本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
物理學家有他們的大爆炸理論，生物學家有自然選擇進化論……而化學家則有生命的起源。生命原始起源的問題——自古以來人類一直在思考的存在主義問題之一——完全屬於化學領域。生命的起源是化學家的“大創意”，這是一盤跨學科的盛宴，它既解決了重要的化學難題，也解決了深刻的哲學問題。達爾文回答了“生命是如何開始運轉的？”這個問題，並將可能更棘手的問題“生命是如何開始的？”留給化學家來回答。
但是從專業的角度來看，化學家可能會問這對他們有什麼好處。大多數學術化學家研究一個問題並不是因為它具有壓倒性的哲學意義。大多數化學家，就像其他領域的科學家一樣，研究某些東西是因為他們覺得它有趣。他們研究它是因為它有望豐富他們領域的基礎知識。從這個角度來看，詢問專業化學家為什麼要研究生命的起源（OOL）是相關的？
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1. OOL是終極的跨學科競技場。
無論您是哪種化學家，OOL都為您提供了一個展示您智慧肌肉的機會。有機化學家當然可以透過推測和研究在分子起源中可能重要的反應型別，直接為OOL研究做出貢獻。一些反應，例如斯特雷克反應（用於氨基酸合成）和福爾摩斯反應（用於碳水化合物合成）已經被提議作為生命分子起源的領跑者。這兩種反應都已被人們認識了幾十年，但直到最近才與OOL建立了具體的聯絡。事實上，與五十年前我們所知道的不同，我們現在對可能形成生命基本組成部分的化學反應型別有了很好的瞭解。主要的挑戰是在試管中模擬這些反應，並使用它們來指導構建一個有望屈服於自然選擇的自我複製系統。有機化學家的絕招中還有哪些反應適用於OOL？這個問題應該像其他問題一樣激發有機化學家的腦細胞。
其他型別的化學家也有很多潛在的貢獻可以做出。與生物化學的聯絡是顯而易見的；例如，膜形成這一分水嶺事件是如何發生的，最早的酶是如何形成的？無機化學家在OOL研究中取得了新的進展，特別是透過開創性研究，表明深海熱液噴口中的金屬硫化物是有機生命的前體，而無機表面（如粘土）是原始進化和聚合的模板。分析化學家可以將他們令人印象深刻的儀器陣列（如質譜和色譜）應用於這個問題。理論和計算化學家可以透過計算自組裝過程中作用力來為OOL做出貢獻，自組裝過程一定是分子組織早期時刻的關鍵。當然，這些領域都不是孤立的，來自廣闊的OOL領域的每個問題都需要每一種可以想象到的化學家的關注。因此，對於每一個敢於夢想的化學家來說，OOL都有一塊餡餅，該領域保證了無限數量的跨學科合作。
2. OOL是基本化學概念的試驗場。
生命是由少數分子成分構成的——例如構成DNA優雅階梯的四個鹼基——這些成分在每個已知的物種和生物體中似乎是不變的。當然，有一些變異，但基本計劃幾乎是恆定的，正如我們對進化和共同起源的瞭解所表明的那樣。
關於這些構建塊性質的問題可以非常深入。例如，為什麼氨基酸的pKa值是現在這樣？如果它們不同會發生什麼？或者另一個著名的問題；為什麼自然選擇磷酸鹽（在DNA和ATP中發現，細胞的能量貨幣），這個問題將我們引向親核性、pKa、空間效應、熱力學、動力學、原子大小和無數其他基本概念的基本討論。其他問題可能包括：為什麼是α-氨基酸（而不是β-氨基酸）？為什麼是核糖和脫氧核糖？為什麼是這二十種氨基酸而不是其他氨基酸？
我們永遠不會知道這些問題的最終答案（因為其中涉及相當大的偶然性因素），但僅僅提出這些問題就迫使我們重新評估化學的基本概念，這可能是一項非常有益且資訊豐富的練習。OOL涉及對手性、自組裝（下一點會詳細介紹）和自由能計算的基礎研究。這使我們從一無所知到微調我們的理解並瞭解一些東西。作為一項輔助好處，這些資訊可以引導我們對異想天開和不切實際的猜測進行知情的批評。
關於分子起源的這些基本問題類似於物理學家提出的關於精細調整的問題：為什麼普朗克常數和光速具有特定的值而不是其他值？為什麼強力的強度是現在這樣？我們知道（或者至少我們認為）如果這些基本常數的值即使有輕微的差異，生命也不會存在。化學的基本構建塊是否也存在類似的情況？它們允許多少變化？然而，化學相對於物理學的巨大優勢在於，透過其創造性和合成能力，它實際上可以改變生命分子的基本性質，並詢問應該有什麼後果。這種能力的頂峰是令人興奮的合成生物學科學，其實踐者已經在研究擴充套件遺傳密碼和非標準氨基酸對生物功能的影響。這與虛構的“合成天文學”學科不同，在“合成天文學”中，實際上不可能探索引力常數變化對宇宙演化的影響。
3. OOL迫使我們理解自組裝。
從實踐的角度來看，這可能是OOL研究的最大好處。自組裝是分子聚集在一起並形成超分子系統的過程，這些超分子系統表現出有趣的且通常是湧現的結構和特性，而這些結構和特性在原始構建塊中並不明顯。自組裝是生命起源中最重要的過程，並且事實證明，它對於理解其他一切也至關重要，從阿爾茨海默病蛋白質如何摺疊到表面活性劑如何隔離汙垢，再到我們如何構建用於太陽能研究的結構。自組裝中的主力是我們珍愛的朋友氫鍵，這是一種非常柔韌的化學相互作用型別，它允許蛋白質等生物分子摺疊、展開、擺動和伸展、抓取和釋放需求。氫鍵是將生命成分結合在一起的分子膠水。因此，理解氫鍵為理解自組裝打開了大門。
在過去的幾年裡，我們對氫鍵獲得了極其寶貴的見解，部分是透過OOL研究獲得的。例如，對DNA鹼基配對中氫鍵的研究揭示了熱力學和靜電之間微妙的相互作用，這種相互作用穩定了核酸。類似的效果自然地在蛋白質摺疊中起作用。從這些研究中獲得的知識可以幫助設計新型材料，如熱穩定蛋白、新型環保催化劑和響應性聚合物。同類型的自組裝可以深入瞭解OOL問題，解決諸如第一個細胞形成等基本問題。自組裝和OOL的實際應用因此是相互促進的迴圈的兩端，貢獻和利用重要的見解，為基礎研究和應用研究提供動力。理解自組裝，您不僅會更接近理解起源，而且還能夠從該領域收穫知識以用於實際目的。
4. OOL是終極的開放性問題。
科學中的大多數問題都是開放性的，但OOL實際上是一個沒有盡頭的問題。我們無法想象我們會找到在分子水平上啟動生命的單一、獨特的解決方案。我們可以令人興奮地越來越接近看似合理的解釋，但從看似合理到確定之間仍然存在巨大的飛躍。我們應該絕望嗎？當然不。如果科學可以被定義為“無盡的邊疆”，那麼OOL就是這個定義的典型代表。OOL將向我們承諾永無止境的問題和看似合理的解釋，直到時間盡頭。這將為我們帶來基礎化學理解方面的豐富成果。作為一般的科學家，特別是化學家，我們應該感到欣喜若狂，因為OOL給了我們一臺永恆的“問題機器”，它不斷丟擲基本問題供我們討論、辯論和研究。像科學中為數不多的難題一樣，OOL承諾帶來無限的財富。
我們還能要求什麼呢？
這是在The Curious Wavefunction上釋出的帖子的更新和修訂版本。