早在三月份，媒体就对马丁·A·诺瓦克关于惩罚价值的研究趋之若鹜。作为哈佛大学的数学家和生物学家，诺瓦克招募了大约 100 名学生玩一个电脑游戏，在游戏中他们用一角硬币互相惩罚和奖励。普遍的看法是，代价高昂的惩罚会促进两个平等个体之间的合作，但诺瓦克和他的同事证明了这种理论是错误的。相反，他们发现惩罚往往会引发报复的螺旋，使其变得有害和破坏性，而不是有益的。惩罚者非但没有获益，反而倾向于升级冲突，恶化自身境况，并最终失败。“好人有好报”，新闻标题欢呼雀跃。
这并非诺瓦克的计算机模拟和数学首次迫使人们重新思考复杂的现象。2002 年，他计算出可以预测癌症演变和扩散方式的方程式，例如转移瘤中何时出现突变以及染色体变得不稳定。在 20 世纪 90 年代初，他的疾病进展模型证明，只有当 HIV 病毒复制速度足够快，以至于毒株多样性达到临界水平，从而压倒免疫系统时，HIV 才会发展成艾滋病。免疫学家后来发现他的机制是正确的 [参见马丁·A·诺瓦克和安德鲁·J·麦克迈克尔撰写的“HIV 如何击败免疫系统”；《大众科学》，1995 年 8 月]。现在，诺瓦克又一次要做到这一点，这次是通过建模生命的起源。具体来说，他试图捕捉“从无生命到生命的转变”，他说。
43 岁的诺瓦克接受过生物化学家的培训，他认为数学是“科学的真正语言”，是解开过去秘密的关键。他还是维也纳大学的研究生时就开始探索进化数学，与进化博弈论的领军人物、奥地利同行卡尔·西格蒙德合作。正如诺瓦克将该领域命名的那样，进化动力学涉及创建描述进化过程构建模块的公式，例如选择、突变、随机遗传漂变和种群结构。这些公式跟踪，例如，当具有不同特征的个体以不同的速率繁殖时会发生什么，以及突变体如何产生一个接管种群的谱系。
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在哈佛大学进化动力学项目中心的所在地，黑板上写满了方程式。诺瓦克一直忙于研究如何将生命的出现精简为他可以用数学描述的最简单的化学系统。他使用零和一来表示生命最初的化学构建模块（最有可能的是基于腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤、胞嘧啶或尿嘧啶的化合物）。诺瓦克将它们称为单体，在他的系统中，单体会随机且自发地组装成信息二进制字符串。
诺瓦克现在正在研究该系统的化学动力学，这意味着描述具有不同序列的字符串将如何生长。他说，这个理想化方案的基本原理将适用于任何基于实验室的化学系统，其中单体会自组装，“就像牛顿方程描述任何行星如何围绕太阳运转一样，行星由什么构成并不重要，”诺瓦克解释道。“数学帮助我们看到最关键和最有趣的实验是什么。它描述了一个可以构建的化学系统，一旦构建完成，你就可以观察进化的起源。”
真的可以这么简单吗？目前，该系统仅存在于纸上和计算机中。尽管在数学上很容易建模，但在实验室中制造该系统却很棘手，因为它在没有任何酶或模板来帮助单体组装的情况下开始。“很难想象制造核酸的简单方法，”加州大学圣克鲁斯分校的生物分子工程师戴维·W·迪默说。“必须有一种起始材料，但我们非常深入一个模糊的领域，我们对如何在实验室中重新创造它或如何在没有酶的帮助下仅使用化学和物理方法使其工作没有好的想法。”
在 20 世纪 80 年代，生物化学家莱斯利·E·奥格尔和他在圣地亚哥索尔克生物研究所的研究小组表明，RNA 链可以作为模板，用于制造另一条互补 RNA 链——这种现象称为非酶模板指导的聚合。然而，弄清楚核苷酸如何在没有模板的情况下自组装已被证明更加困难。“我想要一个可以包含聚合物的过程，”诺瓦克说。
哈佛大学的细胞起源研究员艾琳·陈说，RNA 或 DNA 单体在没有酶的情况下形成聚合物的一种方法是在单体的一端添加一种叫做咪唑的化合物，使其更具反应性，聚合速度更快、更容易。脂质或粘土也可能是必不可少的——其他研究人员已经表明，它们可以帮助加速反应。例如，在伦斯勒理工学院，化学家詹姆斯·P·费里斯诱导腺嘌呤核苷酸在一种矿物粘土上组装成 RNA 短聚合物——长度为 40 到 50 个核苷酸的链，这种矿物粘土可能在益生元世界中很常见。
诺瓦克使用他的数学模型，研究导致这些链的化学反应，并为这些反应分配速率常数。也就是说，他想象具有不同二进制信息的字符串以不同的速率生长，有些字符串比其他字符串更快地吸收单体。然后他计算它们的分布。他注意到，生长速率的微小差异会导致丰度的微小差异；生长较慢的序列在种群中较少见，被更快的序列淘汰。“我发现这很棒，”诺瓦克惊呼，“因为现在你以完全自然的方式在复制之前就有了选择。”
一些链发生突变，有时一个序列会加速其他序列的反应速率，这证明了合作的类型，诺瓦克长期以来认为合作是进化的基本原则。他说，总而言之，结果是一个充满进化动力的类生命化学系统。他称这个系统为“前生命”，因为“它具有生命的品质——遗传多样性、选择和突变——但没有复制。”
通常，突变和选择被视为复制的后果。例如，如果突然之间，加拉帕戈斯群岛的雀类只能获得又大又硬的种子，那么那些喙更大、更强壮的雀类更有可能生存下来，并且一代又一代，它们将在种群中变得更加常见。对性状（无论是喙的大小还是其他性状）的选择取决于将该性状的基因传递给后代。但诺瓦克说，他的模型表明，在复制之前可能存在选择——这意味着可能存在对复制的选择。他指出，如果这种选择是可能的，也许它可以帮助解释生命的起源。
所有必要的条件是，少数链突然发展出复制自身的能力——一些研究人员认为，某些 RNA 链最初在原始地球上占据主导地位的方式。诺瓦克指出，必须有足够的游离单体存在才能使复制有利，并且复制链必须能够比非复制链更快地消耗单体。根据他的计算，只有当复制率超过某个阈值时，系统的平衡才会改变，从而允许生命的出现。“生命摧毁前生命，”他说道。“所有这一切都发生在某个阶段。”
诺瓦克希望他的模型能够指导实验。当谈到理解进化的开端时，构建他用数学描述的化学系统——一个只有两种类型的单体自组装然后自复制的系统——“是你所能做的最简单的事情，”他说。“数学是进化的正确语言。我不知道生物学的‘终极理解’会是什么样子，但有一点是明确的：一切都与得到正确的方程式有关。”