匈牙利生物学家Tibor G nti的油画肖像画。
绘画：LÁSZLÓ GULYÁS
撰文：MICHAEL MARSHALL
2009年4月15日，生物学家Tibor Gánti去世，享年75岁，此时的他籍籍无名。他的职业生涯大部分在铁幕背后度过，这道铁幕导致欧洲分裂几十年，阻碍了思想交流。
如果在共产主义时代，Gánti的理论能广为人知，那么现在他可能会被誉为20世纪最具创新精神的生物学家。这是因为，他设计了一个尽可能简单的生命体模型“化学子”（chemoton），为地球生命的起源提供了一种激动人心的解释。
生命起源是科学界最令人困惑的未解之谜，部分原因在于它融合了几个谜团。比如，地球形成时是什么样？空气由哪些气体组成？活细胞里的几千种化学物质，哪些是必备的，以及这些必不可少的物质是什么时候产生的？
也许最难的问题也是最简单的：第一个生物体是什么？
对于试图重新创造生命火花的科学家来说，化学子提供了一个很有吸引力的实验目标。如果非生命体化学物质能够自我组装成化学子，那么这或许就是生命从无到有的过程。即使是现在，一些研究团队仍在努力地接近这个模型。
而对于对地外生命感兴趣的天体生物学家来说，化学子则提供了通用的生命定义，它与DNA等特定化学物质无关，是一个整体组织模型。
“我认为，关于生命的基本原理，Gánti比我认识的任何人想得更深远，”匈牙利蒂豪尼生态研究中心的生物学家Eörs Szathmáry说。
生命的起源
关于生命，目前还没有统一的科学定义，但科学家一直在跃跃欲试。2012年的一篇论文列出了123种已发表的定义。想要写出一个包含所有生命体，同时排除一切具有类似生命属性的非生命体（比如火和汽车）的定义，颇具挑战性。在很多定义中，生命体是可以繁殖的。但一只兔子、一个人或者一条鲸鱼本身无法繁殖。
1994年，NASA的一位委员会把生命描述为“一种能够满足达尔文进化论，且可以实现自我维持的化学系统”。“系统”这个词可以指单个有机体、种群或生态系统，绕过了繁殖的问题，但也付出了代价：含糊不清。
当时很少有人知道，Gánti在二十年前提出了另一种定义方法。
1933年，Tibor Gánti出生于匈牙利中部的瓦茨小镇，早年生活在各种各样的冲突中。二战期间，匈牙利与纳粹德国结盟，但1945年，匈牙利的军队被苏联击败。苏联控制东欧长达几十年，和大多数其他东欧国家一样，匈牙利也成了一个卫星国。
着迷于生命本质的Gánti学习了化学工程，后成为一名工业生物化学家。1966年，他出版了一本关于分子生物学的书《生命研究的革命》（Forradalom az Élet Kutatásában）。之后的很多年，这本书一直是大学里的主流教材，部分原因在于几乎没有其他教材可选择。这本书提出了科学是否了解生命是如何组织的这个问题，结论是否定的。
1971年，Gánti在新书《生命原理》（Az Élet Princípiuma）中直面了这个问题。这本书仅有匈牙利语版本，其中包括第一版化学子模型，描述了Gánti眼中的生命基本单位。然而，早期模型并不完整，他又用了3年时间研究出了我们现在看到的最终版本——同样只有匈牙利语，而且网络上找不到这篇论文。
丰收的一年
在研究生命起源方面，1971年可谓丰收年。除了Gánti不被看好的著作外，科学界还出现了另外两个重要的理论模型。
第一个是美国理论生物学家Stuart Kauffman提出的，他认为生物体一定可以自我复制。那么细胞形成前这个过程是如何进行的？在推测中，他把重点放在化学混合物上。
他认为这个过程是这样的：化学物质A促使化学物质B生成，化学物质B又促使化学物质C生成，以此类推，直至这个链条中的某个物质生成了新的化学物质A。一个周期后，每种化学物质都将有两个副本。只要原材料足够多，第二个周期将带来四个副本，并以指数级继续下去。
Kauffman把这样一组物质称为“自催化集”，他认为这类化学物质可能是生命起源的基础，自催化集变得越来越复杂，直至它们产生并使用一系列复杂的分子，比如DNA。
第二个是德国化学家Manfred Eigen描述的“超循环”，即几个自催化集结合在一起，形成一个更大的集。Eigen引入了一个重要区别：在超循环中，一些化学物质是基因，因此由DNA或其他核酸组成，而另一些是根据基因中的信息顺序产生的蛋白质。这个系统可以根据基因突变进行改进，而这正是Kauffman的模型所欠缺的功能。
Gánti独立得出了相似的观点，但走得更远。他认为，每个生物体体内都必定发生了两个关键过程。首先，它必须建立和维系自己的身体，也就是说需要新陈代谢；第二，它必须有某种信息存储系统，比如一个或多个基因，负责复制信息并传给后代。
Gánti这个模型的最初版本本质上是两个具有不同功能的自催化集，两者结合成为一个更大的自催化集，与Eigen的超循环没有太大区别。然而，第二年，一位记者向Gánti提问，并指出了一个关键漏洞。Gánti假设这两个系统都基于漂浮在水上的化学物质。但如果放任自流，它们会各自漂离，而化学子会“死亡”。
唯一的解决办法是加入第三个系统：把它们包裹起来的外部屏障。在活细胞中，这道屏障是一种由脂质（含脂肪的化学物质）构成的膜。化学子必须有这样一道屏障，才能把自己维系在一起，而且Gánti判断，它也必须具有自催化性，才能维持和生长。
到这里，终于有了完整的化学子模型：Gánti提出了一个尽可能简单的生命体概念，基因、新陈代谢，膜，彼此相互关联。新陈代谢产生基因和膜的组成部分，而基因会对膜产生影响。它们共同形成了自我复制的单元：一个如此简单的细胞，它不仅在地球上相对容易出现，甚至可以解释外星世界里的替代生物化学过程。
被遗忘的模型
“Gánti很好地了解了生命是怎么回事，”加拿大温尼伯马尼托巴大学的合成生物学家Nediljko Budisa说：“很有启示性。”然而，直至2005年前后，Budisa才发现Gánti的作品。在东欧以外的地方，几十年来这本书一直无人问津，市场上的英译本很少。
美国加州大学戴维斯分校的James Griesemer告诉我们，化学子出现在英语中是在1987年，这是一本平装书，翻译相当粗糙，几乎没有人注意到。后来，Szathmáry在1995年与John Maynard Smith合著的《进化中的重大转变》（The Major Transitions in Evolution）一书中，把化学子放在了最重要的位置。于是，Gánti那本1971年的书有了新的英译版，加入了一些新的内容，于2003年出版。但化学子仍是小众话题，6年后，Gánti逝世。
从某种意义上来说，Gánti没有很好地推广这个模型：众所周知，他很难相处。Szathmáry说，Gánti对自己的模型很固执，而且偏执，以至于同事们“无法与之共事”。
然而，化学子模型最大的问题或许在于，20世纪最后的几十年里，研究趋势是剥离生命的复杂性，追寻更简约的解释。
例如，其中一个最突出的假设今天仍在流行：生命起源于DNA的近亲，RNA。
和更有名的分子亲戚一样，RNA也可以携带基因。更重要的是，RNA可以作为一种酶，加速化学反应，很多专家因此认为，只需要RNA，就能诞生最初的生命。然而，这种RNA世界假说遭到了驳斥，特别是科学界尚未发现一种RNA能在无外界协助的情况下自我复制；比如冠状病毒这样的RNA病毒，它们需要人类细胞才能进行复制。
其他研究人员认为，生命仅源于蛋白质，或者仅源于脂质。这样的想法与Gánti的综合方法差得太远。
一个真正的化学子？
然而，本世纪的科学家们改变了这一切。现在研究人员倾向于强调生命中的化学物质相互作用的方式，以及这些合作网络是如何出现的。
自2003年以来，哈佛医学院的Jack Szostak和同事在构建越来越逼真的原始细胞：包含一系列化学物质的简单版本的细胞。这些原始细胞可以生长和分裂，意味着它们可以自我复制。
2013年，Szostak和他当时的学生Kate Adamala成功让RNA在原始细胞内完成自我复制。更重要的是，基因和膜可以耦合：随着RNA在内部堆积，外部膜会受到压力，促使原始细胞长得更大。
Szostak的研究“和Gánti的非常像”，德国马丁雷德马克斯·普朗克研究所的合成生物学家Petra Schwille说。她还强调了日本东京大学丰田太郎的工作。丰田太郎在原始细胞中制造出脂质，这样原始细胞就可以长出自己的膜。
对于化学子是生命起源，也有反对意见，其中一个观点认为它需要很多化学成分，包括核酸、蛋白质和脂质。很多专家发现，这些化学物质不太可能来自同一个地方同一些原始材料，因此RNA世界这样简约的概念才会有吸引力。
但生物化学家最近发现了证据，证明生命的所有关键化学物质都可以用相同的简单材料构成。在9月发表的研究中，Sara Szymkuć带领研究人员在华沙的波兰科学院，利用几十年的实验，汇编成了一个数据库；这些实验旨在制造生命的化学组成部分。刚开始时只有6种简单的化学物质，比如水和甲烷，Szymkuć发现，它们可以形成成千上万的关键要素，包括蛋白质和RNA的基本构件。
这些实验还没有能产生可以运作的化学子。可能因为它难以捉摸，也可能是Gánti精确的公式不完全是生命起源的运作方式。不过，关于生命元素如何互相作用，化学子为我们提供了一种思考方式，推动今天的科学家继续探索生命起源。
Szathmary补充说，现在对Gánti的著作的引用越来越多。尽管具体细节有所不同，但目前对生命起源的研究更接近他的想法，这是一种综合研究方法，而非仅关注生命中的一个重要系统。
“生命不是蛋白质，不是RNA，也不是脂质双分子层，”Griesemer说：“它是什么？是所有这些物质在合适的组织中结合在一起。”
（译者：Sky4）
