像物理学一样研究生命起源

一个针对探索生命起源答案的简单提议

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这篇文章曾发表于《大众科学》的前博客网络,并且只代表作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


准备一个科学演示文稿可能很费力,但更多时候,这其实是玩转一些半成熟想法的好机会。没有什么比站在观众面前(特别是同行)接受快速考验更刺激的了。所以会后的鸡尾酒是必不可少的。

这周,我在华盛顿特区向美国国家科学院天体生物学和行星科学委员会做了一个报告,算是初步检验想法。我的演讲主要是为了汇报一项生命起源研究工作,以及我撰写的一篇相关期刊文章,文章链接在此:这里这里。但我在最后偷偷塞进了一个有点挑衅性的观点。

生命起源研究面临的最大挑战之一是,存在许多子领域都在致力于解答核心问题(例如:地球上的生命是如何出现的?更普遍来说,生命是如何出现的?)。很难看出这些子领域研究进展之间的关联性,也很难判断我们是否正在逼近一套真正可验证的假设。


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那么,在其他研究领域,是否存在可以借鉴的相似之处,从而为我们提供一些有用的工具呢?也许有。例如,在物理学中,如果有人提出了一种自然界的现象或属性——比如某种粒子或场——你就会看到如下的图表

弱相互作用重粒子(WIMP)的相互作用截面与粒子质量的关系,以及来自观测或实验限制的区域和界限,这些限制可以排除某些属性范围(图表取自 INSPIRE:高能物理信息系统)

在这里,你看到的是弱相互作用重粒子(WIMP)的基本特性——一种暗物质的候选粒子。图中填充的区域和曲线代表着参数空间中可以通过不同实验或观测方法探索的范围。关键在于,当物理学家成功排除掉拥有这些区域内属性的 WIMP 可能性时,他们就缩小了选择范围,从而帮助我们更接近于确定粒子的最可能属性(如果它们真的存在的话)。

这种方法非常有效。不同的研究人员和团队可以专注于不同的方面,各自为研究贡献有价值的约束条件,并且所有人都受到一种可能性的激励:他们或许能幸运地直接找到难以捉摸的暗物质的证据。

看起来,类似的方法或许也适用于生命起源的研究(至少在地球生命起源的范畴内是如此)。例如,我们已经知道一些环境,可以初步排除这些环境不太可能产生我们所知的生命形式(例如,恒星大气、铁质行星内核、极端高温或低温、缺乏特定元素的区域等等)。

关键问题将是,在生命起源的参数空间中,“坐标轴”究竟应该是什么?——我们可以设想,温度、无机/非生物基质、分子群体以及其他因素都可能是备选项。但关键在于找到那些真正具有“排除”潜力的量化指标。

仅凭这一点就足以引发一场非常有趣的初步探讨。现在的挑战是如何让人们展开这场讨论!

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