周五直播预告：生命起源最重要的问题——主体性与层级跃迁

2020-11-26 2,476 0

生命作为最典型的复杂系统，从细胞到个体再到群体，在不同层次上都展现出各种复杂性，引发不同学科研究者的兴趣。为了促进生命复杂系统的跨学科交流，我们策划“生命复杂性”系列读书会，组织精读和讨论相关研究。

生命起源是最迷人的科学问题之一，也是生物、化学、地质等多个学科的汇合地。而从复杂性科学的视角看，生命起源和发展是一个多次涌现、逐层跃迁的过程。

11月27日（周五）晚，生命复杂性读书会成员小木球，将进行第四期分享，延续第三期的思路，介绍关于生命起源的四大经典理论和最新工作，并讨论生命分阶段起源的定量研究设想。

本次分享涉及复杂性科学与生命科学的交叉。建议预习文章：

张江：从复杂科学视角，追问生命是什么

生命起源研究的新里程碑：Science刊文揭示前生命化学自催化网络

分享人小木球是分子遗传学博士，集智科学家，从事医药研发工作。研究兴趣为生命起源与合成生物学。

直播信息与报名方式

直播时间：周五（11月27日） 19:00-21:00

参与方式 1：腾讯会议（需报名参加系列读书会）

参与方式 2：集智俱乐部B站直播

扫描下方二维码，点击「我要听」报名，内附B站直播地址：

第四期内容介绍

大纲：

生命起源问题调研

背后的相关学科
Awesome List of Life Origin
学科关系知识图谱
21世纪的研究热点
前生命化学与太空生物学

生命二级涌现（层级的跃迁）的条件

均质足量-简单规则
热力学稳定
几种循环结构及意义
主体性结构的3个特征

四大生命主体理论与RAFs

Ganti与化学子假说
Varela与自创生假说
Eigen与超循环假说
Kauffman与自催化集
Grzybowski的最新研究
代谢为先还是信息为先？

前细胞起源的关键事件（基于主体的层级跃迁）

演化动力学作用于自主主体
网络的结构分析
关键节点与生化事件
演化时间轴
基于主体的多层信息嵌套

生命起源研读计划

内容简介：

（本讲内容均为小木球个人观点，请各位批判食用）

（一）生命起源问题调研

尼克·莱恩在新书《复杂生命的起源》绪论中提到生命起源和演化问题在科学界的两个难点。其一是“现有的各种理论及解释相互争论，但大都晦涩难懂，反而掩盖了问题本身”；其二是“问题的相关线索分散在众多不同的研究领域之中：生物化学、地质学、种系发生学、生态学、化学和宇宙学，几乎没有人能成为所有这些领域真正的专家”。

为了拨开迷雾穿透学科壁垒，笔者使用了一些简单的信息分析方法进行背景调研。从全网范围搜集整理出“Awesome List of Life Origin”资料清单，通过Acemap引文数据库的上下位词关系绘制了关键词与学科关系的知识图谱，从而获得生命起源问题在理论和生化实例两个方向的研究重点。同时发现太空生物学与自催化集是两个学科交叉的研究生长点。

在分子生物学发展的大背景下，追寻4个生命起源理论模型提出的时代背景和后续失落现状，找到新世纪起源问题在生物化学、合成生物学和太空生物学中散布的研究热点，发现我们需要建立逻辑连贯的演化时间轴这样一个目标。

（二）生命二级涌现（层级的跃迁）的条件

根据量子演生理论，宇宙的起源和发展可以经历多层级的涌现过程，那么生命的涌现与之有何异同呢？自主主体结构的产生背后是否有某种普适而平庸的原则呢？

这一部分我们从层次发生的角度来看，发现生成元素的均质足量是系统建立简单一致的规则并在其上产生模式的一个必要条件，另一必要条件则是维持一定时间的热力学稳定性。对于后者，我们将自指、自激发、极限环、拓扑涡旋、相变及对角线定理、图灵机模型等和循环有关的理论一一辨析，发现它们的异同，以及这些结构和生命自主主体的联系。从而初步猜测早期生命主体得以被进化动力学作用而必须具备的3个特征条件。

（三）四大生命主体理论与RAFs

我们分别对Ganti的化学子假说、Varela的自创生假说、Eigen的超循环假说和Kauffman的自催化集模型进行对比，并结合2020年9月Science上Grzybowski的最新研究讨论生命自主主体的最小可能模式（即自催化循环）与冯·诺依曼自复制自动机的结构联系，由此得出（代谢）主体为先的判断。

（四）前细胞起源的关键事件（基于主体的层级跃迁）

在代谢主体作为生命起源自主主体的基础上，讨论演化动力学如何作用其上，并不断产生后续多级涌现。对演化时间轴进行逻辑推演，提出在代谢主体存在的基础上，如何可能依次出现催化、能量、信息、功能层次从最初代谢主体上的逐次分离。由此解释了在生命自主主体的基础上后续结构的多级涌现，尤其是多级信息层的不断涌现，并提出在此基础上如何对生命的前化学起源问题进行分段化学定向进化研究和复杂性定量研究的设想。

（五）生命起源研读计划

后续计划对以下列表中挑选部分感兴趣内容进行扩展研读，包括但不限于：1）冯·诺依曼的《自复制自动机理论》5堂课；2）自动机理论；3）Origins and Evolution of Life —— An Astrobiological Perspective；4）演化动力学。

希望对以上内容有兴趣的朋友联系小木球或读书会组织者，也可以提出您感兴趣的论文或阅读方向。