本文發表在《大眾科學》的前部落格網路上，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
最近關於時間本質的基礎問題研究所會議並沒有花很長時間就深入探討了生命的意義。“生命的意義，”會議聯合組織者、加州理工學院宇宙學家肖恩·卡羅爾在他的開幕詞中說，“是將二氧化碳氫化。” 好吧，你已經明白了。卡羅爾是我認識的最深思熟慮的科學家之一，他絕不會聲稱將人類的存在都簡化為分子不平衡。不過，知道自己在宏偉事物中的位置也很好。基礎問題研究所會議對我們從何而來以及我們將走向何方有很多話要說。
去年，卡羅爾在部落格中介紹了他的生命意義理論的由來。他曾在飛機上偶遇了美國宇航局噴氣推進實驗室的邁克·羅素，一位生命起源方面的專家，並開始討論生物在地球的地球化學迴圈中所扮演的角色。羅素也參加了基礎問題研究所的會議，並詳細闡述了他引人入勝的論文，該論文追溯了我們從無機化學反應的演化過程。
在羅素的描述中，原始地球看起來非常像一個巨大的細菌。在海底，像失落之城熱液噴口這樣的地方，化學還原的內部與氧化的外部相遇，形成了一種化學不平衡狀態。從內部冒出的氫氣試圖與從大氣中溶解的二氧化碳結合形成甲烷，但由於甲醛等中間階段需要能量輸入，因此這種反應存在瓶頸（參見這張有用的圖表）。一種稱為蛇紋石化的地球化學反應可以使用鐵等金屬作為催化劑來突破瓶頸，但生物反應效率更高，羅素繪製了一系列步驟，蛇紋石化將演變成膜包裹的細胞。
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這個階段的演化不是透過自然選擇，而是透過複雜性的自發產生；達爾文版本是在攜帶資訊的分子出現後才出現的。這種情況通常被稱為“代謝優先”，而不是“遺傳優先”。它是“通往男人心臟的路是經過他的胃”這一原則的生物學版本。
這個過程將誕生生命的三大王國中的兩個，細菌和古菌。羅素認為，生命可能在地球上多次出現，事實上，在任何具有類似化學不平衡的行星上都可能出現。系統發育複製地質學。
我們還聽取了兩位研究人員的報告，他們研究了實際行動中的達爾文式演化。科隆大學的邁克爾·萊西格研究了季節性流感模式，以尋找演化如何運作的線索。流感讓我希望智慧設計是真的。我們或許有希望戰勝一個設計者，而不是與一個不斷變化的對手進行永久的戰鬥。流感病毒不斷提高其適應性。萊西格發現，與預期相反，對病毒有利的突變實際上非常普遍。如果這能帶來安慰，那麼病毒面臨著一項西西弗斯式的任務。儘管不斷改進，但其適應性實際上從未提高，因為適應性的定義在自身免疫系統的壓力下不斷變化。
密歇根州立大學的理查德·倫斯基描述了他關於大腸桿菌演化的迷人實驗。1988年，他開始培養12種細菌，從那以後，已經有53000代細菌生生滅滅——遠遠超過了曾經生活過的人類總數。每500代，他都會冷凍每個種群的樣本，作為演化歷史的快照。
倫斯基和他的團隊發現，與流感病毒一樣，細菌不斷提高其適應性——在這種情況下，意味著其消耗葡萄糖和繁殖的能力。儘管這些生物在完成這兩項任務方面做得很好，但它們總是可以做得更好——改進的範圍基本上是無限的。與流感一樣，大腸桿菌中的大多數基因變化都是透過自然選擇而不是隨機基因漂變發生的。給定一代的種群與其他獨立種群的相似性高於與其自身祖先的相似性。
最酷的是，雖然大多數譜系都滿足於葡萄糖，但其中一個譜系最終意識到它們的培養皿中也含有檸檬酸鹽，並開始對它感興趣。當研究人員注意到這一點時，他們進入冷凍室，取出該菌株的早期世代，並重新培養它們——重演演化過程，以研究細菌究竟是如何學會擴大其飲食範圍的。倫斯基展示了觀看歷史再次展開所需要的巨大培養皿堆疊的照片。基礎問題研究所的聽眾中瀰漫著對研究生們的同情嘆息。
該團隊發現，近二十幾個菌株也設法發現了檸檬酸鹽。他們新獲得的天賦涉及細菌DNA的複雜重組，這不是透過一次突變而產生的，而是一系列突變。早期與檸檬酸鹽無關的突變需要為最終的檸檬酸鹽頓悟奠定基礎。套用約翰·列儂的話，演化的突破發生在你制定其他計劃的時候。
倫斯基的研究表明，演化在很大程度上是可以重複的。聖塔菲研究所的傑弗裡·韋斯特在展示所有生物都遵循的比例關係時也表達了同樣的觀點。他和他的同事們的研究近年來受到了廣泛關注，但這是我第一次看到他演講，如果我是一名學生，他的演講很可能會讓我改變專業。
真的令人難以置信，如此截然不同的系統如何遵循相同的尺寸和能量的簡單關係，反映了所有複雜結構都要受到的規模經濟。韋斯特和路易斯·貝坦科特在我們九月刊上發表了一篇關於描述城市的比例關係的文章，該關係看起來非常像支配生物體的關係。以下是我的三個最愛
生物體的壽命與其質量的1/4次方成正比，其心率與其質量的-1/4次方成正比，因此心跳總數與質量無關——對於我們所有人來說，這是一個約十億次的普遍值。請明智地使用它們。
代謝率與身體質量的3/4次方成正比——在三個空間維度中。更一般地說，它與D/(D+1)次方成正比。我認為這意味著更高維度的生物體實現的規模經濟更少。
人們在城市中確實走得更快——步行速度與城市規模成比例。
事實上，這些模式令人印象深刻，以至於它們開始展現出我矛盾的一面。如果我是一名學生，我可能會首先看看它們到底有多普遍，以及哪些偏差代表著什麼。
在演講的結尾，韋斯特遠遠超出了《大眾科學》的文章範圍，並深入探討了人類近期未來的影響，他還在今年春天的Edge訪談中談到了這一點。韋斯特說，他看到一種反覆出現的歷史模式：生活節奏加快，達到一個臨界點，並引發一次重大轉變——“奇點”——其中新技術或做事方式提供了一些喘息之機。這種情況並沒有持續多久，事情又開始加速，速度比以往任何時候都快。隨著時間的推移，加速度越來越快。轉變來得更快更猛。可持續性是難以捉摸的。我們基本上都完蛋了。
另一種選擇——超指數增長最終完全趨於平穩——也充滿了危險。複雜性理論家加州大學戴維斯分校的雷薩·德索薩在她的演講中認為，當你擁有耦合的複雜系統時，任何增長趨勢的中斷往往伴隨著劇烈的波動。現代社會建立在增長的基礎上；穩定等同於崩潰。
我從來沒有真正接受過對奇點的擔憂——我傾向於認為他們過度推斷了一種非常狹隘的高科技進步。決定我們生活質量的事情主要是低技術：柔軟的床、抽水馬桶、平坦的道路、新鮮蔬菜。一次超市購物的成本比一部iPhone還要高。但韋斯特確實提出了一個令人擔憂的理由，即變化的加速遠遠超出了摩爾定律，並滲透到我們生活的每一個角落。
在會議的所有演講中，韋斯特的演講觸及了大多數人認為時間最大的謎團：時間似乎永遠都不夠用。如果你現在覺得是這樣，那就等著瞧吧。我一直希望會有一次集體的放鬆，事情會平靜下來，我的郵箱不會比我清空的速度還快。我們需要21世紀版本的“開啟、關注、退出”。會議本身提供了一個解決方案：大部分時間裡，我們的網際網路接入都很糟糕。斷開網路連線後，一天變得多麼輕鬆，真是令人驚訝。我們花了幾個小時討論最深奧的科學問題，而且從來沒有感到匆忙。我迫不及待地想再次體驗這種感覺。
失落之城熱液場照片，由NOAA提供。培養皿照片，由理查德·倫斯基實驗室提供。