從化學(xué)角度看,生物過程簡(jiǎn)直精妙得無法想象。但是化學(xué)家在膜拜生物神之前應(yīng)該想到世界上很多其它東西也很復(fù)雜,但這些復(fù)雜體系并非一日建成,而通常是在一個(gè)關(guān)鍵雛形(prototype)上長(zhǎng)時(shí)間優(yōu)化而來。比如飛行,任何人看到現(xiàn)在的波音747都會(huì)對(duì)其復(fù)雜功能和控制系統(tǒng)嘆為觀止。但是飛行最重要的突破可能是懷特兄弟的可控飛行器,而那個(gè)初始飛機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有747那么令人感到深不可測(cè)。根據(jù)那個(gè)雛形優(yōu)化到747雖然也不容易,但都是技術(shù)細(xì)節(jié)。
所以找到生命的雛形對(duì)理解生命過程很重要。生物學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間就探索最簡(jiǎn)單的生命需要多少基因。今年Craig Venter的團(tuán)隊(duì)從一個(gè)天然細(xì)菌開始,經(jīng)基因工程改造得到一個(gè)只有473個(gè)基因的細(xì)菌,這是迄今為止最簡(jiǎn)單的生命。雖然這個(gè)叫做JCV-syn3.0的家伙除了吃和拉之外幾乎沒有其它功能,但是人家的確是個(gè)生命。從這個(gè)角度看有3萬個(gè)基因的人體和這個(gè)細(xì)菌比并無本質(zhì)區(qū)別,高等動(dòng)物的很多蛋白可能是me too蛋白,只是可以對(duì)付更復(fù)雜的環(huán)境壓力。
化學(xué)家則試圖使用非蛋白、核酸等生物分子建造有生命特征的化學(xué)系統(tǒng),如最近George Whitesides設(shè)計(jì)的硫酯/硫醇系統(tǒng)。生命過程使用的化學(xué)反應(yīng)只占已知化學(xué)反應(yīng)的極少一部分(室溫、水溶液反應(yīng)),細(xì)胞利用這有限的化學(xué)反應(yīng)能夠復(fù)制自己、抵抗各種外部壓力的原因是巧妙地把一系列化學(xué)反應(yīng)偶聯(lián)起來組成一個(gè)遠(yuǎn)離化學(xué)平衡的系統(tǒng)。封閉體系的化學(xué)反應(yīng)最終會(huì)達(dá)到化學(xué)平衡,從生物學(xué)角度看這相當(dāng)于死亡。利用外部能量和物質(zhì)維持遠(yuǎn)離化學(xué)平衡的有序行為是生命的特征之一。
Whitesides用一個(gè)四組分的簡(jiǎn)單化學(xué)體系(都是常見化工原料)和一個(gè)流動(dòng)供料系統(tǒng)制造了一個(gè)可控的有序體系,這個(gè)體系可以自催化復(fù)制某類分子、自己定時(shí)何時(shí)開始生產(chǎn)產(chǎn)物。根據(jù)供料速度這個(gè)體系可以顯示一些生命過程的特征,如雙穩(wěn)定性和持續(xù)搖擺輸出產(chǎn)物。這離把雞湯變成活雞還差很遠(yuǎn),但是關(guān)鍵的第一步。
硫酯是生物過程常見的物種。這類研究不僅可能解決生命起源這類學(xué)術(shù)問題,而且有朝一日可能會(huì)幫助藥物研究。現(xiàn)在的靶點(diǎn)選擇通常是通過敲除某個(gè)基因觀測(cè)生物體性質(zhì)變化,而我們對(duì)生物體的設(shè)計(jì)原理還幾乎一無所知。這如同在不知飛機(jī)設(shè)計(jì)原理的情況下一次取下一個(gè)零件然后觀察飛機(jī)的飛行性能,我估計(jì)飛機(jī)檢修不是這個(gè)做法,因?yàn)槲覀冎里w機(jī)的設(shè)計(jì)原理。同樣如果我們知道最雛形生物功能如免疫反應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ),或許我們治療疾病會(huì)采取完全不同的策略。