14.1

尼克·莱恩提出有关生命起源的重要问题,并给出了回答。

“在生物学的核心地带,存在一个未知的黑洞,”尼克 · 莱恩(Nick Lane)在他2015年出版的《复杂生命的起源》(The Vital Question)一书开篇如是写道,“坦白说,我们不知道生命为什么是现在这样。”如此赤裸裸地对生命科学发起挑战颇需要一些胆量——这话是在暗示,学界更多的是在记录生命,而非解释生命。

莱恩是伦敦大学学院的演化生化学教授,他看起来不像是那种会发出如此挑衅的质疑的人。他谦虚得让人难以心生敌意,在回答“生命为什么是现在这样”时,他的态度热情、坚定,但也时常给出免责声明,坦率地承认他的解释可能有错。他说:“我逐渐意识到,犯错实际上是一件非常有趣的事情。”

但下一刻,他的自信重新占据了上风。的确,他在细节上可能会出错,但在整体方向上,“我不可能是错的,因为从根本上讲,我的观点是:能量对生命很重要,而它运作的独特方式必定告诉了我们有关生命如何运行的某些关键内容。”

莱恩和我正坐在伦敦的惠康收藏馆里,这是惠康医疗慈善基金会旗下最主要的公共空间,该基金会由维多利亚时代的制药企业家、收藏家亨利 · 惠康(Henry Wellcome)于1936年设立。我们四周陈列着惠康收藏的骨锯、宗教遗物和医学主题油画——这个地方正适合用来讨论生命如何起始、如何行进、如何终结。

莱恩展现出了一种奇特甚至可能是自相矛盾的心态,这种心态似乎在许多离经叛道、富有创造性的科学家身上都能看到:他不惮于承认自己会出错,但坚信自己从根本上是正确的。他有着兼收并蓄的灵感来源,但最关注的是自己的个人视野。他独立思考的方式反映在他非传统的职业道路中,这种非常规的职业选择——连同他视野的广度——让人想起已故的詹姆斯 · 洛夫洛克(James Lovelock)。洛夫洛克也对生命与其所居住和改变的行星环境之间的关系进行过深入思考。和洛夫洛克一样,莱恩有着做科普的天赋,善于深入浅出地解释专业理论,这使得他能够将一种观察生物体的全新视角介绍给更多的受众。不然,这种观点可能就要藏在专业必威体育备用地址 的角落里无人问津了。

14.2

深厚的历史:尼克·莱恩在伦敦惠康收藏馆,这座博物馆引领人们穿越探索健康和人类历史的时光长廊。对于这位演化生化学家来说,这座博物馆正适合他置身其间,描述他那有关生命起源的惊人研究

莱恩提出了少有人想到的与生命有关的问题,又对这些问题给出了精妙的回答,这让他赢得了广泛的认可、赞誉和钦佩。他在2010年出版的《生命的跃升》(Life Ascending)一书获得了英国皇家学会科学图书奖,并在2016年因向公众传播科学知识而获得了英国皇家学会著名的迈克尔 · 法拉第奖。比尔 · 盖茨曾说《复杂生命的起源》“让我折服”,并为莱恩的研究提供了整整120万美元的资金。

通过科学出版物、科普读物以及实验室实验,莱恩一直在稳步构筑一种有关生命如何运作、如何起始、如何演化的非传统叙事。该叙事的核心并非信息的基因遗传,而是生命如何利用环境中的能量来构建复杂的分子系统。他在新书《转化者:生与死的深层化学性质》(Transformer: The Deep Chemisitry of Life and Death)中写道:“生与死的区别在于能量流动。”

《转化者》为克雷布斯循环的起源提供了一种解释。克雷布斯循环是所有依靠呼吸生存的生物体新陈代谢的核心生化过程。在该循环中,大分子被分解成小分子,并在此过程中生成能量。像细菌这样的原核生物和像我们这样的真核生物都会产生克雷布斯循环。克雷布斯循环有时也被称为柠檬酸循环,它是在1937年由英国生物化学家汉斯 · 克雷布斯(Hans Krebs)发现的。它生成细胞能量,同时通过一系列循环的酶催化反应产生氨基酸和其他重要细胞成分的前体。

克雷布斯循环通常被认为是标准生物化学中一个重要但极其枯燥的部分。一年前,我在一次科学招待会上与莱恩闲聊时,他告诉我这是他下一本书的主题。说这话时,他带着自嘲的笑容,暗示自己是在做件没用的傻事。“基本上,就算对专门研究克雷布斯循环的人而言,它也极其乏味,”此刻,他告诉我,“但不知为何,这让我很兴奋。我记得我读过意大利化学家和作家普里莫 · 列维(Primo Levi)的文章,他说一个好的作家应该有能力让任何主题变得有趣。也许我是把这当成一种挑战了。”

像莱恩这样天赋异禀的阐释者,选择如此气派地迎接这一挑战并不奇怪。《转化者》中的故事不仅生动有趣、引人入胜,还充满了激动人心的观点:有关生命的起源和演化、有关健康和疾病的调节者、有关生命本身的基本属性。“这个故事关乎新陈代谢的生物化学,也关乎生命的起源,它与动物的起源有关、与癌症有关、与意识有关,”莱恩说,“这些都是非常宏大的概念。”

作为伦敦大学学院生物学系和生物化学系辖下最大小组的负责人,莱恩进行的实验与其说是当今分子和化学生物学的许多尖端技术所能创造的奇妙魔法,不如说似乎更接近20世纪50年代那种富有创造性、推测成分居多的“化学烹饪”。实验的“原料”再简单不过了:二氧化碳、氢气、铁矿物质、盐。从它们中脱胎而出的,并不完全是生命本身的迹象,而是有关生命如何起始的线索。

莱恩沿着一条不寻常的路走到了这一步。他曾在伦敦帝国理工学院学习生物化学,于20世纪90年代获得伦敦皇家自由医院的博士学位,该院后来并入了伦敦大学学院。“我拿到了一个不错的学位,但也不算太好,而且我还欠了一大笔债,”他说,“我在一家实验室找到了一份工作来赚钱还债,而这份工作又给了我一个获得博士学位的机会。”当时,该实验室由外科教授科林 · 格林(Colin Green)主管。莱恩回忆说,格林是一个不得了的人,他建立了巴勒斯坦的第一所医学院,当年还是伦敦城市芭蕾舞团的总监。

当时,莱恩致力于研究器官移植,他试图理解为什么移植会引发缺血,即由于血氧水平过低导致组织损伤的现象。移植有可能导致体内的自由基爆发生成,自由基是含有未成对电子、易反应、具有氧化性的化学物质。莱恩试着引入抗氧化剂来减少损害。“但是没有一样管用,你会觉得要么是剂量不对,要么是时机不对,要么是其他什么不对,”他说,“从某种角度上看,那很有意思,于是我意识到我热爱研究。从另一种角度看,那又让人挫败。”然而现在回想起来,莱恩对生命的宏伟想象的精髓已经包含在了那些失败的实验中。

在不认识自由基化学领域的任何人的情况下,寻求该领域的博士后职位显然不太可能成功,但莱恩另辟蹊径。“当时我刚刚在一次报纸写作比赛中获得亚军,所以我找的是文字工作,”他解释,“其中有些岗位很可怕——为制药公司撰写临床试验报告,那乏味得令人难以置信。”最终,他找到了一份医学动画方面的工作。“它基本上就是为制药公司做软性营销,”莱恩说,“我做了几年,学到了很多关于写作的诀窍。首先,讲一个直白的故事。其次,使用国际通用的大白话英语。我还发现我能理解、掌握此前所知甚少的主题。我能迅速地抓住其中的精髓。事实证明,这是一项有用的技能。”

但这份工作的乐趣也就到此为止了。“我的出路是尝试写本书。”莱恩说,好像这是个显而易见的选择。在20世纪90年代,由有氧呼吸引起的自由基化学被认为是许多疾病机制的核心。为什么会这样呢?——这正是他在2002年出版的第一本书《氧气:改变世界的分子》(Oxygen:The Molecule That Made the World)中引领全文的问题。“但我不知道氧气是从哪里来的,”他说,“我对地球生命的演化史一无所知。”随着他开始探索这个问题,他说,“我像是又一次爱上了科学。”

但他遇到了一个让他困惑难解的问题。“从演化的角度来看,氧气似乎是个棒极了的东西。大气中的氧气越多,生命就越丰富。然而,医学界却说过多的氧气会让你因为自由基中毒。”他认为,这一切都要归结到线粒体的有氧代谢上:线粒体是一种细胞器,细胞中的能量通过克雷布斯循环以腺苷三磷酸分子的形式在线粒体中生成。这成了他的下一本书、2005年出版的《能量、性、死亡:线粒体与我们的生命》(Power,Sex,Suicide:Mitochondria and the Meaning of Life)的主题。

如今,人们普遍认为线粒体是一种完全不同的单细胞生物的残余,它在演化史上很久远的某个时间点(也许是15亿年前)与另一个细胞融合了,这个过程被称为内共生。这个猜想可以解释一些现象,比如,为什么我们今天的线粒体包含一小部分独有的、与细胞核中基因组其余部分分离的基因。正是拥有这种细胞核决定了像我们体内的细胞(真核细胞)和像细菌、古菌这类单细胞生物的细胞(原核细胞)之间的区别。

关于这场重要融合的具体情形仍然存在争议,相关争论中有部分非常激烈。一些研究人员认为它发生在一个既存的真核细胞和一个原核细胞之间,另一些人则认为融合的细胞双方都是原核的。莱恩支持后者,他说那些主张“先有真核细胞(后有线粒体)”的人“本质上是出于情感原因”才这样认定的。他说,“线粒体在细菌内共生体与古菌宿主细胞融合时出现”这个观点与我们所知的真核细胞的演化历程是一致的。

无论如何,获得了内部“发电站”的细胞突然能够做到全新的事情了——比如组合成为多细胞生物。莱恩在与德国杜塞尔多夫大学的微生物学家比尔·马丁(Bill Martin)对话时进一步明确了自己的观点。对于内共生时是什么事件导致拥有线粒体的真核生物出现,马丁的观点并不传统,他认为其中发挥核心作用的并非氧气,而是氢气。在这个“氢假说”中,宿主细胞是一种使用氢气进行新陈代谢的古菌,而后来变成线粒体的细菌能通过无氧呼吸产生氢气(以及二氧化碳),因此,它为宿主提供了所需的燃料。

莱恩说:“2002年左右,在《氧气》问世时,我参加了英国皇家学会的一次讨论会,比尔也在那里,他就生命的起源发表了一场十分令人惊奇的演讲。”演讲中,马丁提出了氢假说,还解释了为什么在他看来,早期生命更多地与新陈代谢和能量流动有关,而并非基因和蛋白质。“整个演讲内容都非常激进,它在现在看来仍然激进,但在当时像是疯人狂言,”莱恩说,“马丁是对我的思想影响最大的人之一。”

受到这些观点的刺激,莱恩发现他正在酝酿的《能量、性、死亡》一书找到了新方向。“它从一本关于线粒体的书变成了一本关于复杂度起源的书,”他说,“归根结底,问题的关键不在于氧气,而在于线粒体和基因组的能量学。我仍然认为,这基本是看待这个问题的正确方式。”

后来,莱恩和马丁合作,于2010年提出,随着线粒体的获得,“基因段均能量”发生了变化。根据他们的计算,真核生物每段基因的能量是原核生物的20万倍。有了这些资源,真核生物可以做到原核生物无法做到的事情,比如变成多细胞生物,发展出复杂的形式和集体行为。由于这种能量增加,大型动物(最终也包括我们人类)有机会出现,细菌和古菌无法做出的行为(如有性生殖)也成为可能。

21世纪头十年中期,随着这些关于生命起源之能量学的观点涌现,莱恩意识到他正处于一个转折点。当时,他的科学写作事业稳稳当当。他正着手写《生命的跃升》,该书探讨了 “演化史上的十大发明”(包括在他看来导致了真核生物出现的内共生)。但几乎是偶然地,他发现了一种关于演化史上某个关键阶段的假说,它具有广泛而深远的内涵。

在谈及“生命如何起源”这个问题时,人们所指的往往是如何用早期地球上可能存在的简单无机化合物(一氧化碳、水和氰化物)制造出诸如氨基酸和核苷酸等生命的分子“原料”,后两者都是蛋白质和核酸RNA与DNA的组成构件。假设你成功地在这些前生命反应中制造出了核苷酸,那么下一个挑战就是把它们连接成链和聚合物——例如,向20世纪80年代提出的“RNA世界”进发。根据这一假说,起初是由RNA分子扮演着催化剂和可遗传“基因”信息载体的双重角色,直到后来蛋白质和DNA才分别接管了这些工作。

莱恩说,这个理论很棒,但是要制造出这样的分子并让它们运作,需要一种能量来源。在有关前生命化学的早期研究,如哈罗德 · 尤里(Harold Urey)和斯坦利 · 米勒(Stanley Miller)的研究中,驱动化学反应的能量来源通常被认为是太阳光、太阳紫外线辐射,或是大气中的闪电放电。但是,今天无论是细菌、植物还是动物的活细胞中几乎所有的能量,最终都是“化学渗透性的”:细胞中无处不在的腺苷三磷酸分子通过利用生物膜两侧离子浓度差异(特别是仅为孤立质子的氢离子)所产生的驱动力来生成能量。就像堤坝里的水力涡轮发电机一样,这种“质子动力势”驱动着ATP合酶,该蛋白质嵌在膜内,当它的头部在固定于膜上的套管内转动时,就会形成腺苷三磷酸分子。莱恩说,几乎所有的细菌、古菌和真核生物中都存在ATP合酶。“它和遗传密码本身一样具有普遍性,”他在《复杂生命的起源》中如是写道,“它应该像DNA双螺旋一样成为生命的象征符号。”换句话说,实际上,生命的关键就是电荷(电子和质子)的流动,它是制造生物分子和为代谢途径提供能量的驱动力。

“我一直在积极地思考,我该如何去验证其中某些想法呢?”他回忆道,“我怎样才能回到学术界呢?”然后他就走好运了。

2008年,莱恩遇到了作家、科学家唐 · 布拉本(Don Braben),他倡导“蓝天研究”,这种研究以好奇心为导向,不以任何具体问题或应用为目的。布拉本曾在伦敦大学学院工作,如今他在该校研究院院长办公室担任荣誉职务。莱恩说:“唐的观点是,如果采用当前的资金资助模式,20世纪的一些重大突破将永远不会出现。”布拉本说服了伦敦大学学院的校长,在基本没有同行评议的情况下为研究计划提供支持。“他想要看到具有潜在变革意义的想法,只要为之提交很简短的计划即可,”莱恩说,“很明显,在当时,这是我重返学术界的最佳机会。”

经过多次沟通,莱恩的申请收获了一个叫作“校长风险探索研究员”的资助职位,期限是从2009年到2012年。“回到实验室的感觉很奇怪,”他说,“我笨拙得令人难以置信,非常业余,而且我什么设备都没有——我不得不去求借别人的。我做的事情都非常愚蠢,但其中有些还是奏效了。”

莱恩的研究计划的标题是“化学渗透和复杂生命的基础”。“我只和尼克见了一两次面,就确信他是一位杰出的科学家,有朝一日也许能获诺贝尔奖,”布拉本说,“他没来试图说服我相信他的研究会产生这样或那样的奇妙结果,而是将全部精力放在相关的科学研究上。”

“尼克在我们会面时的表现让我相信,这位科学家会做成一些重要的事,从根本上改变我们的思维方式,”布拉本补充道,“但由于资金申请的成功率在20%左右,他从正常渠道获得资助的可能性微乎其微。”

莱恩称赞伦敦大学学院,“它是一个人们真正关心各类观点、关心他人成果的环境,是一个真正脚踏实地、充满协作精神的地方。在这里,你可以轻易地用自己的热情感染他人。”

在《复杂生命的起源》一书中,莱恩详细而具体地描绘了生命首次出现在地球上时的可能场景。他的构想建立在20世纪70年代提出的一种观点上,即生命并非始于某种原始汤(如池塘或富含有机分子并被阳光温暖的浅海),而是始于海洋深处被称为热液喷口的结构,这是一种位于海床上的矿化烟囱状结构,在火山活动下,富含矿物质的热液会从中喷出。

20世纪80年代后期,英国化学家迈克 · 拉塞尔(Mike Russell)开始为之构建详细的场景,以解释其中必要的化学反应是如何产生的。他说,铁的硫化物矿物质可能是驱动碳固定所需的能量和电子的来源。部分喷口富含这类矿物质,它们可以发生“氧化还原反应”(例如,从碳化合物中加入或减去氧原子和氢原子),因为铁离子在两种不同的电荷状态之间循环。即使是今天,在某些酶中也普遍能找到铁原子和硫原子簇,包括那些催化呼吸反应的酶。拉塞尔怀疑,这是铁的硫化物矿物质早期作用的残留。

这幅图景被称为生命起源的化能自养理论,它汲取了20世纪80年代德国化学家根特 · 瓦特赫绍泽(Günter W?chtersh?user)的研究成果,瓦特赫绍泽认为,由铁硫反应驱动的反向克雷布斯循环可能是第一条生物化学代谢途径。1997年,拉塞尔和他的同事艾伦 · 霍尔(Allan Hall)证明了碱性热液喷口的酸碱值梯度能够与铁的硫化物的氧化还原反应结合,促使第一批生命体出现,这些生命体利用质子动力势来驱动新陈代谢。

为了利用这样一个“化学渗透”的浓度梯度,你需要一层将空间分割成不同浓度区域的膜,这样这种浓度差就不会被分子或离子的扩散消除。拉塞尔认为,在热液喷口处,这种膜可以是无机的——由铁的硫化物或氢氧化物等矿物化合物构成。也许,一旦这些结构生成了伪代谢化学过程,并经由此过程产生了像有机脂肪酸这样的分子,它们就能创造出自己的有机膜,也就是如今的细胞磷脂膜的前体。这样一个系统可以将电子从氢气分子转移到二氧化碳分子(这两种分子大量存在于热液喷口中):这是生成更复杂的有机分子(如甲醛、羧酸)的第一步,并最终会成为克雷布斯代谢循环的组成部分。

换句话说,热液喷口的氧化还原反应所能做到的并不是找到制造第一个原始细胞生物的生物分子,然后寄希望于它们以某种方式聚集在一起、形成一个有组织的实体,而是产生具有现成能量来源、分隔式的化学反应器,生成生命起始所需的复杂有机成分。

莱恩说,在拉塞尔的设想中,质子梯度和质子动力势在碱性热液喷口的细胞型空腔中运作,“这真的让我兴奋不已。在将地球化学和结构与生物化学的起源彼此联系这点上,迈克 · 拉塞尔从过去到现在都给我带来了无数灵感。”

莱恩说,像热液事件这样的环境为生命的启动提供了“我们认为我们所需要的一切”:这些原材料包括碳源(二氧化碳)、能源(酸碱值梯度)、催化氧化还原反应的制剂(如铁的硫化物)以及提供分隔的膜。

事实上,在21世纪头十年中期,马丁和拉塞尔详细阐述了碱性热液喷口的生命起源理论,以及那里发生的无机化学反应如何形成了克雷布斯循环,后者将二氧化碳中的碳固定成了早期有机体可以使用的形式。他们构想了这样一个场景:这些最早的原生物可能首先发育成具有有机膜的简单细菌样细胞,然后在大约20亿年前,与线粒体融合形成真核生物。

马丁和拉塞尔的研究成果是莱恩的生命起源理论的基础。拉塞尔说:“大体而言,尼克的大多数想法似乎都追随了我的观点,不过和我相比,他的想法更具生物化学方面的基础,而我的观点是从地质勘探与地球化学方面的知识和经验中建立起来的。”马丁的态度就没那么正面了。他说,莱恩书中描述的某些观点是他提出的,但他的功劳并没有得到充分的认可(尽管书中对他的多次引用都很规范)。拉塞尔说,他对莱恩延伸和普及他思想的方式没有恶感。“就我个人而言,我对他讲述、宣传这项研究的方式十分认可。”他表示。

惠康收藏馆的展览室里,游客不时走过,朝玻璃展柜里窥视,而莱恩在阴影处解释他的设想。尽管这个故事在化学层面如此复杂,我仍然能看出他是多么坚信它为生命如何在地球上获得立足点提供了一幅合乎逻辑的图景。他说,之所以把化学渗透能量和代谢反应置于这种假说的核心位置,是因为这与遗传学研究表明的第一批生物体可能的模样非常吻合。他的假说“提出了一个骇人的预测”。“所有这些生物化学反应都会自发地发生。但这是一个多么美丽的预测啊!”如今,他正试图在实验室中检验它。

《转化者》则通过解释此假说下克雷布斯循环本身如何出现,为这个故事填充了血肉。按莱恩所写,这种复杂的、周期性的系列反应“通过从食物(分子)的碳骨架中剥离氢原子,然后将它们喂给氧气这贪婪的怪物”来产生腺苷三磷酸,而这正是呼吸作用的过程。从纸面上看,它像是柠檬酸相关分子的某种任意的转化序列,这也是生物化学专业学生在学习和理解时的一个难点。但是莱恩现在认为,考虑到二氧化碳、氧气和氢气在新陈代谢过程中的作用,所有这些化学反应几乎都是不可避免的。

莱恩说,放在五六年前,他只会承认某种类似这个序列的东西必然会出现。“这种程度的反应网络会自发发生,这似乎让人难以置信,但事实越来越像是如此。”莱恩指的不仅仅是循环本身,还有从循环中衍生出的反应。这些反应会形成氨基酸和能在DNA及RNA中找到的特定核苷酸碱基。“在这个情景里,假如你有了这么个分子,你会问,接下来会发生什么呢?然后你会看到到底发生了什么。你会组成这样一个分子,以此类推。你开始把这些画下来,然后你会想……老天,这不就是克雷布斯循环么!你几乎不可能得到任何其他东西。”

如果莱恩是对的,这表明在任何类似前生命期地球的行星环境上,都会出现相同的生物化学反应。换句话说,化学热力学和动力学原理决定了一种前达尔文式的趋同演化,创造出了某个至少是接近克雷布斯循环的东西。“它所要求的只是一颗大气中含有二氧化碳的、湿润的岩石行星或者卫星,”莱恩说,“这要求并不过分,对吧?银河系中可能有数十亿颗系外行星符合这套标准。你还需要像热液喷口那样的化学不平衡环境。真正重要的是将这种环境不平衡转化为生命物质:将二氧化碳和氢气转化为循环中间体、氨基酸和核苷酸。”一个大胆的假设是,生命不得不如此——而且不仅是地球上的生命,类地球环境中的任何生命都是这样。“这太简洁了,”莱恩说,“它解决了那么多问题,实在是激动人心。”

在最初的原细胞出现之后,它会演化成什么样子就是另一回事了。到目前为止,莱恩详细阐述了他的设想以解释第一批核苷酸及其聚合物的产生,而最近,他和他的团队提出,二氧化碳固定的能量学或许可以解释为什么遗传密码会是如此形态(遗传密码将DNA的核苷酸序列与蛋白质的氨基酸序列联系起来)。“我的研究刚进展到信息和演化能力的起源,”莱恩说,“但是我离涉及核糖体这样的分子机器还有很长的路要走。”核糖体是一种多分子装配体,通过RNA中的信息制造蛋白质。“于是,这就又有了一个有趣的问题:你能想象到的最简单的分子机器是什么?”

可是,是否有任何证据证明生命的确是这样起始,而且不得不这样起始呢?“这里面有一系列可能正确也可能不正确的预测,”莱恩承认,“人们很容易自欺欺人地认为,某个想法很美丽,所以它肯定是事实。事实也许并非如此——也许这些联系不够强有力,又或者存在其他解释。”

这个猜想需要在实验室进行验证,而这正是莱恩手头在做的事。他和他的团队使用微流体系统观察,以二氧化碳、氢气和诸如硅酸盐及铁盐等简单的无机成分为开端,是否能够生成某些克雷布斯循环化合物。他们正在缓慢地取得进展。“我们至少得到了乙酸盐,可能还有丙酮酸盐。”他说,这是克雷布斯循环中的两种关键分子。他们还证明,在碱性热液喷口处的环境条件下,“原细胞”(由简单的脂肪酸组成的有机膜构成的封闭隔室)会自发形成。

“我身边似乎聚起了一群思想非常自由的人,”他表示,“我鼓励他们反驳我说的每一句话,而他们似乎很享受这样做。于是几乎每天都会有许多变向曲线球一样出人意料的问题被抛向你:要么说这是错的,要么说我们接下来能做什么,我们怎样才能走出这个困境?”

尽管莱恩对于科学界深思的某些最为深奥的问题提出了许多宏伟的想法,但他并没有忘记自己早期致力于疾病研究的经历。这也是他研究图景中的一部分。“癌症的问题在于生长(能力),”他说,“在于癌细胞如何优化代谢通量,从而能够自我复制。”癌症也和克雷布斯循环有关。“做癌症研究的研究者们已经沿着这些思路思考了一段时间,并且,它也会和衰老产生关联。它将三个不同的领域连接在了一起,而它们本就该如此。”

另有一个意想不到的方向,对碳固定化学的兴趣也日益兴起。“人们之所以对它愈加感兴趣,部分原因在于二氧化碳捕获和气候变化等问题,”莱恩说,“我们可以减少二氧化碳,并将其转化为碳氢化合物等有用的东西——和前几年相比,如今人们对待这个想法的态度可变得严肃多了。”

对于他那有关能量和电子流的中心性的观点,莱恩愿意给出一些进一步的推测。《转化者》的结尾讨论了电子流在思想和意识进化中的作用。“细胞膜上嗡鸣的电位也是一种运动,那舞动的电荷、电子和质子正是生命的基本粒子。”莱恩写道,“移动的电荷产生电磁场,渗透到我们的存在中。显然,代谢通量在细胞上生成了电磁场。人的情感和感受会不会在某种程度上与这电荷的舞动、与细胞那转瞬即逝的状态有关?”

“我认为这猜想完全正确的可能性很小,”莱恩承认,“但可能性确实存在,这一点让我着迷。”

这似乎是莱恩那极富创造力的头脑带他去往的下一个方向。“如果你几年前问,我希望在有生之年看到哪个问题得到解答,我几乎肯定会说一个和生命起源有关的问题,”他说,“但奇怪的是,在概念层面,我觉得我现在几乎已经搞懂它了。还有很多实验室工作要做,但我觉得我已经能把所有线索连在一起了。所以如果现在再问我想看到哪个问题的答案,我会说是意识问题,因为我觉得关于意识问题还有更多的未知领域。”

尽管莱恩领导着一个大型研究小组,忙于构想和检验复杂的假设,但他仍然热衷于向尽可能广泛的受众传播科学知识。事实上,他对此几乎有一种迫切的责任感。“提出重大的问题,并试图用这些问题来激发其他人的兴趣——这些正是科学的乐趣所在,”莱恩说,“我们必须想办法让人们明白,科学是一种人类活动,是为了发现我们所不了解的世间事。”

在一个科学普及可能会最终为了让大众接受而过分简化观点的时代,莱恩的书也许显得毫无妥协之意。《转化者》中充满了克雷布斯循环中间体及其反应的图解:是的,对于那些在学校化学课上记性不好的人来说,“分子”是一种相当可靠的威慑。“读这书需要耐心,”他承认,“需要读者付出一定的投入。但我没有对他们摆出高人一等的样子。我给他们提供了一个机会,让他们看到这件事为什么是这样。”

莱恩的使命之核心正是这种对传播知识的迫切渴望,它不是在宣教,也不是简单地讲:“相信我,我是一个科学家。”他说:“对大多数科学家而言,多数时候推动他们继续前进的是未知带来的兴奋。然而,不知何故,这种情绪并没有很好地传递给公众。如果我们能够做到这一点,我认为社会将会对科学产生更多的激情和共鸣,继而对我们如何应对气候紧急情况或流行病做出更好的决定。这不仅仅是让人们了解科学,而是让人们参与其中,成为科学的一部分,让人们感受到科学是为他们服务的。”

资料来源 Nautilus

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本文作者菲利普·鲍尔(Philip Ball)是伦敦的一位科学作家,他的最新著作是《心灵之书》(The Book of Minds)。