挑戰人工創造生命：科學家發現信息串生成機制

新浪科技訊 北京時間22日消息，據國外媒體報導，生命是如何起源的？科學家能夠創造出生命嗎？這些問題不僅一直縈繞在生物科學家的心頭，也是未來技術研究者探索的內容。如果我們可以創造出人工生命系統，那不僅可以幫助了解生命的起源，而且對未來技術的發展也會生革命性的影響。

原初生命體(protocell)是我們能想到的最簡單、最原始的生命系統，被認為地球生命的最古老祖先。這是一種由膜或膜樣的結構包圍非生物有機分子的集合體，能表現出一些與生命相關的屬性。如果科學家能夠創造出一個人工原初生命體，那以此為基礎，就能進一步創造出更複雜的人工生命。

然而，創造人工原初生命體遠不是一件簡單的事，到目前為止也沒有人能成功做到。最大的挑戰之一，是創造出能夠遺傳給細胞(包括原初生命體)后代的“信息串”——如脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。在細胞的新陳代謝和分裂過程中，這些信息串起控制作用。

生命的必要條件

在細胞分裂之后，如果子細胞中的信息串發生了細微的改變(如提供了更快一些的新陳代謝速率)，那子細胞可能就會更加適於生存。這些子細胞有可能生存下來，繼續繁殖，演化過程也由此開始。

近日，來自南丹麥大學基礎生命技術中心(FLINT)的研究者在《歐洲物理快報》(Europhysics Letters)上發表文章稱，他們已經在虛擬計算機實驗中，發現了具有特殊性質的信息串。FLINT的負責人斯蒂恩·拉斯穆森(Steen Rasmussen)教授：“發現信息串的生成機制是研究人工生命的必要條件。”

目前，斯蒂恩·拉斯穆森及其團隊還面臨兩個問題。首先，長的分子鏈在水中會發生分解。這意味長的信息串在水中會迅速“斷裂”，變成許多短信息串。因此，要想在長時間內保持足夠數量的長信息串十分困難。

其次，在不使用現代各種生物的情況下，這些分子很難進行複製。只有在另一條匹配好的較長分子鏈的作用下，兩條較短的分子鏈才可以連接成為一條較長的分子鏈。斯蒂恩·拉斯穆森解釋道：“在我們的計算機模擬——即虛擬分子實驗室——中，信息串一開始就如預計的那樣，快速、高效地進行複製。然而，我們驚奇地發現，整個系統很快生了同樣多的長、短信息串，后來則出現了一個很強的信息串選擇模式。我們看到，只有那些組成模式十分特殊的信息串才能最終倖存下來。我們很困惑：如此協調一致的信息串選擇模式是怎麼生的？我們並沒有事先進行編程。問題的答案顯然存在於信息串之間的相互作用中。”

就像一個社會

根據斯蒂恩·拉斯穆森的理論，在充滿信息串的虛擬反應池中，一場所謂的“自組織”自動催化網絡形成了。

在自動催化網絡中，分子間可以互相催化，自動生成。每個分子可以由網絡中至少一步化學反應形成，而每個反應可以由網絡中至少一個分子進行催化。這一過程展示了一種原始的新陳代謝形式，而且信息系統可以自我生成和複製，並遺傳給下一代。

“一個自動催化網絡就像一個共同體，每個分子就是一個居民，不斷與其他的居民發生互動，一起組成了一個社會。”斯蒂恩·拉斯穆森解釋道。據實驗結果顯示，這個自動催化網絡迅速進入了另一個狀態：各種長度的信息串以同樣的濃度存在。這與我們通常看到的情形並不相同。在此之后，選定的信息串呈現出相似的反應模式，這也是不同尋常的。

斯蒂恩·拉斯穆森對此解釋道：“我們可能發現了類似於促成最初生命生的反應過程。當然，我們並不知道生命是否真的按這種方式生，但這很可能是其中的一步。或許在原初生命體生的時候，相似的過程生出了更高的濃度和更長的信息串。”

新技術的基礎

活動信息串的形成和選擇機制不僅讓研究如何創造原初生命體的科學家感到興奮，而且對於那些努力探索未來技術的研究者來，也有十分重要的價值。這也是FLINT中心的科學家正在做的。

“我們正在尋求發展以生命和類生命過程為基礎的技術。如果成功，我們將擁有一個很不一樣的世界：技術設備可以自行修復、開發新功能並重覆利用，”斯蒂恩·拉斯穆森，“例如，一台用生物材料製成的計算機在生和處理時就具有非常不同的要求，而它對環境的壓力也會小很多。”(任天)