1700257612
1700257613
淀粉如果是均匀地分散在空气中，那么加热到燃点就足以消除熵增的所有障碍了，熵增会在极短的时间内完成，光和热表现为猛烈的爆炸。但对于成块的面包来说，它还有一道更加严峻，加热到燃点也无法消除的熵增障碍。
1700257614
1700257615
这个障碍就是面包的表面。化学反应需要反应物的分子直接接触，所以除了那些刚好位于面包表面的淀粉分子和氧分子，其他位置的分子并没有参与反应的机会。于是，在面包表面某处，一次随机运动产生了一小股富含氧分子和自由基的烟雾，释放了更多的热量，这又反过来打碎了更多的淀粉分子，制造了更多的自由基，还掀起了更强烈的热对流，把周围的氧分子也吸引过来，这在循环中不断加强，很快就发展成了一团火焰。这团火焰会以更高的温度和更快的对流迅速“撕破”面包的表面，系统熵增的速度因此大大加快了。
1700257616
1700257617
同样，生命作为一种耗散结构，最初的起源也势必符合这个具有普遍意义的回答：原始地球上的某个环境中存在一些关键的物质，蕴含着显著的熵增潜力，但这些潜力却因为某种障碍无法充分释放。于是，那里的物质就在随机的化学反应中形成了某种耗散结构，奠定了生命的雏形。
1700257618
1700257619
在我们回溯的道路上，这是一个重要的启示。这个启示虽然抽象，却足以让白烟囱假说脱颖而出。
1700257620
1700257621
原始有机汤假说设想生命起源于自由的海水，然而海水是自由的溶液，熵增的潜力随时会被释放，即便在某一瞬间形成了有序结构，也只会倾向于涣散，而不是发展。同样，黑烟囱假说设想生命起源于黑烟囱的矿物表面，有机物一旦形成就扩散到了无边的海水中，结局并没有多少区别。
1700257622
1700257623
而白烟囱假说最引人入胜的地方就是找到了一个极富熵增潜力，又不能直接释放这种潜力的古老环境：碱性热液溶解了大量的氢气，40多亿年前的原始海洋又几乎是二氧化碳的饱和溶液，这两种溶液如果相互反应就能带来可观的熵增，但那些错综复杂的矿物管道却将两种溶液隔离开来，无法充分地反应。幸好那些管道的管壁上镶嵌了许多铁硫矿的晶体，这将产生一些独特的催化作用，制造出千奇百怪的有机物，而这些有机物仍会被困在那些管道里，继续发生有无限可能的有机化学反应。在这样的系统中涌现出某种高度有序的耗散结构，的确是大势所趋。
1700257624
1700257625
生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256287]
1700257626
·纲领·
1700257627
1700257628
但是，仅仅一个化学反应的耗散结构还远远称不上生命，我们还必须回答，生命作为一个充满主动性的“控制系统”是怎样起源的。
1700257629
1700257630
“控制系统的起源”与“耗散结构的起源”似乎是不同的两件事，但在生命起源的故事里，它们却没有明显的边界：系统发展出耗散结构之后，熵增的障碍会有所减轻，但只要熵增的潜力仍然显著，熵增的障碍仍然存在，那么耗散结构就可以继续突变，变得更加复杂、更加有序，让系统的熵增不断加快。终于在某些关键的突变之后，某些耗散结构发展出了针对自身的控制系统，能够主动维持自身的存在，生命也就诞生了。
1700257631
1700257632
这个过程充斥着突变与适应，我们完全可以把它视为更普遍的，热力学上的“进化”，然后惊讶地发现，生命并非进化的起点，而只是进化的一座里程碑，是进化在复杂性上的拐点。
1700257633
1700257634
可那耗散结构究竟是怎样的耗散结构，那进化又是怎样的进化呢？刚才的回答未免有些过于抽象和空泛了，我们需要一个具体而详尽的回答，解释生命这个了不得的控制系统究竟是怎样出现的。当然，我们不可能要求生命在诞生之初就一蹴而就地拥有了今天的全部控制功能，它一定和所有的原型一样，起先只有最基本的控制功能，然后才在进化中日渐复杂——那么，生命最基本的控制功能是什么呢？
1700257635
1700257636
这本书将它们归结为三项。
1700257637
1700257638
第一项是“物质代谢”和“能量代谢”。它们控制了许多关键的生化反应的方向，借此，来自外界的物质被组织成了生命自身的结构，其他形式的能量转换成了生命可以利用的形式。物质代谢与能量代谢是维持耗散结构的基石，一定可以追溯到一切的开始，所以我们非常希望能在今天的物质代谢和能量代谢里找到一些生命起源的痕迹。
1700257639
1700257640
不过有些棘手的是，在今天，各种生命的能量代谢都非常一致，我们会在第五章里集中介绍这种惊人的机制，但在物质代谢上，各种生命就八仙过海了。比如植物利用光合作用制造自己需要的有机物，而人类和其他动物就直接吃掉其他生物，用现成的有机物组织自己。为此，我们先要在第五章的基础上掌握一些基础知识，再在第三幕里寻觅物质代谢的起源，而那也正是白烟囱假说中“最引人入胜”的地方。但要最终确立这种控制机制，你将不得不读到这本书的最后一幕。
1700257641
1700257642
第二项是分子生物学的“中心法则”。这个法则的名字有些不可一世，但我们早在中学时代就很熟悉这套法则了。它规定了核酸要如何储存遗传信息，遗传信息又该如何表达为具体的蛋白质。我们会在第六章里复习它，拓展一些知识，然后在漫长的第四幕里不断追问核酸与蛋白质分别是怎样出现的，又是怎样关联起来，终于形成这套精妙的法则的。
1700257643
1700257644
不过，中心法则的起源并非白烟囱假说的重点，这本身也实在是一个极复杂的问题，绝不是某个研究者的某个假说就能覆盖的。所以这本书将会结合半个世纪以来分子生物学的研究进展，将众多研究者的假说大胆地综合起来，在第四幕里构造出一幅宏大的起源图景，然后同样在第五幕里终结这个问题。
1700257645
1700257646
第三项是“边界控制”，这在前文刚有所涉及，但在生命起源问题中，它特指细胞膜的边界控制，或者说，是在追问最初的细胞膜是如何产生的，又是如何发展出选择透过性的。在第七章里，我们会发现细胞膜看上去虽然简单，暗中却有一些非常蹊跷的问题。
1700257647
1700257648
我们会在第四幕里与它如影随形，但要到第五幕才能集中解决这个问题。为此，白烟囱假说又将展现出不凡的魅力，它梳理出了一条相当完整的线索，把之前遇到的各种问题全都串联起来，探索与回溯的道路将在那里会合，我们所知的一切也会因此封装完整。
1700257649
1700257650
你看，对“生命是什么”的讨论不只局限于这个问题本身，还将为之后的整本书构造讲述的纲领，引领我们回答这本书封面上的那个问题：“所有生命的共同祖先是怎样在40亿年前诞生的？”
1700257651
1700257652
既然说到了“共同祖先”，我们不免又要多费一些口舌。自从进化生物学正式建立，“人类知道的一切生命形式，任何一个物种，都在进化上源自同一个祖先”已经成为生物学所有领域的普遍共识，其中很少再有什么可争议的事情。所以不妨说，通常的生物进化问题，都是研究这个祖先如何在40多亿年的岁月里开枝散叶，进化成了今天的每一个物种，而生命起源的问题，就是研究这个祖先还有怎样的祖先——因为这个祖先已经拥有非常复杂的细胞结构了，显然是地球上第一批细胞进化了很久的产物。
1700257653
1700257654
所以，为了之后的整本书讲述方便，我们从此就把“已知生命的最后一个共同祖先”简称作“末祖”，在其他中文科学读物里，这个概念大多会被叫作“露卡”，音译自“Last Universal Common Ancestor”的首字母缩写“LUCA”。再由此往前，末祖的所有祖先，当然也都是已知生命的共同祖先，所以它们将被我们称为“共祖”。至于从无机环境中直接诞生出来的第一批细胞，就被我们称为“元祖”。不过稍需留意的是，并非所有的元祖都是共祖，因为第一批生命里的许多个体都没有后代存活至今。这一切就如图2—8所示。
1700257655
1700257656
最后的最后，我们还有一点棘手的细节要处理：根据这一章的定义，所有的病毒都不是生命。
1700257657
1700257658
在感染细胞之前，病毒只是一团精巧的生物大分子。作为遗传物质的核酸与一些病毒专属的酶结合起来，外面包裹着蛋白质构成的衣壳，有些复杂的病毒还会从宿主那里窃取一小块细胞膜把自己包裹起来，使自己免受外界侵害，也更容易感染宿主。但是，此时的病毒没有任何代谢活动，它们与被扔进垃圾桶的过期生鱼片没有任何区别，如果真的发生什么变化，那一定是在腐烂变质，反正它不是耗散结构。
1700257659
1700257660
1700257661