā)生在一個既存的真核細(xì)胞和一個原核細(xì)胞之間，另一些人則認(rèn)為融合的細(xì)胞雙方都是原核的。萊恩支持后者，他說那些主張“先有真核細(xì)胞（后有線粒體）”的人“本質(zhì)上是出于情感原因”才這樣認(rèn)定的。他說，“線粒體在細(xì)菌內(nèi)共生體與古菌宿主細(xì)胞融合時出現(xiàn)”這個觀點(diǎn)與我們所知的真核細(xì)胞的演化歷程是一致的。

無論如何，獲得了內(nèi)部“發(fā)電站”的細(xì)胞突然能夠做到全新的事情了——比如組合成為多細(xì)胞生物。萊恩在與德國杜塞爾多夫大學(xué)的微生物學(xué)家比爾·馬丁（Bill Martin）對話時進(jìn)一步明確了自己的觀點(diǎn)。對于內(nèi)共生時是什么事件導(dǎo)致?lián)碛芯€粒體的真核生物出現(xiàn)，馬丁的觀點(diǎn)并不傳統(tǒng)，他認(rèn)為其中發(fā)揮核心作用的并非氧氣，而是氫氣。在這個“氫假說”中，宿主細(xì)胞是一種使用氫氣進(jìn)行新陳代謝的古菌，而后來變成線粒體的細(xì)菌能通過無氧呼吸產(chǎn)生氫氣（以及二氧化碳），因此，它為宿主提供了所需的燃料。

ATP合酶和遺傳密碼本身一樣具有普遍性。它應(yīng)該像DNA雙螺旋一樣成為生命的象征符。

萊恩說：“2002年左右，在《氧氣》問世時，我參加了英國皇家學(xué)會的一次討論會，比爾也在那里，他就生命的起源發(fā)表了一場十分令人驚奇的演講?！毖葜v中，馬丁提出了氫假說，還解釋了為什么在他看來，早期生命更多地與新陳代謝和能量流動有關(guān)，而并非基因和蛋白質(zhì)。“整個演講內(nèi)容都非常激進(jìn)，它在現(xiàn)在看來仍然激進(jìn)，但在當(dāng)時像是瘋?cè)丝裱?，”萊恩說，“馬丁是對我的思想影響最大的人之一。”

受到這些觀點(diǎn)的刺激，萊恩發(fā)現(xiàn)他正在醞釀的《能量、性、死亡》一書找到了新方向?！八鼜囊槐娟P(guān)于線粒體的書變成了一本關(guān)于復(fù)雜度起源的書，”他說，“歸根結(jié)底，問題的關(guān)鍵不在于氧氣，而在于線粒體和基因組的能量學(xué)。我仍然認(rèn)為，這基本是看待這個問題的正確方式?！?/p>

后來，萊恩和馬丁合作，于2010年提出，隨著線粒體的獲得，“基因段均能量”發(fā)生了變化。根據(jù)他們的計(jì)算，真核生物每段基因的能量是原核生物的20萬倍。有了這些資源，真核生物可以做到原核生物無法做到的事情，比如變成多細(xì)胞生物，發(fā)展出復(fù)雜的形式和集體行為。由于這種能量增加，大型動物（最終也包括我們?nèi)祟悾┯袡C(jī)會出現(xiàn)，細(xì)菌和古菌無法做出的行為（如有性生殖）也成為可能。

21世紀(jì)頭十年中期，隨著這些關(guān)于生命起源之能量學(xué)的觀點(diǎn)涌現(xiàn)，萊恩意識到他正處于一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)時，他的科學(xué)寫作事業(yè)穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)。他正著手寫《生命的躍升》，該書探討了 “演化史上的十大發(fā)明”（包括在他看來導(dǎo)致了真核生物出現(xiàn)的內(nèi)共生）。但幾乎是偶然地，他發(fā)現(xiàn)了一種關(guān)于演化史上某個關(guān)鍵階段的假說，它具有廣泛而深遠(yuǎn)的內(nèi)涵。

在談及“生命如何起源”這個問題時，人們所指的往往是如何用早期地球上可能存在的簡單無機(jī)化合物（一氧化碳、水和氰化物）制造出諸如氨基酸和核苷酸等生命的分子“原料”，后兩者都是蛋白質(zhì)和核酸RNA與DNA的組成構(gòu)件。假設(shè)你成功地在這些前生命反應(yīng)中制造出了核苷酸，那么下一個挑戰(zhàn)就是把它們連接成鏈和聚合物——例如，向20世紀(jì)80年代提出的“RNA世界”進(jìn)發(fā)。根據(jù)這一假說，起初是由RNA分子扮演著催化劑和可遺傳“基因”信息載體的雙重角色，直到后來蛋白質(zhì)和DNA才分別接管了這些工作。

萊恩說，這個理論很棒，但是要制造出這樣的分子并讓它們運(yùn)作，需要一種能量來源。在有關(guān)前生命化學(xué)的早期研究，如哈羅德·尤里（Harold Urey）和斯坦利·米勒（Stanley Miller）的研究中，驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的能量來源通常被認(rèn)為是太陽光、太陽紫外線輻射，或是大氣中的閃電放電。但是，今天無論是細(xì)菌、植物還是動物的活細(xì)胞中幾乎所有的能量，最終都是“化學(xué)滲透性的”：細(xì)胞中無處不在的腺苷三磷酸分子通過利用生物膜兩側(cè)離子濃度差異（特別是僅為孤立質(zhì)子的氫離子）所產(chǎn)生的驅(qū)動力來生成能量。就像堤壩里的水力渦輪發(fā)電機(jī)一樣，這種“質(zhì)子動力勢”驅(qū)動著ATP合酶，該蛋白質(zhì)嵌在膜內(nèi)，當(dāng)它的頭部在固定于膜上的套管內(nèi)轉(zhuǎn)動時，就會形成腺苷三磷酸分子。萊恩說，幾乎所有的細(xì)菌、古菌和真核生物中都存在ATP合酶?！八瓦z傳密碼本身一樣具有普遍性，”他在《復(fù)雜生命的起源》中如是寫道，“它應(yīng)該像DNA雙螺旋一樣成為生命的象征符號。”換句話說，實(shí)際上，生命的關(guān)鍵就是電荷（電子和質(zhì)子）的流動，它是制造生物分子和為代謝途徑提供能量的驅(qū)動力。

“我一直在積極地思考，我該如何去驗(yàn)證其中某些想法呢？”他回憶道，“我怎樣才能回到學(xué)術(shù)界呢？”然后他就走好運(yùn)了。

2008年，萊恩遇到了作家、科學(xué)家唐·布拉本（Don Braben），他倡導(dǎo)“藍(lán)天研究”，這種研究以好奇心為導(dǎo)向，不以任何具體問題或應(yīng)用為目的。布拉本曾在倫敦大學(xué)學(xué)院工作，如今他在該校研究院院長辦公室擔(dān)任榮譽(yù)職務(wù)。萊恩說：“唐的觀點(diǎn)是，如果采用當(dāng)前的資金資助模式，20世紀(jì)的一些重大突破將永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)?！辈祭菊f服了倫敦大學(xué)學(xué)院的校長，在基本沒有同行評議的情況下為研究計(jì)劃提供支持?！八胍吹骄哂袧撛谧兏镆饬x的想法，只要為之提交很簡短的計(jì)劃即可，”萊恩說，“很明顯，在當(dāng)時，這是我重返學(xué)術(shù)界的最佳機(jī)會。”

經(jīng)過多次溝通，萊恩的申請收獲了一個叫作“校長風(fēng)險(xiǎn)探索研究員”的資助職位，期限是從2009年到2012年?！盎氐綄?shí)驗(yàn)室的感覺很奇怪，”他說，“我笨拙得令人難以置信，非常業(yè)余，而且我什么設(shè)備都沒有——我不得不去求借別人的。我做的事情都非常愚蠢，但其中有些還是奏效了。”

萊恩的研究計(jì)劃的標(biāo)題是“化學(xué)滲透和復(fù)雜生命的基礎(chǔ)”?！拔抑缓湍峥艘娏艘粌纱蚊妫痛_信他是一位杰出的科學(xué)家，有朝一日也許能獲諾貝爾獎，”布拉本說，“他沒來試圖說服我相信他的研究會產(chǎn)生這樣或那樣的奇妙結(jié)果，而是將全部精力放在相關(guān)的科學(xué)研究上?！?/p>

“尼克在我們會面時的表現(xiàn)讓我相信，這位科學(xué)家會做成一些重要的事，從根本上改變我們的思維方式，”布拉本補(bǔ)充道，“但由于資金申請的成功率在20%左右，他從正常渠道獲得資助的可能性微乎其微?！?/p>

萊恩稱贊倫敦大學(xué)學(xué)院，“它是一個人們真正關(guān)心各類觀點(diǎn)、關(guān)心他人成果的環(huán)境，是一個真正腳踏實(shí)地、充滿協(xié)作精神的地方。在這里，你可以輕易地用自己的熱情感染他人。”

在《復(fù)雜生命的起源》一書中，萊恩詳細(xì)而具體地描繪了生命首次出現(xiàn)在地球上時的可能場景。他的構(gòu)想建立在20世紀(jì)70年代提出的一種觀點(diǎn)上，即生命并非始于某種原始湯（如池塘或富含有機(jī)分子并被陽光溫暖的淺海），而是始于海洋深處被稱為熱液噴口的結(jié)構(gòu)，這是一種位于海床上的礦化煙囪狀結(jié)構(gòu)，在火山活動下，富含礦物質(zhì)的熱液會從中噴出。

20世紀(jì)80年代后期，英國化學(xué)家邁克·拉塞爾（Mike Russell）開始為之構(gòu)建詳細(xì)的場景，以解釋其中必要的化學(xué)反應(yīng)是如何產(chǎn)生的。他說，鐵的硫化物礦物質(zhì)可能是驅(qū)動碳固定所需的能量和電子的來源。部分噴口富含這類礦物質(zhì)，它們可以發(fā)生“氧化還原反應(yīng)”（例如，從碳化合物中加入或減去氧原子和氫原子），因?yàn)殍F離子在兩種不同的電荷狀態(tài)之間循環(huán)。即使是今天，在某些酶中也普遍能找到鐵原子和硫原子簇，包括那些催化呼吸反應(yīng)的酶。拉塞爾懷疑，這是鐵的硫化物礦物質(zhì)早期作用的殘留。

這幅圖景被稱為生命起源的化能自養(yǎng)理論，它汲取了20世紀(jì)80年代德國化學(xué)家根特·瓦特赫紹澤（Günter W?chtersh?user）的研究成果，瓦特赫紹澤認(rèn)為，由鐵硫反應(yīng)驅(qū)動的反向克雷布斯循環(huán)可能是第一條生物化學(xué)代謝途徑。1997年，拉塞爾和他的同事艾倫·霍爾（Allan Hall）證明了堿性熱液噴口的酸堿值梯度能夠與鐵的硫化物的氧化還原反應(yīng)結(jié)合，促使第一批生命體出現(xiàn)，這些生命體利用質(zhì)子動力勢來驅(qū)動新陳代謝。

為了利用這樣一個“化學(xué)滲透”的濃度梯度，你需要一層將空間分割成不同濃度區(qū)域的膜，這樣這種濃度差就不會被分子或離子的擴(kuò)散消除。拉塞爾認(rèn)為，在熱液噴口處，這種膜可以是無機(jī)的——由鐵的硫化物或氫氧化物等礦物化合物構(gòu)成。也許，一旦這些結(jié)構(gòu)生成了偽代謝化學(xué)過程，并經(jīng)由此過程產(chǎn)生了像有機(jī)脂肪酸這樣的分子，它們就能創(chuàng)造出自己的有機(jī)膜，也就是如今的細(xì)胞磷脂膜的前體。這樣一個系統(tǒng)可以將電子從氫氣分子轉(zhuǎn)移到二氧化碳分子（這兩種分子大量存在于熱液噴口中）：這是生成更復(fù)雜的有機(jī)分子（如甲醛、羧酸）的第一步，并最終會成為克雷布斯代謝循環(huán)的組成部分。

換句話說，熱液噴口的氧化還原反應(yīng)所能做到的并不是找到制造第一個原始細(xì)胞生物的生物分子，然后寄希望于它們以某種方式聚集在一起、形成一個有組織的實(shí)體，而是產(chǎn)生具有現(xiàn)成能量來源、分隔式的化學(xué)反應(yīng)器，生成生命起始所需的復(fù)雜有機(jī)成分。

萊恩說，在拉塞爾的設(shè)想中，質(zhì)子梯度和質(zhì)子動力勢在堿性熱液噴口的細(xì)胞型空腔中運(yùn)作，“這真的讓我興奮不已。在將地球化學(xué)和結(jié)構(gòu)與生物化學(xué)的起源彼此聯(lián)系這點(diǎn)上，邁克·拉塞爾從過去到現(xiàn)在都給我?guī)砹藷o數(shù)靈感?！?/p>

萊恩說，像熱液事件這樣的環(huán)境為生命的啟動提供了“我們認(rèn)為我們所需要的一切”：這些原材料包括碳源（二氧化碳）、能源（酸堿值梯度）、催化氧化還原反應(yīng)的制劑（如鐵的硫化物）以及提供分隔的膜。

事實(shí)上，在21世紀(jì)頭十年中期，馬丁和拉塞爾詳細(xì)闡述了堿性熱液噴口的生命起源理論，以及那里發(fā)生的無機(jī)化學(xué)反應(yīng)如何形成了克雷布斯循環(huán)，后者將二氧化碳中的碳固定成了早期有機(jī)體可以使用的形式。他們構(gòu)想了這樣一個場景：這些最早的原生物可能首先發(fā)育成具有有機(jī)膜的簡單細(xì)菌樣細(xì)胞，然后在大約20億年前，與線粒體融合形成真核生物。

馬丁和拉塞爾的研究成果是萊恩的生命起源理論的基礎(chǔ)。拉塞爾說：“大體而言，尼克的大多數(shù)想法似乎都追隨了我的觀點(diǎn)，不過和我相比，他的想法更具生物化學(xué)方面的基礎(chǔ)，而我的觀點(diǎn)是從地質(zhì)勘探與地球化學(xué)方面的知識和經(jīng)驗(yàn)中建立起來的?！瘪R丁的態(tài)度就沒那么正面了。他說，萊恩書中描述的某些觀點(diǎn)是他提出的，但他的功勞并沒有得到充分的認(rèn)可（盡管書中對他的多次引用都很規(guī)范）。拉塞爾說，他對萊恩延伸和普及他思想的方式?jīng)]有惡感?！熬臀覀€人而言，我對他講述、宣傳這項(xiàng)研究的方式十分認(rèn)可。”他表示。

惠康收藏館的展覽室里，游客不時走過，朝玻璃展柜里窺視，而萊恩在陰影處解釋他的設(shè)想。盡管這個故事在化學(xué)層面如此復(fù)雜，我仍然能看出他是多么堅(jiān)信它為生命如何在地球上獲得立足點(diǎn)提供了一幅合乎邏輯的圖景。他說，之所以把化學(xué)滲透能量和代謝反應(yīng)置于這種假說的核心位置，是因?yàn)檫@與遺傳學(xué)研究表明的第一批生物體可能的模樣非常吻合。他的假說“提出了一個駭人的預(yù)測”?！八羞@些生物化學(xué)反應(yīng)都會自發(fā)地發(fā)生。但這是一個多么美麗的預(yù)測??！”如今，他正試圖在實(shí)驗(yàn)室中檢驗(yàn)它。

《轉(zhuǎn)化者》則通過解釋此假說下克雷布斯循環(huán)本身如何出現(xiàn)，為這個故事填充了血肉。按萊恩所寫，這種復(fù)雜的、周期性的系列反應(yīng)“通過從食物（分子）的碳骨架中剝離氫原子，然后將它們喂給氧氣這貪婪的怪物”來產(chǎn)生腺苷三磷酸，而這正是呼吸作用的過程。從紙面上看，它像是檸檬酸相關(guān)分子的某種任意的轉(zhuǎn)化序列，這也是生物化學(xué)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)和理解時的一個難點(diǎn)。但是萊恩現(xiàn)在認(rèn)為，考慮到二氧化碳、氧氣和氫氣在新陳代謝過程中的作用，所有這些化學(xué)反應(yīng)幾乎都是不可避免的。

萊恩說，放在五六年前，他只會承認(rèn)某種類似這個序列的東西必然會出現(xiàn)。“這種程度的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)會自發(fā)發(fā)生，這似乎讓人難以置信，但事實(shí)越來越像是如此?！比R恩指的不僅僅是循環(huán)本身，還有從循環(huán)中衍生出的反應(yīng)。這些反應(yīng)會形成氨基酸和能在DNA及RNA中找到的特定核苷酸堿基?！霸谶@個情景里，假如你有了這么個分子，你會問，接下來會發(fā)生什么呢？然后你會看到到底發(fā)生了什么。你會組成這樣一個分子，以此類推。你開始把這些畫下來，然后你會想……老天，這不就是克雷布斯循環(huán)么！你幾乎不可能得到任何其他東西。”

人們很容易自欺欺人地認(rèn)為，某個想法很美麗，所以它肯定是事實(shí)。事實(shí)也許并非如此—也許這些聯(lián)系不夠強(qiáng)有力，又或者存在其他解釋。

如果萊恩是對的，這表明在任何類似前生命期地球的行星環(huán)境上，都會出現(xiàn)相同的生物化學(xué)反應(yīng)。換句話說，化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)原理決定了一種前達(dá)爾文式的趨同演化，創(chuàng)造出了某個至少是接近克雷布斯循環(huán)的東西。“它所要求的只是一顆大氣中含有二氧化碳的、濕潤的巖石行星或者衛(wèi)星，”萊恩說，“這要求并不過分，對吧？銀河系中可能有數(shù)十億顆系外行星符合這套標(biāo)準(zhǔn)。你還需要像熱液噴口那樣的化學(xué)不平衡環(huán)境。真正重要的是將這種環(huán)境不平衡轉(zhuǎn)化為生命物質(zhì)：將二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為循環(huán)中間體、氨基酸和核苷酸?！币粋€大膽的假設(shè)是，生命不得不如此——而且不僅是地球上的生命，類地球環(huán)境中的任何生命都是這樣?！斑@太簡潔了，”萊恩說，“它解決了那么多問題，實(shí)在是激動人心。”

在最初的原細(xì)胞出現(xiàn)之后，它會演化成什么樣子就是另一回事了。到目前為止，萊恩詳細(xì)闡述了他的設(shè)想以解釋第一批核苷酸及其聚合物的產(chǎn)生，而最近，他和他的團(tuán)隊(duì)提出，二氧化碳固定的能量學(xué)或許可以解釋為什么遺傳密碼會是如此形態(tài)（遺傳密碼將DNA的核苷酸序列與蛋白質(zhì)的氨基酸序列聯(lián)系起來）。“我的研究剛進(jìn)展到信息和演化能力的起源，”萊恩說，“但是我離涉及核糖體這樣的分子機(jī)器還有很長的路要走。”核糖體是一種多分子裝配體，通過RNA中的信息制造蛋白質(zhì)。“于是，這就又有了一個有趣的問題：你能想象到的最簡單的分子機(jī)器是什么？”

可是，是否有任何證據(jù)證明生命的確是這樣起始，而且不得不這樣起始呢？“這里面有一系列可能正確也可能不正確的預(yù)測，”萊恩承認(rèn)，“人們很容易自欺欺人地認(rèn)為，某個想法很美麗，所以它肯定是事實(shí)。事實(shí)也許并非如此——也許這些聯(lián)系不夠強(qiáng)有力，又或者存在其他解釋?！?/p>

這個猜想需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證，而這正是萊恩手頭在做的事。他和他的團(tuán)隊(duì)使用微流體系統(tǒng)觀察，以二氧化碳、氫氣和諸如硅酸鹽及鐵鹽等簡單的無機(jī)成分為開端，是否能夠生成某些克雷布斯循環(huán)化合物。他們正在緩慢地取得進(jìn)展?！拔覀冎辽俚玫搅艘宜猁}，可能還有丙酮酸鹽?！彼f，這是克雷布斯循環(huán)中的兩種關(guān)鍵分子。他們還證明，在堿性熱液噴口處的環(huán)境條件下，“原細(xì)胞”（由簡單的脂肪酸組成的有機(jī)膜構(gòu)成的封閉隔室）會自發(fā)形成。

“我身邊似乎聚起了一群思想非常自由的人，”他表示，“我鼓勵他們反駁我說的每一句話，而他們似乎很享受這樣做。于是幾乎每天都會有許多變向曲線球一樣出人意料的問題被拋向你：要么說這是錯的，要么說我們接下來能做什么，我們怎樣才能走出這個困境？”

盡管萊恩對于科學(xué)界深思的某些最為深奧的問題提出了許多宏偉的想法，但他并沒有忘記自己早期致力于疾病研究的經(jīng)歷。這也是他研究圖景中的一部分?！鞍┌Y的問題在于生長（能力），”他說，“在于癌細(xì)胞如何優(yōu)化代謝通量，從而能夠自我復(fù)制。”癌癥也和克雷布斯循環(huán)有關(guān)。“做癌癥研究的研究者們已經(jīng)沿著這些思路思考了一段時間，并且，它也會和衰老產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。它將三個不同的領(lǐng)域連接在了一起，而它們本就該如此?！?/p>

另有一個意想不到的方向，對碳固定化學(xué)的興趣也日益興起?！叭藗冎詫λ痈信d趣，部分原因在于二氧化碳捕獲和氣候變化等問題，”萊恩說，“我們可以減少二氧化碳，并將其轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔锏扔杏玫臇|西——和前幾年相比，如今人們對待這個想法的態(tài)度可變得嚴(yán)肅多了。”

對于他那有關(guān)能量和電子流的中心性的觀點(diǎn)，萊恩愿意給出一些進(jìn)一步的推測?！掇D(zhuǎn)化者》的結(jié)尾討論了電子流在思想和意識進(jìn)化中的作用?！凹?xì)胞膜上嗡鳴的電位也是一種運(yùn)動，那舞動的電荷、電子和質(zhì)子正是生命的基本粒子?！比R恩寫道，“移動的電荷產(chǎn)生電磁場，滲透到我們的存在中。顯然，代謝通量在細(xì)胞上生成了電磁場。人的情感和感受會不會在某種程度上與這電荷的舞動、與細(xì)胞那轉(zhuǎn)瞬即逝的狀態(tài)有關(guān)？”

“我認(rèn)為這猜想完全正確的可能性很小，”萊恩承認(rèn)，“但可能性確實(shí)存在，這一點(diǎn)讓我著迷。”

這似乎是萊恩那極富創(chuàng)造力的頭腦帶他去往的下一個方向。“如果你幾年前問，我希望在有生之年看到哪個問題得到解答，我?guī)缀蹩隙〞f一個和生命起源有關(guān)的問題，”他說，“但奇怪的是，在概念層面，我覺得我現(xiàn)在幾乎已經(jīng)搞懂它了。還有很多實(shí)驗(yàn)室工作要做，但我覺得我已經(jīng)能把所有線索連在一起了。所以如果現(xiàn)在再問我想看到哪個問題的答案，我會說是意識問題，因?yàn)槲矣X得關(guān)于意識問題還有更多的未知領(lǐng)域?！?/p>

盡管萊恩領(lǐng)導(dǎo)著一個大型研究小組，忙于構(gòu)想和檢驗(yàn)復(fù)雜的假設(shè)，但他仍然熱衷于向盡可能廣泛的受眾傳播科學(xué)知識。事實(shí)上，他對此幾乎有一種迫切的責(zé)任感?！疤岢鲋卮蟮膯栴}，并試圖用這些問題來激發(fā)其他人的興趣——這些正是科學(xué)的樂趣所在，”萊恩說，“我們必須想辦法讓人們明白，科學(xué)是一種人類活動，是為了發(fā)現(xiàn)我們所不了解的世間事。”

在一個科學(xué)普及可能會最終為了讓大眾接受而過分簡化觀點(diǎn)的時代，萊恩的書也許顯得毫無妥協(xié)之意?！掇D(zhuǎn)化者》中充滿了克雷布斯循環(huán)中間體及其反應(yīng)的圖解：是的，對于那些在學(xué)?；瘜W(xué)課上記性不好的人來說，“分子”是一種相當(dāng)可靠的威懾。“讀這書需要耐心，”他承認(rèn)，“需要讀者付出一定的投入。但我沒有對他們擺出高人一等的樣子。我給他們提供了一個機(jī)會，讓他們看到這件事為什么是這樣。”

萊恩的使命之核心正是這種對傳播知識的迫切渴望，它不是在宣教，也不是簡單地講：“相信我，我是一個科學(xué)家?！彼f：“對大多數(shù)科學(xué)家而言，多數(shù)時候推動他們繼續(xù)前進(jìn)的是未知帶來的興奮。然而，不知何故，這種情緒并沒有很好地傳遞給公眾。如果我們能夠做到這一點(diǎn)，我認(rèn)為社會將會對科學(xué)產(chǎn)生更多的激情和共鳴，繼而對我們?nèi)绾螒?yīng)對氣候緊急情況或流行病做出更好的決定。這不僅僅是讓人們了解科學(xué)，而是讓人們參與其中，成為科學(xué)的一部分，讓人們感受到科學(xué)是為他們服務(wù)的。”

資料來源 Nautilus