这个问题让我吃了一惊。我正和两位生物化学家坐在波士顿一家嘈杂的咖啡馆里，他们正一本正经地讨论制定预算来创造合成生命形式。我旁边是哈佛医学院的杰克·索斯塔克（Jack Szostak），对面是史蒂文·本纳（Steven Benner），他从佛罗里达大学飞过来拜访索斯塔克。谈话进行得很顺利，涉及化学反应的效率等等，突然本纳转向我问道：“你认为创造一个能够达尔文式进化的自我复制生物体需要多少钱？”
问题不是“我们能创造生命吗？”，而仅仅是创造生命需要多少钱。“两千万美元，”我说，这个数字是我完全随机选的。
本纳点了点头。“杰克也是这么说的。”
索斯塔克戴着大眼镜，圆圆的脸让他看起来像一只和蔼可亲的猫头鹰，他一直让本纳说得最多。现在他笑了笑，慢慢眨了眨眼，点了点头，说：“听起来没错。”
听起来没错？当我们回到索斯塔克的实验室时，经过马萨诸塞州总医院急诊室旁停着的一长排救护车，我在脑子里做了些计算。人类基因组测序大约花费5亿美元，而科学家们为此所能展示的基本上就是组成人类DNA的一长串字母。相比之下，索斯塔克希望用比一部普通电影一个周末赚的钱还少的钱，将化学物质转化为一个单细胞生物体，它会生长、分裂和进化——而且很快。他说：“我认为在短短三年内完成它是可以想象的。可能存在的真正障碍的步骤几乎已经降到零。”
更重要的是，索斯塔克的目标不仅仅是从头开始创造生命。他的最终目标更大：找出地球生命是如何开始的。化石记录和现代遗传分析表明，人类和所有其他现存物种都起源于大约40亿年前首次出现的类似细菌的微生物。但细菌，尽管表面上如此，却非常复杂。它们可能充满了数千个基因，以及蛋白质和其他分子，在复杂的生存斗争中协同工作。大多数科学家都认为，这种基于DNA的生命可能起源于一种更简单的生命形式，这种生命形式现在已不在地球上。索斯塔克希望通过在他的实验室中构建它（或接近它的东西）来弄清楚第一种生命形式是什么。
51岁的索斯塔克之所以踏上重新创造我们所有祖先的探索之路，是因为他对酵母感到厌倦。在多年研究酵母基因以寻找人类DNA如何工作的见解之后，他正在寻找一个挑战。二十年前，一次惊人的发现颠覆了关于核糖核酸（RNA）——生命的基本组成部分之一——的传统观念，他找到了这个挑战。
生物化学家曾将RNA视为低等的细胞信使。由双链DNA构成的基因包含制造蛋白质的信息。这种遗传密码体现在长串被称为核苷酸的化合物中，并复制到RNA分子上，然后这些分子被运送到核糖体，即制造蛋白质分子的生化工厂。一旦完成，蛋白质会卷曲成复杂的形状，使其能够执行生命实际工作。一些蛋白质赋予生物体的身体结构，无论是在细胞的内部骨架中还是在头发中。其他蛋白质，被称为酶，可以抓取其他蛋白质，将其分解，或将其焊接在一起。DNA依靠酶来制造其代码的新副本以及将其翻译成RNA。
在20世纪80年代初，当时在科罗拉多大学博尔德分校工作的年轻生物学家汤姆·切赫发现了证据，表明RNA不仅仅是将信息从DNA传递给蛋白质。在一项为他赢得诺贝尔奖的实验中，他发现一种名为《四膜虫》的单细胞生物拥有一些能够像简单酶一样作用的RNA分子。这些分子后来被称为核酶，它们扭曲成复杂的缠结，使它们能够自我分解。换句话说，RNA可以像DNA一样携带信息，并像蛋白质一样进行生物化学反应。
核酶的发现不仅改变了我们对生命如何运作的理解，也为生命起源提供了见解。科学家认为地球生命起源于碳化合物和其他简单的化学物质。但是，这些原材料如何转化为DNA长期以来一直是个谜。毕竟，DNA没有蛋白质就无法存活。所以问题是：在DNA之前有什么？
RNA可能就是答案。观察核酶的工作揭示了原始RNA如何储存遗传信息并像酶一样发挥作用。理论上，简单的基于RNA的生命形式可能已经传播和进化了数百万年。也许它们最终进化出了组装蛋白质以及构建DNA分子的能力。由于DNA和蛋白质比RNA更好地完成工作，它们可能最终接管了这些任务。
索斯塔克从这个理论中看到了一个使命。“我想，我可以找到一些不同的事情来做，我们可以为此做出贡献，”他说。在一个没有DNA的世界里，RNA分子必须比四膜虫核酶更能干。最重要的是，RNA必须作为一种能够复制其他RNA分子的酶（称为复制酶）发挥作用。因此，索斯塔克开始摆弄来自四膜虫和其他生物体的RNA分子，看看他是否能制造出一种。
1991年，他和研究生詹妮弗·道德纳（Jennifer Doudna）以及雷切尔·格林（Rachel Green）成功地制造出了一个粗糙的原型。他们创造了一个可以抓取较短的RNA片段并进行复制的分子。这是一个了不起的成就，但索斯塔克知道这只是迈向真正被称为活体生物的一小步。
活细胞中的酶可以一次复制一个核苷酸的RNA序列。索斯塔克的核酶只能拼接RNA链，每条链都有几个核苷酸长。而且他的新分子非常马虎，经常出现复制错误。在一代之内，它就可以将维持生命的遗传密码变成纯粹的胡言乱语。为了创造一个更好的分子，索斯塔克决定向进化论之父查尔斯·达尔文寻求灵感：“我们意识到，如果我们要有机会拥有一个RNA复制酶，我们就必须让它进化。”
多年来，生物学家通过研究果蝇或细菌等生物体，已能在实验室中观察到进化的变化。以此研究为指导，索斯塔克和他的学生开始建立一个系统，也让RNA分子进行进化。进化通过突变和自然选择的循环产生新的适应性。索斯塔克通过随机串联核苷酸来创建数万亿个RNA分子，从而启动了一个进化循环。然后，他和他的学生们给了这些分子一个非常基本的任务：附着到另一个分子上。通常，这些第一代RNA中只有少数能够完成这项任务——并且需要很长时间摸索才能抓住分子。索斯塔克的团队提取了“赢家”，并制作了数万亿个新副本，允许在此过程中混入一些随机突变。然后他们让新一代执行相同的任务，并挑出了那些完成任务最快的分子。
在每次实验中，索斯塔克和他的学生们重复这个过程几十次。最终，他们得到了对当前任务非常适应的RNA。索斯塔克将这些进化的RNA命名为适配体，意思是“合适的部件”。而它们确实很合适。适配体被证明能够执行异常广泛的任务。一些适配体可以与特定病毒结合，另一些可以捕获某些类型的细胞或附着在维生素上。
适配体仅仅是开始。与只能附着在其他物体上的适配体不同，核酶可以改变其他分子的结构。因此，索斯塔克随后将相同的过程应用于进化特化的核酶。有些核酶可以分解DNA，另一些可以将其重新组合。但在所有现有的核酶中，最让索斯塔克着迷的是那些能做他手工制作的RNA做不到的事情：制造新的RNA。
索斯塔克说，目前最好的成果是起源于他实验室的一个分子。1993年，当时索斯塔克的博士生大卫·巴特尔（David Bartel）制造出一种核酶，它可以将另一段RNA连接到自身上。在怀特海德研究所和麻省理工学院的后续工作中，巴特尔通过反复试验和进化，对这种核酶进行了改造。到2001年，他和他的同事们已经得到了一个更接近完整复制酶的分子。这种核酶可以抓取一个作为模板的RNA分子。然后它会以模板为指导，将核苷酸一个接一个地添加到RNA片段上。总的来说，这种核酶可以添加14个核苷酸，准确率约为97%。
如今，巴特尔和索斯塔克都让他们的学生和博士后在实验室里忙着进化出更先进的核酶，以构建更长的副本。“你真正想要的是一个能每次都完全达到100或200个核苷酸的东西，”索斯塔克说。这与目前已有的成果相比是一个巨大的飞跃，也许是任何人声称合成生命之前最大的一个。但这与已经取得的成就相比，并没有大多少。“它越来越近了，”索斯塔克说，“我们不必担心它是否可能。我们知道它存在。现在我们要问如何调整它，使其变得更好或更简单。”
索斯塔克在合成适配体和核酶方面的工作使他确信，RNA曾一度主宰世界。与此同时，其他研究人员在活细胞中发现了支持这一假说的证据。事实证明，RNA比科学家们曾经认为的要多才多艺得多。例如，去年三月，耶鲁大学生物化学家罗纳德·布雷克及其同事发现，一些RNA在与特定分子结合后，会在被复制成蛋白质之前自毁。他发现，另一些RNA则反其道而行之：只有当它们结合了某个特定分子时，才能充当蛋白质的模板。布雷克称这些为“核糖开关”，它们显然对细胞的运作至关重要。“RNA在细胞中的作用已经超出了任何人的想象，”索斯塔克说，“谁知道里面还隐藏着什么？”
生命起源于RNA生物体的最好证据就是创造一个这样的生物体。但尽管迄今为止取得了所有进展，在这样的生物体诞生之前，仍有大量工作要做。烧杯里的一小撮核酶——无论它们多么能干——根本不足以成事。这就像索斯塔克想证明一辆车可以存在一样；目前，他拥有刹车片、方向盘和一大堆散落在院子里的其他零件。现在他必须让这些零件协同工作。
最简单的方法就是把这些零件放到一个容器里。现今所有生物都将它们的DNA、RNA和蛋白质保持在细胞膜内。这些油性气泡可以防止大分子逸出，同时让较小的食物分子进入。今天的细胞膜是复杂的结构，由一组精心编排的酶构建而成。它们的表面布满了复杂的通道，精心调节着细胞内外物质的进出。随着细胞生长，酶也会扩大细胞膜；当细胞分裂时，酶将细胞膜及其内容物推开形成两个新细胞。
所有这些都需要大量的基因指导。一个只有一小段RNA的简单生物体不可能为自己建造如此复杂的容器。所以四年前，索斯塔克决定扩大他对RNA世界的研究：他着手寻找一种简单的方法来封闭他的核酶。
宇宙的其他角落是否存在没有DNA的生命？
地外生命探索正在升温。十年内，NASA希望发射一个空间望远镜网络，能够精确识别其他太阳系中类似地球的行星，并观察生命是否像在地球上一样改变了它们的大气层——例如，使其充满了氧气。在离家更近的地方，科学家们正在设计可以部署在火星或木卫二（木星的一颗卫星）上的设备，以探测微生物。但即使地外生命存在，这些搜索也可能一无所获。这是因为每个人都在试图寻找与地球生命相似的宇宙生命。如果生命在其他星球或卫星上独立出现，它可能在分子基础方面都截然不同。
地球上所有生物都使用DNA，但可能还有其他分子也能胜任这项工作。几年来，科学家们一直在学习如何将我们遗传字母表中的四个核苷酸连接到新的骨架上。两种人工分子——被称为PNA和TNA——已被证明特别有前景。天体生物学家非常关注哈佛生物化学家杰克·索斯塔克（Jack Szostak）制造自我复制RNA分子的努力。如果索斯塔克和他的同事成功，他们将创造出第一个不依赖DNA的自我维持生命。当然，RNA与DNA没有本质区别（它是一种单链变体）。但一个自我复制的RNA分子将为我们思考宇宙中其他地方的生命开启新的思路。
—C. Z.
他实验室的两位新成员，马丁·汉奇茨和谢莉·藤川，愿意接受这个挑战。他们开始用脂肪酸进行实验。这些构成细胞膜大部分的分子，很可能漂浮在地球前生物时代的海洋中。许多非生物反应都能产生脂肪酸；它们甚至在陨石中也曾被发现。脂肪酸还有一个有利的习惯，就是它们天然相互吸引，形成薄片，最终卷曲成自身，并形成气泡。
Hanczyc和Fujikawa开始研究这些被称为囊泡的气泡，看它们是否能在没有大量细胞机制的帮助下像细胞膜一样生长和分裂。在20世纪90年代，意大利化学家Pier Luigi Luisi发现如何通过向溶液中添加游离脂肪酸来使囊泡生长；渐渐地，一些分子滑入囊泡并使其膨胀。Hanczyc和Fujikawa花了三年时间完善这个过程，使其效率更高。“现在，我们添加的物质中有90%被整合到我们已有的囊泡中，”Hanczyc说。
索斯塔克的团队证明囊泡可以生长后，挑战是如何让它们分裂。研究人员发现了一个简单的解决方案。他们将囊泡溶液倒入注射器，然后通过高科技聚碳酸酯过滤器挤压。当囊泡被迫通过100纳米宽的孔隙时，由于脂肪酸彼此的天然吸引力，许多囊泡被拉伸并挤压成更小的囊泡。
在没有任何酶的帮助下，囊泡可以生长、分裂并再次生长。而且它们是在或多或少模拟早期地球某些条件的实验室条件下做到的。例如，原始的充满囊泡的水可能不是通过聚碳酸酯过滤器挤压，而是通过热液喷口周围岩石的孔隙挤压。
2002年夏天的某天下午，索斯塔克正坐在办公室里，汉奇克和藤川拿着一小瓶浑浊的液体走了进来。他的学生们在脂肪酸溶液中加入了一种名为蒙脱石的粘土。不知何故，这种粘土将囊泡的形成速度加快了100倍。“我们花了好几年时间才让生长和分裂的工作成功。那真是痛苦，”汉奇克说，“但粘土第一次就成功了。”
粘土已被证明在生命起源中可能具有重要意义。在20世纪90年代，伦斯勒理工学院的生物化学家詹姆斯·费里斯（James Ferris）表明，蒙脱石可以帮助创建RNA。当他将核苷酸倒在粘土表面时，蒙脱石抓住了这些化合物，相邻的核苷酸融合在一起。随着时间的推移，多达50个核苷酸自发地连接成一个单一的RNA分子。费里斯认为，RNA世界可能诞生于粘土，也许是覆盖在热液喷口周围海底的粘土。
索斯塔克说：“有趣的是，有一种矿物质既能促使RNA前体组装成RNA，又能促使膜前体组装成膜。我认为这确实很了不起。”
当汉奇克和藤川分析他们的新囊泡时，他们发现了一个更了不起的发现。一些蒙脱石颗粒竟然进入了囊泡内部。他们的下一步显而易见。“这非常直接，”汉奇克说，“你只需将RNA与粘土混合，再与脂肪酸混合，瞧，你就会在囊泡内部的粘土颗粒上获得RNA。”
这是一种可能的途径，RNA世界的各个部分可能以可以生长和分裂的细胞形式结合在一起。研究人员实际上尚未创造出合成生命，但他们可能已近在咫尺。“我们对必须做什么有相当清晰的认识，而且这些步骤看起来都没有不可能，”索斯塔克说。
索斯塔克的第一步是将更复杂的RNA分子引入囊泡。他和他的团队希望证明核酶可以在囊泡内进行真正的生物化学反应——即使这种生物化学反应仅包括将另一个RNA分子一分为二。如果他们能通过这个基准，他们的成功将增加他们能使复制酶在囊泡内工作的可能性。“一旦我们拥有一个真正的复制RNA系统和一个真正的复制囊泡系统，我们就可以将它们组合起来，真正观察这个系统如何开始进化，”索斯塔克预测。“如果适应过程足够快，那么看到这个系统如何开始变得更复杂将非常有趣。”
观察基于RNA的生物的进化可以告诉科学家生命如何在地球上开始。同时，它还可以改变科学家在其他行星和卫星上寻找生命的方式。天体生物学家目前的策略是寻找基于DNA的生命的迹象。这是合乎逻辑的，因为基于DNA的生命是我们唯一知道实际存在的生命类型，也是科学家唯一可以研究的生命类型。但仅仅因为基于DNA的生命是当今地球上唯一的类型，并不意味着它是宇宙中唯一的类型。创造基于RNA的生命将表明存在其他可能性。“一旦有一个实验室系统能够自行进化的例子，那么挑战就是构建能够在不同条件下进化的系统，”索斯塔克说。“我们能否设计出在没有水的环境中生长的细胞？”在地球之外，液态水似乎很稀有。太阳系中最常见的液体是巨型气态行星木星和土星中的高压液态氢。生命也能存在于那里吗？
随着索斯塔克和其他科学家们越来越接近创造新生命，他们引发了许多担忧。伦理学家、哲学家和神学家都参与了讨论。环保主义者警告说，潘多拉魔盒正等待被打开。当被问及这些问题时，索斯塔克——一如既往地低调——慢慢眨了眨眼，微微耸了耸肩。“这个东西基本上没有生物化学，”他说，“它无法在实验室外生存。”
然而，索斯塔克认为他的研究团队所做的发现总有一天会成为新型生物技术的来源。已经有一些公司致力于将核酶从实验室带入商业世界，潜在的应用包括生物战病原体的敏感传感器或医疗诊断测试。其他核酶在对抗癌症、心脏病和艾滋病毒方面也显示出前景。RNA生物体也可以进化出新的核酶，并在繁殖时大量生产它们。“这里我们有一个简单的复制纳米系统，”索斯塔克说，“为什么不引导它做有用的事情呢？”
这个前景赋予了索斯塔克的探索深刻的讽刺意味。在试图重现地球上最古老的生命时，他最终可能会孕育出全新的事物。“这个系统可能还有我们现在甚至想不到的事情可以做，”他说。
