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地球上生命的起源假設(shè)是來(lái)自化學(xué)前驅(qū)物質(zhì)(precursors)──例如胺基酸(amino acid)；那些化學(xué)物質(zhì)一起反應(yīng)、形成自我組織(self-organizing)的實(shí)體，逆轉(zhuǎn)了從系統(tǒng)汲取能量的“熵(entropy)”正常路徑，直到其死亡；科學(xué)家稱之為“平衡態(tài)(equilibrium state)”。而現(xiàn)在研究人員已經(jīng)開(kāi)始嘗試在實(shí)驗(yàn)室利用碳奈米管，展現(xiàn)這種自我組裝的逆轉(zhuǎn)熵偽有機(jī)體(pseudo-organism)。

“為了有機(jī)會(huì)能發(fā)展一些類生物樣式(pattern)，我們需要能從其平衡態(tài)轉(zhuǎn)變很大的系統(tǒng)；此外該系統(tǒng)要包含許多可以自組裝(self-assemble) 的組成區(qū)塊(building blocks)，或是很高的自由度。”美國(guó)伊利諾大學(xué)香檳校區(qū)(University of Illinois at Urbana-Champaign)教授Alexey Bezryadin表示，這樣的系統(tǒng)會(huì)隨著時(shí)間，自然發(fā)展出一些有秩序的樣式，以增加熱力自由能(thermodynamic free energy)的消耗，最大化熵的制造。

Bezryadin指出，這種耗散(dissipating)樣式可能與生物類似，因?yàn)樗鼈兛梢园l(fā)展成更復(fù)雜的樣式，尋找并轉(zhuǎn)換可用的能源成為熱；而且那些樣式也被視為具備某種程度的“智慧”，因?yàn)樗鼈兛梢赃m應(yīng)環(huán)境，確保消耗所有的可用供應(yīng)能量，以及在每秒產(chǎn)生盡可能多的熵。

樣本在45秒、90秒與1,500秒的連續(xù)拍攝，描繪奈米管鏈的形成

為了說(shuō)明，Bezryadin舉例表示，如果未來(lái)有足夠的技術(shù)，人類可能會(huì)在太陽(yáng)的周圍布建一個(gè)戴森球(Dyson sphere)，如此才能最大化地?cái)X取能量。Bezryadin與他的同事，包括同校教授Alfred Hubler與博士后研究員Andrey Belkin，已經(jīng)建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)測(cè)試他們的概念。

首先是結(jié)合一個(gè)高電壓源(V)來(lái)驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的固定電阻(Rs)，他們以連續(xù)建構(gòu)了內(nèi)含懸浮碳奈米管、裝滿流體的容器，具備電阻Rf；而電路中的電流就是I=V/(Rs+Rf)。他們?cè)谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)定中觀察到的現(xiàn)象，是自組裝的碳奈米管云狀物，讓流體變得更容易導(dǎo)電。

隨著系統(tǒng)的發(fā)展，增加的自組裝導(dǎo)致越來(lái)越多的有秩序的碳奈米管組成樣式，也讓溶液的導(dǎo)電程度更高，因此降低了流體的整體阻抗(Rf)，提高了電流(I)；最終穿過(guò)固定電阻的電壓降，會(huì)等于穿過(guò)流體的電壓降。Bezryadin表示：“我們重要的發(fā)現(xiàn)是系統(tǒng)的演進(jìn)會(huì)導(dǎo)致功率(P)的增加，以及當(dāng)P到達(dá)最大可能程度，增加的速度會(huì)急遽減緩，也就是Pmax=U*(U/2Rs)；當(dāng)流體阻抗與標(biāo)準(zhǔn)電阻值匹配，會(huì)產(chǎn)生最大化的熵。”

可能從該類系統(tǒng)所產(chǎn)生的某種形式合成生物，其條件牽涉演進(jìn)或自組裝，以達(dá)到盡可能最大化的熵生產(chǎn)；Bezryadin解釋，一般的程序可能是：系統(tǒng)受驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)離平衡態(tài)(在實(shí)驗(yàn)中是被施加強(qiáng)電壓)，而且具備大量的組成區(qū)塊(例如實(shí)驗(yàn)中是有很多可自由移動(dòng)的碳奈米管)，就像在自然界中各種元素有很多自我組織的原子。

燒杯中正在發(fā)展的類生物樣式，研究人員形容為正在長(zhǎng)出“手臂”的“昆蟲(chóng)” 

“因此合成生物或許與能夠最有效生產(chǎn)熵的自組裝樣式有關(guān)，”Bezryadin表示，為了有所進(jìn)展，相關(guān)科學(xué)研究應(yīng)該集中在能精確地以儀器量測(cè)熵生產(chǎn)率的系統(tǒng)，以及能自我組織、盡可能達(dá)到最大量熵生產(chǎn)的系統(tǒng)：“能確實(shí)量測(cè)熵的生產(chǎn)輛，就像我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中做到的，可在建立合成生物樣本的研究方面提供一個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)。”

接下來(lái)研究人員計(jì)劃打造類似的自組織系統(tǒng)，不過(guò)是能展現(xiàn)其他生命體的共同特性，例如繁殖以及復(fù)制。Bezryadin 表示：“我認(rèn)為復(fù)制的原理能在與我們類似的系統(tǒng)中測(cè)試，但尺寸規(guī)模要較大，其設(shè)計(jì)也要能支援許多耗散樣式，或是許多獨(dú)立或半獨(dú)立的碳奈米管云狀物。”

他們打算進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其中一個(gè)奈米管云狀物的演進(jìn)能觸發(fā)更大量其他云狀物的形成，看那是否類似生物繁衍后代。“我們將試著產(chǎn)生這種云狀物，如果它們開(kāi)始繁殖，就觀察他們是否彼此足夠相似。”Bezryadin指出，它們應(yīng)該展開(kāi)繁殖的理由是，它們是依循熵生產(chǎn)量最大化熵的原則，如果耗散樣式繁殖，它們就能讓熵的生產(chǎn)更快，因?yàn)槊總€(gè)樣式會(huì)對(duì)消耗自由能量、生產(chǎn)熵做出貢獻(xiàn)。

Hubler則補(bǔ)充指出，如果實(shí)驗(yàn)成功，他將嘗試把結(jié)果整合至他與美國(guó)國(guó)防部高等研究計(jì)劃署(DRAPA)合作進(jìn)行的自組織人工智慧研究中，因?yàn)檠芯咳藛T相信，生命的演化以及智慧的演化是分不開(kāi)的。點(diǎn)選此連結(jié)另開(kāi)YouTube視訊，可看到研究人員的碳奈米管自組織實(shí)驗(yàn)。