IPA@IAS

生命起源

跨学科研究计划的主要主题之一是生命起源问题，这是ELSI的主要研究领域地球生命科学研究所位于日本东京的东京工业大学，皮特·胡特是该大学的创始人之一。

国际会计协会的定期活动之一是为期两年的系列午餐会议，其结果总结如下。

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我们的第23次IPA@IAS午餐是在2014年3月20日，由尼古拉斯·古滕贝格(Nicholas Guttenberg)开始讨论;这些笔记是尼古拉斯写的。

以下是尼古拉斯在会议前发出的摘要:

当研究现代生物时，我们对如何在相当复杂的水平上描述它们的进化有了很多了解。然而，当观察单个生物体可能定义不清的系统，以及信息携带结构可能与生物体的功能分离不清的系统时，情况就变得模糊得多。如果信息复制的内在景观本身非常坚固(例如，随着信息向前推进的过程最初出现)，那么在很大程度上，在简单地走向某种稳定状态的东西和具有“可进化”系统的灵活性的东西之间存在模糊性——一个可以对各种压力做出反应的系统。我想讨论一下确定这一区别的可能性，这样我们就能更好地理解“可进化性”本身最初是如何出现的。

有一些最初的讨论与MOL周会和范畴理论研讨会有关。在这些讨论之后，我们继续讨论Piet提出的一个特别的类比——从山上流下的河流和生物行为之间的区别。这个想法是，在某种程度上，直觉上，人们用来描述河流的规则和用来描述生物体的规则是不同的(即使它们在微观上遵守相同的物理)。

我们详细地分析了这一点，因为当你考虑到在非生物系统中有许多生物过程的类似物时，差异就变得不那么明显了。例如，河流有一种记忆形式——如果你取河流的一小段，水流的位置就像上坡分支选择的记忆，这自然是由质量守恒产生的。还有一种形式的“选择”，即大部分下坡的路径被水的自然动力和流量波动形式的变化所放大。因此，从表面上看，这条河具有达尔文进化论的所有组成部分——复制、选择、变异。

我们讨论了衡量差异的方法，或者是否存在差异。这涵盖了比较总体模型的粒子平衡，并着眼于遍历性破缺的问题。在一个种群模型中，如果有人移动适应度最优值，整个种群分布就会改变(因为它是由远离最优值的突变流设定的)。另一方面，如果你在一个平衡系统中移动能量景观的最优值，它只会改变那些你改变了能量的状态的占用(直到一个归一化因子)。此外，生物系统所存储的信息组合起来比生物的数量大得多——一条河流在降雨后可以对整个山脉表面进行采样，但一个进化中的物种无法对所有可能的基因序列进行采样。

现在是:

杰夫·埃姆斯，罗格斯大学，新不伦瑞克
Nicholas Guttenberg，俄勒冈大学尤金分校
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
蒂姆·赫顿，德比，英国
中村浩一，东京大学，东京
Hayato saiigo，长滨生物科学与技术研究所，长滨，日本
David Spivak，麻省理工学院，剑桥大学

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我们的第22次IPA@IAS午餐是在2014年3月13日，由乔治·科迪(George Cody)开始讨论;这些笔记是乔治写的。

这是乔治在会议前发出的摘要:

把生命的起源作为一种物理上可行的努力的兴趣，主要是因为哈罗德·尤里对他的化学研究生斯坦利·米勒和著名的火花放电实验的大力支持。这些实验“显然是自发地”产生了生化产物。有必要了解的是，这些数据产生的时间与生物化学开始作为一门独立的科学领域出现的时间差不多(在人们了解DNA之前)。与此同时，物理界的成员开始将生命起源问题视为一个值得考虑的问题(例如Schrödinger和后来的Dyson)。【注。我立即声明，我不是科学历史学家——所以历史学家被要求插话)。作为一名在这一领域认真活跃了一段时间的科学家，我认为物理和化学之间的冲突人为地为解决最引人注目的科学问题之一制造了障碍。那么如何继续前进呢?
作为一名实验化学家，我认为化学家(对于OOL)过于关注细节机理和收率。这种对高产量的关注反馈到化学必要性的问题，即产生化学产品的条件，因此对生命起源的问题一定很重要。在我看来，这种观点是一个问题，因为在我看来，任何提供高产物收率的合成方案都限制了化学反应空间——太多的限制阻碍了解决方案——OOL草率吗?还是高度精炼的化学空间?这就把缩放放到了等式中——OOL的缩放定律是一个开放的领域。
在我看来，纯粹的化学方法是不会成功的:如果产量决定了场景，那么最终会有多个场景来适应各种产品——这个问题不是我的想法——这可以追溯到古斯塔夫·阿雷尼乌斯(也许更早)，无论哪种方式都需要规模限制和连通性限制。然而，在一天结束的时候，生命在这个星球(或某个地方)出现了，与生命起源有关的化学反应必须自发地发生。最终，作为一名化学家，我相信物理学将解决生命起源的问题，但物理学家将需要化学家和地质学家最终提供的明确的边界条件。许多组织都在大声疾呼“跨学科科学”，而OOL问题则是跨学科科学的“典型代表”。

我们讨论的第一个话题是乔治提出的问题:“如果你对地球一无所知，你只关注太阳系，地球将是最不适合寻找生命的地方。”原因是多方面的:地球上没有太多的碳;它是一个高度分化的物体，表面上有许多矿物质对任何有趣的化学反应都没有催化活性;水是存在的，但它本身对生物化学有害。但水可能会拯救世界，使板块构造运动得以实现，而板块构造运动反过来又创造了一个存在了数十亿年的动态不平衡状态，这很可能是一个有生命的行星的标志。

我们还进入了原始太阳系物体的化学主题，如彗星和碳质球粒陨石。在对这个话题进行了广泛的介绍之后，包括辐射加热作为一种产生有利于生命的环境的方式，温暖和潮湿。

第三个主题将所有这些联系在一起:地球上的生命要出现，首先必须有一个动态的有机反应网络。关键是要有一个再生活性化合物的网络。我们看到了这样一个网络在原始身体内部运作的证据。这为我们提供了一些关于地球上可能类似的特定环境的指导。

许多其他主题也被提及，例如用于原始天体测温的x射线吸收近边缘结构光谱，以及从Miller-Urey实验到Günter Wächtershäuser的工作的生命起源理论的历史。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
乔治·科迪，华盛顿卡内基研究所，华盛顿特区
道格拉斯·达克沃斯，费城天普大学
Vera Gluscevic, IAS，普林斯顿大学
Nicholas Guttenberg，俄勒冈大学尤金分校
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
蒂姆·赫顿，德比，英国
劳拉·兰德韦伯，普林斯顿大学
Cara Magnabosco，普林斯顿大学
Omer Markovitch，魏茨曼研究所，以色列雷霍沃特
Kinnari Matheson，普林斯顿大学
Matteo Monti，博洛尼亚大学，博洛尼亚
蒂姆·莫顿，普林斯顿大学
西莫·佩川，阿尔伯特·爱因斯坦医学院，纽约
卡梅隆·史密斯，爱因斯坦医学院，纽约
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第21次IPA@IAS午餐是在2014年3月6日，由杰伊·古德温(Jay Goodwin)开始讨论;这些笔记是杰写的。

这是Jay在会议前发出的摘要:

生命的特征在很大程度上是由其自组织行为所决定的，在分子水平上由中央法则决定——将数字编码的基因型信息转换为类似结构的表型表现——受其直接环境的影响。在从简单的生命起源前化学物质到我们所理解的生命的历史旅程中，在某个地方，功能和操作复杂性的进化门槛被跨越了。从与这些更简单的生命起源前化学物质相关的分子物种入手，我们正在研究动态化学网络自组织特性的潜力，以阐明这些进化阈值是如何产生的，以及这可能告诉我们什么宇宙其他地方出现生命的可能性．

Jay在上面的摘要之后，简要介绍了概念基础和实验设计，以解决无生命物质如何进化为我们目前所理解的生命的问题。

具体的问题是关于核酸(在本讨论中被描述为“数字”)和氨基酸(在这里被描述为“模拟”)酸的独特化学网络中固有的分子信息的性质。一个比喻是，核酸碱基配对是精确的，由氢键供体和受体对的离散模式进行数字匹配——就像dvd和cd中编码的数字信息一样，以及为什么核酸在存储和管理基因型信息方面起着这种作用。相反，在所有肽和蛋白质的超分子相互作用中，氨基酸残基的配对识别不存在1:1的对应关系。事实上，20个不同的AA侧链引发了广泛多样的物理化学行为，而这种可变性，就像压印在乙烯基记录上的连续可变模拟信息一样，是肽和蛋白质在现有生物化学和中心法则中发挥表型作用的核心。我们可以设计代表“数字”和“模拟”分子信息的模型化学网络，以了解它们如何分别进化，主要受到化学物种对环境条件的稳健性的限制，以及从网络行为中识别和解释实验可观察物的方法的限制。从这些实验平台上获得的经验教训预计将有助于寻找宇宙其他地方生命的特征及其潜在的替代形式。

考虑到研究动态化学网络的潜在多学科方法，还有一个问题是如何明确地命名这些实体，以及不同学科之间可能存在不同的定义或关系。具体来说，术语“网络”和“系统”是否可以互换使用，或者它们是否意味着不同的实体和目的?在午餐时间的讨论中，天体物理学、政治和社会科学、文学和化学的代表出bob真人是哪里的现了一些有趣的定义。人们一致认为，“系统”代表了一种功能和结构的定义，其中可以找到“网络”;例如，在更大的神经系统中包含神经递质的生化网络，或者在更大的生态系统中生物体的特定网络相互作用。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
杰伊·古德温，美国国家科学基金会，DC;亚特兰大埃默里大学
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
Matteo Monti，博洛尼亚大学，博洛尼亚
John Padget，国际会计师协会，普林斯顿大学，芝加哥大学
史蒂夫·麦克米兰，费城德雷塞尔大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第20次IPA@IAS午餐是在2014年2月27日，由埃德·特纳(Ed Turner)发起讨论;这些笔记是艾德写的。

这是艾德在会前发出的摘要:

没有证据能有力地反驳这一假设，即地球上的生命是由于极其不可能发生的事件而产生的，在可观测宇宙的其他地方，生命已经出现或将出现的可能性极小。此外，一些证据和推理支持这一假设，尽管没有一个是结论性的或令人信服的。分子生物学提出的共生不可能性、费米(-哈特)悖论、“稀土”论点、迄今为止SETI的失败、地球上生命多重起源的明显缺失以及生命的高度反外消旋化学都是其中之一。此外，对这些推论的一些最常见的反驳在根本上是有缺陷的。不管它(对大多数人，但不是所有人)多么不吸引人，以我们目前的知识水平，我们应该相当认真地对待这个假设。参考文献:Argyle E, 1977，《机遇与生命起源》。哈特MH, 1975，地球上没有外星人的解释。QJRAS, 16, 128 Spiegel & Turner 2012，www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1111694108

对话开始时指出，对于大多数(但不是所有)与该主题有关的人来说，这种超级不可能的事件场景是如此没有吸引力，以至于它通常与其他OoL假设截然不同。也就是说，最常见的反应是指出其他可能性来解释支持超不可能模型的各种事实/观察(在上面的摘要中列出)。相比之下，对于OoL的其他观点，无论是否有其他解释，只要它们能合理地解释生活的任何方面，通常都会得到积极的评价。因此，我们在讨论中花了很大一部分时间来考虑超级不可能的事件场景，从它可以解释什么(在某种意义上甚至是预测什么)的角度来考虑它，从而试图与其他假设平等地对待它。

在此基础上，所有支持该模型的观点(如摘要所列)都进行了讨论，有的简单，有的详细。没有人声称有任何证据排除了该模型，也没有人声称有任何令人信服的证据支持该模型。至少在一些人(包括外星人)看来，它应该被认为是正确的，并不比我们其他任何OoL假设的可能性小，尽管考虑起来如此令人不快。

有人指出，超不可能假设的合理性强烈地依赖于一个无限宇宙和/或多元宇宙中有无限个“泡沫宇宙”的现实。

在午餐的最后一部分，玛丽·安妮·彼得斯(Mary Anne Peters)领导了一场关于潮汐加热系外卫星(THEM)的讨论，以及她和ET一直在研究的通过热红外直接成像在不久的将来探测它们的可能性。他们发表的第一篇关于该主题的论文(Peters & Turner 2013, ApJ, 769, 98)的摘要如下:

我们展示了现有的和计划中的望远镜的能力，在地面和太空中，直接成像潮汐加热的系外行星绕气体巨行星运行。潮汐加热的系外卫星可能比它们的主系外行星要亮得多，如果它是一颗低质量恒星，那么它的亮度可能只有系统主恒星的0.1%。由于系外卫星的发射可以由潮汐力提供动力，它们可以在与系统主恒星的任意大距离上发出明亮的光芒，在极端情况下，温度可达数百开尔文，甚至更高。此外，这些高温可能发生在数十亿年前的系统中。因此，潮汐加热的系外卫星可能比巨大的系外行星更容易成为直接成像研究的目标，这些系外行星必须既年轻，又与主行星有很大的预计距离(通常至少数十个天文单位)，才能进行当前直接成像研究。例如，(暖)斯皮策太空望远镜和下一代地面仪器可以在曝光一小时的情况下，以5σ置信水平探测到温度≈600k、距离≈5%的地球大小的系外卫星;在更有利但仍然合理的情况下，在几十秒差距的距离上进行探测是可行的。未来的中红外空间望远镜，如詹姆斯·韦伯太空望远镜和SPICA，将能够直接成像最近的20多颗恒星周围的潮汐加热系外卫星，其亮度温度为>=300 K和R >=1 R⊕围绕主星运行的t>=12 AU，在10^4 s积分的5σ置信水平上。此外，有可能一些已经被直接成像的系外行星实际上是潮汐加热的系外卫星，或者是这些天体与年轻的热行星的混合体。如果这样的系外卫星存在，并且足够普遍(即，在附近)，那么直接成像一颗表面条件允许液态水存在的系外卫星可能要比在其主行星的经典宜居带中解析一颗类地行星容易得多。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
Matteo Monti，博洛尼亚大学，博洛尼亚
玛丽·安妮·彼得斯，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第19次IPA@IAS午餐发生在2014年2月20日，由广濑圭开始讨论;皮特·胡特写了这些笔记。

以下是Kei在会议前发出的摘要:

自1952年以来，地球的金属核除了铁和镍之外，还包括大量的轻杂质元素。这种轻元素的鉴定仍然存在很大的争议。在高压和温度实验的基础上，我们最近确定了地球原始地幔在岩石地幔和地核边界的固体温度仅为3600k左右(野村龙一等。)，比先前的估计低约500k。由于地幔底部不是全球熔融的，这种固态温度为地核顶部的温度提供了上界。即使在如此低的温度下，外核也必须是熔融的，这种情况只有在核心中有相当数量的氢时才会发生。考虑到氢的来源很可能是地球形成之初形成的“岩浆海洋”中的水，地球构件中的水浓度可能高达1wt .% H2O，这比现在海洋的质量(0.02 wt.%)要高得多。

Kei概述了最近关于地球深层物理条件的发展，特别是地核。这可能导致地球深处的水含量远远大于地球海洋的水含量，这对太阳系行星的形成理论以及行星形成后的演化具有重要的影响。

随后，14位与会者进行了热烈的讨论，这是迄今为止的记录，我们所有人都挤在小会议室的长桌周围。考虑到我们大多数人对地球深处的背景知识知之甚少，我们有很大的机会快速学习，至少在相对意义上是这样。

讨论进行到一半时，我们请卡拉·马格纳博斯科(Cara Magnabosco)给我们介绍一下她和普林斯顿大学的同事在南非几公里深的金矿中发现的生物，不仅是单细胞生物，甚至还有蠕虫状的生物(见下图，2013年10月25日我们与图利斯·昂斯托特(Tullis Onstott)共进午餐)。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
沃尔特·丰塔纳，哈佛，剑桥，马萨诸塞州
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
劳拉·兰德韦伯，普林斯顿大学
Cara Magnabosco，普林斯顿大学
Matteo Monti，博洛尼亚大学，博洛尼亚
蒂姆·莫顿，普林斯顿大学
肖恩·墨菲，霍华德·休斯医学研究所/珍妮莉亚农场
Park Hyun Ok，多伦多约克大学，普林斯顿国际会计学院
Hanako Ricciardi, ELSI，东京
埃里克·史密斯，乔治梅森大学，弗吉尼亚州费尔法克斯
Steven Tainer，世界宗教研究所，伯克利，加州
Kengo Tomida，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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原定于2014年2月13日举行的午餐会因暴风雪而取消。

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我们的第18次IPA@IAS午餐是在2014年2月6日，由埃德·贝尔布鲁诺(Ed Belbruno)开始讨论;皮特·胡特写了这些笔记。

这是艾德在会前发出的摘要:

我的介绍和讨论讨论了地球上的生命是否可能起源于太阳出生星系团内的另一个行星系统。这是一个含有微生物的流星体在系统的行星之间交换的过程。讨论的主题是发生这种情况的传输机制。先前的研究表明，在一个开放星团中，从一颗恒星附近转移的固体物质被另一颗恒星捕获的可能性非常小。这是由于原始行星系统的高喷射速度造成的。在这位演讲者最近与Amaya Moro-Martin、Renu Malhotra和Dmitry Savransky一起发表的一篇论文中[行星系统之间固体物质的混沌交换:我们表明，通过使用更慢的弱逃逸机制(本质上是混乱的)，固体物质被星团中的另一颗恒星捕获的概率急剧增加了10亿倍，从而使岩石泛种论更有可能，并提供了一个可行的转移机制。

Ed介绍了一些非常有趣的背景，关于是什么导致他研究太阳系的混沌轨道，并将他所学到的应用于拯救日本卫星Hiten，并于1991年将其带到月球。然后，他总结了他在岩石生源说方面的工作，我们很快就展开了热烈的讨论，讨论银河系中任何地方的单一生命来源是否可能通过生源说在银河系的其他地方播下了种子。这本身似乎比在最初几亿年缓慢溶解的出生集群中可能发生的那种播种可能性要小得多，但也许不是不可能的。

这些讨论引发了我们观测穿越太阳系的星际天体前景的问题。到目前为止，我们所知道的所有彗星都在椭圆轨道或接近抛物线轨道上运行，而来自另一颗恒星周围的彗星则会以非常明显的双曲线轨道穿过太阳系，其速度在无穷大的数列为几十公里/秒。然而，随着全空巡天的迅速增加，我们一定会发现在双曲线轨道上运动的天体，要么是彗星，要么是小行星。

午餐后，皮特联系了罗伯特·杰迪克(Robert Jedicke)，他是夏威夷泛星计划(Pan-STARRS)的一名小行星轨道计算专家。罗伯特和皮特相遇的方式是，12年前，皮特在曼哈顿的一家咖啡馆里无意中听到了罗伯特关于近地小行星和撞击危险的谈话，之后皮特也加入了谈话(几年前，埃德·贝尔布鲁诺和皮特在曼哈顿到普林斯顿的火车上相遇;很多偶然的遭遇:-)。鉴于罗伯特刚刚发了一封电子邮件，皮特回复了他，并抄送给了埃德·特纳，而埃德·特纳则指着他与阿玛亚·莫罗-马丁和阿维·勒布合著的一篇论文:大型天气巡天望远镜能探测到进入太阳系的太阳系外星子吗?这次讨论引发了一个关于未来观察机会的电子邮件讨论

讨论了许多其他主题，包括纯数学和应用数学之间的关系，考虑到前面的对话，混沌是一个明显的主题。在这种情况下，Ed Belbruno还谈到了他在创作灵感的本质上所经历的巨大差异，与从事数学工作相比，特别是在绘画方面。

现在是:

Ed Belbruno，普林斯顿大学
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
Jeffrey Schenker, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第17次IPA@IAS午餐是在2013年11月21日，由乔恩·林赛(Jon Lindsay)开始讨论;他写了这些笔记。

这是Jon在会议前发出的摘要:

长期以来，科学对生命的描述一直是两种观点。许多说法都强调推动物质运动的物理原因。其他人，尤其是但不仅仅是在社会科学领域，强调激发或拉动生物的思想和兴趣。bob真人是哪里的事实证明，我们生活的世界是这两种观点的奇妙混合体。意向性问题继续顽固地对抗我们科学的因果世界。有没有可能意向性实际上是理解生命起源和进化的部分答案，而不仅仅是障碍?

许多科学观点强调“推动”物质的物理原因或规律。社会科学领域的其他学科，尤其是(但不仅限于)强调那些能够激励、鼓励或“拉”生物的思bob真人是哪里的想和兴趣。我们生活的世界是这两种观点的混合体，一个是机械论的(即使不确定)，另一个是功能性的(即使有争议)。在这次对话中，我们探讨了为什么意向性问题不能令人满意地简化为科学的原因世界。

首先，我们讨论了千年来科学所解决的三个“大问题”智力发展的程式化历史:物理机制、生物生命和社会复杂性。对于前科学时代的人类来说，这三者可能在万物有灵论的世界观中是统一的。亚里士多德接着观察到，观察到生物是特殊的，因为它们的发展和行为似乎是由目标引导的，而不仅仅是有效原因。他还指出，人类作为政治动物，特别关心促进自己的社会和道德利益，总是受到面向未来的意向性的指导。几个世纪后，牛顿描述了一个机械宇宙，其中三条运动数学定律足以解释物质世界的碰撞和推挤。然而，对于牛顿来说，人仍然是一种特殊的，甚至是神圣的存在，即使其他启蒙思想家更强调世俗的，经济的，意向性。查尔斯·达尔文的自然选择进化论是这些思想的自然产物，也是对牛顿世界观的重要更新。经过足够多代的迭代，自然选择的算法可以产生非常适应环境的生命形式，看起来是有意的或有功能的。

然而，这个故事仍然不完整。虽然达尔文进化论解释了生物功能如何通过自然选择随着时间的推移而改善，但它仍然没有告诉我们意向性从何而来。物理学、生物学和社会的更统一的概念是可能的，甚至可能在现在或不久的将来出现。这个概念可以把原因和意向性，推和拉统一起来。在某种程度上，这是对亚里士多德雄心壮志的回归，即在人类经验的整个范围内进行广泛思考。

完全跨学科是令人生畏的，甚至可能是不可能的。但也许更温和的理论，比如复杂系统的一般理论，是可能的，这有助于理解意向性和因果关系。然而，要做到这一点，需要进行更多的对话。正如我们在谈话中发现的那样，围绕着意向性、突现、结构、功能甚至科学等基本术语，存在一些严重的跨学科歧义!

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
乔恩·林赛，加州大学圣地亚哥分校
Park Hyun Ok，多伦多约克大学，普林斯顿国际会计学院
Michael Perryman，普林斯顿大学
西沃恩·罗伯茨，国际会计师，普林斯顿大学
Jeffrey Schenker, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第16次IPA@IAS午餐是在2013年11月14日，由尼古拉斯·巴里斯(Nickolas Barris)开始讨论;他写了这些笔记。

以下是尼古拉斯在会议前发出的摘要:

根据我在好莱坞职业生涯中写了200多部戏剧作品的经验，以及在好莱坞工作室工作期间分析了4000多部文学作品的提交，我开发了一个概念化模型，利用客观数据和研究结合专业直觉来生成故事，使戏剧力量和真实性最大化。这个框架也可以应用于科学假设的生成，也就是以科学数据和已知的科学边界为起点，假设新的研究路径，实现新的知识前沿。我成功地运用这种模式创作了两部获奖的科学纪录片。其中一部纪录片讲述了奥利弗·萨克斯博士探索一种新的人类天赋现象——威廉姆斯综合症。我希望探索这些模型如何在《生命起源》的专业研究中激发更多的见解。

Nickolas Barris首先分析了科学想象和概念化模型在生命起源系列迄今为止的前几次演讲中所扮演的重要角色。随着这些元素的价值被阐明，他可视化了三个额外的概念化模型，这可能有助于未来生命起源中的假设生成:1)阿尔伯特·爱因斯坦的科学理论生成的概念化模型，2)尼古拉斯·巴里斯在2012年参加全球创意峰会时创建的个人概念化模型，以及3)好莱坞的三幕电影结构，以推动戏剧写作。

爱因斯坦的模型描述了一条无限的“感觉脉冲”线，一个非线性假设生成的辐射弧，它创建了一个新的公理点，然后这个轴子点在逻辑上被评估，因为它移动回原始的无限感觉脉冲线。尼古拉斯·巴里斯(Nickolas Barris)培养富有成效的创造力的个人概念化模型始于一系列顿悟的闪现，这些顿悟停留在一个阶段点，直到一个新的假设在直觉质量上超越其他假设。然后，这个想法通过从科学和人文学科收集的跨学科模型的动态平面进行移动，并将其细化到可以实现新的科学假设或创造性故事的程度。这种模式也反映了培养新的科学和创造性见解的非线性性质。最后，我们回顾了好莱坞三幕电影的结构，重点是好莱坞叙事中优秀的角色互动与自然界中无数的可能性是相似的——例如可能的生化反应。

尼古拉斯·巴里斯引用了之前的三次演讲作为例子，说明他们在概念框架意义上的具体科学方法如何被引入爱因斯坦模型和他个人模型中描述的跨学科空间。其中包括:Marcelo Gleiser关于同手性的演讲，Jim Cleaves关于前生物化学的演讲，Yuka Fujii关于探索有人居住的系外行星的生物特征的演讲。他在评论的最后建议，生命起源领域的所有人应该共同努力，将他们的科学学术和假设带入一个持续的跨学科空间，比如概念化模型1和2中的那些空间，在那里，更广泛的社区可以与特定的科学数据、学术和假设以及用于发展它们的概念化模型相互作用。

来自更广泛群体的观点和问题包括:

1)有一点是描述了这三种可视化的概念化模型是如何不同于思考物理学、宇宙学和生命起源的已经不同的标准模型，这些模型已经通过思想世界的历史得到了完善。这个现在更大的模型组被讨论，因为它们在逻辑和动力学上都有很大的不同;

2)分析了这三种可视化模型对物质如何形成、生命如何形成和意识如何形成这三大问题的见解和清晰度。有一个更广泛的小组认为，这些模型将是对目前探讨这些基本问题的框架的有益补充;

3)埃德·特纳(Ed Turner)质疑这些模型如何应用于天体物理学和宇宙学，并由此展开了更广泛的讨论，重点是重力和低熵区在改善地球上生命条件方面的作用。讨论逐渐发展成一场有趣的讨论，讨论艾德关于宇宙其他地方存在生命的可能性的观点。

4)问题是，好莱坞的三幕结构总体上是如何运作的，特别是如何将其作为一个指导框架应用于越来越有意义的戏剧新故事。这引发了一场关于三幕结构和其他形式的结构的讨论，如莎士比亚所应用的结构，试图挖掘人类条件下的普遍常数，以及人类如何处理思想和情感。这引发了一场更广泛的进化讨论，关于鸟类和猴子等其他动物如何表现出这些处理形式的方面，以及我们可以从中学到什么;

5)会议以另一个呼吁结束，鼓励更广泛的生命起源社区收集和策划一个持续的跨学科空间，使上述内容能够以系统的形式访问，并在未来逐步扩大。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
道格拉斯·达克沃斯，费城天普大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第15次IPA@IAS午餐于2013年11月7日举行，由马塞洛·格雷瑟(Marcelo Gleiser)开始讨论;他写了这些笔记。

以下是马塞洛在会议前发出的摘要:

自巴斯德(Pasteur)以来，甚至在Biot之前，有明确的证据表明，氨基酸和糖在活生物体中具有非常特定的手性。我将介绍一些与手性如何成为OoL谜题的一部分有关的问题，以及环境影响如何在决定这里和宇宙其他地方发生的事情中发挥关键作用。问题和答案一样多，希望更多。

马塞洛·格雷瑟(Marcelo Gleiser)简要总结了生物同手性问题，即为什么生命似乎更喜欢某些关键生物分子的特定空间取向。例如，氨基酸是左旋的(“左旋”在更通俗的意义上，它们将偏振光平面向左旋转)，而核酸中的糖是右旋的(“右旋”)。这一难题源于这样一个事实，即当人工合成这种生物分子时，混合物总是外消旋的，即50-50。

格雷瑟讨论的一些问题包括:

1.为什么氨基酸和糖之间存在手性互补?它是否服务于某种与基因繁殖有关的功能优化?Nick Hud做了一个有趣的评论，关于蛋白质的折叠和功能是如何依赖于手性纯度的，这是由蛋白质的薄片结构决定的。

2.手性和生命起源之间的关系是什么?手性是在生命起源之前先出现的，还是之后才出现的?尼克·胡德认为它可能在生殖器官进化的过程中出现;然而，Gleiser反驳说，聚合物一旦混合，就很难“净化它”，也就是说，使其手性纯净;从生物前水平的手性纯生物分子开始会更容易。吉姆·克利夫斯认为陨石确实显示出一些过量的同手性化合物，这些可能在这里的同手性种子中发挥了作用。

Gleiser随后解释了他的间断手性模型(发表在《生命的起源和生物圈的进化》)，即手性是由自催化聚合反应和外部环境之间的耦合决定的。他的团队的结论和预测是，在地球上发现的特定手性是偶然的:来自外星世界的大量立体化学样本应该会产生五五开的分布。这与生物手性的另外两种机制形成了对比:弱相互作用——预测宇宙中相同的手性;还有圆偏振光——可以预测在恒星附近有相同的手性，但不能预测整个星系。

奈杰尔·戈登菲尔德质疑，如果地球早期的生命具有随机手性，那么为什么地球上的生命应该是同手性的;Nick Hud补充说，确实可能出现了不同的手性结构域，这可能是一种资源竞争，其中最轻微的优势将导致其中一个手性选择的“胜利”。Gleiser提到，他的时空同质手性模型恰恰表明了这一点，尽管尚不清楚手性优势是什么。

格雷瑟还指出，生命可能不是在地球上不同的地方独立出现的，而可能只是从一个地方辐射出来的。在这种讨论的背后是一个更复杂的问题，即生活有多“容易”。这里的生命起源有很多还是只有一个?格雷瑟捍卫的立场是，生活是艰难的;高登菲尔德认为生活很容易。

还讨论了生命路径的问题:生物分子自我组织成为生物实体的方法有很多吗?还是这些途径非常受限?

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
邓普顿基金会的福井绫子
Marcelo Gleiser，达特茅斯学院
伊利诺伊大学的奈杰尔·戈登菲尔德
尼克·哈德，乔治亚理工学院
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
Eiko Ikegami，新社会研究学院
Hanako Ricciardi, ELSI，东京
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
Antje Teegler
Inna Zakharevich, IAS，普林斯顿大学

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我们的第14次IPA@IAS午餐是在2013年10月31日，由埃里克·史密斯(Eric Smith)开始讨论;他写了这些笔记。

这是Eric在会议前发出的摘要:

在生命起源的研究中，我们正处于一个我们甚至对化学或环境的相关领域都知之甚少的阶段。是否仍有可能对生物起源问题的框架加以一般限制以保持一致?这个问题所涉及的专业知识比那些传统上涉及生命起源的问题要大得多。

讨论从一个传统的问题开始，但(在传统的提法中)措辞不是很有用:“地球上生命的起源是一个偶然/不可能的事件，还是行星动力学的一个必要阶段?”可以利用问题的一种方法,使它更接近我们有一些定量的概念理论,是问生命的起源是否类似于微观的详细序列事件,本质上是不可预测的(详细的)情况下,如路径下粒子的布朗运动,或是否它是一种系统re-arrangement整个地球,化学和能量的相似字符的相变(冻结,介电击穿等)重新安排系统在其微观状态或历史(分别为冻结或击穿)上的分布。Inna指出，也许这应该表达为拉姆齐理论中的一个问题，即什么条件使一个给定的属性在具有许多元素的系统中不可避免。尽管当时参与讨论的其他参与者并不熟悉这个话题，但随后的阅读表明，这可能是一个很好的联系。

这一讨论发生了一些变化，以试图改进人们所使用的生命特征——因为生命的所有方面都不可能同样偶然或不可预测，即使作为一个类别，它们的命运是耦合的——并将已知系统中偶然或可能的转变类别与观测到的生物圈中的子系统或特征联系起来。

然后，讨论转向了我们在经验和数学上知道多少，可能会限制这个问题的答案。一个重要的不确定性是多少我们知道有关化学和行星条件和视角似乎从相对乐观的(我们知道很多可能足以有关,这可能是一个强有力的约束理论),更加谨慎(我们知道一些事情但搜索空间大,我们可能需要了解很多新事物之前,我们能说什么better-than-circumstantial使用的证据)。

问题来了，我们观察到的普遍存在的生命特征(例如，一些核心代谢途径，RNA和细胞的使用)是任何生物圈在地球上这样的条件下都需要采用的独特解决方案，还是它们是历史上许多类似选项中的偶然选择。(显然，这个问题在分解时也有利于提及更细粒度的反应子系统或成分类别，而不是将观察到的版本作为一个精确的模板。)一个密切相关的(也是长期存在的)问题是，我们是否应该将最有可能的起源假设视为这样一种假设:在这种假设中，低水平的(体积化学性质)动力学决定了许多可能的生命模式，而像基因和酶这样的控制系统进入了一个它们的许多功能都是预先指定的世界，还是说最有可能的起源路径只是通过基因/酶控制层?以及在形成过程中的偶然事件是否对决定我们今天所拥有的生物圈的某些部分至关重要。

这两个问题不一定是可选的，因为进化收敛可以反映出阻力最小的路径或潜在的更稳定的秩序形式的规律特征，在这种情况下，先验约束或后验收敛可能导致相同的结果。在这种情况下，仅从结果来看，这两种解释是混淆的。如果我们能从历史重建中恢复任何在涌现过程中起作用的有效法则，也许可以部分消除混乱。(值得注意的是，历史重建有时可以做的不仅仅是在重建范围内简单地提出祖先国家。有时，它可以发现在重建窗口之外继续适用的动力学定律，这样，它可能会对更早的时代施加限制，而不是直接从历史中推断出来的。)由于连续体可能存在，从严格的外部施加的约束，经过非常强的收敛，到只在进化长期中暴露出来的较弱的收敛，一个更有效的方向可能是尝试沿着这条从约束到偶然性的轴放置各种模式或过程。

一些讨论者似乎很舒服地同意，一个可以恰当地涉及化学力学，然后在这些可能性中做出合理选择的理论是可取的，但同时也认为，目前存在的两个标准都满足的理论并不多。似乎没有人认为这在原则上是遥不可及的。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
埃里克·史密斯，弗吉尼亚州费尔法克斯的乔治梅森大学
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
Inna Zakharevich, IAS，普林斯顿大学

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我们的第13次IPA@IAS午餐是在2013年10月24日，由吉姆·克利夫斯(Jim Cleaves)开始讨论;他写了这些笔记。

我们以吉姆·克利夫斯(Jim Cleaves)简短的粉笔演讲开始了讨论，他以脂肪酸的冰结晶和胶束形成为例，讨论了自组装的概念。然后，我们开始讨论更复杂的自组装品种，以及自创生的概念，使用Luisi在两相辛酸酸酐/水系统催化胶束方面的工作作为说明。我们讨论了嵌套式或顺序式自催化的概念，即一个反应的产物会加速上游的合成反应。然后，我们继续讨论这样的系统可能需要在哪些方面变得更加复杂，例如，可能需要由多个组件组成。

这就引出了开放式进化的问题。例如，我们讨论的是国际象棋游戏的数量是否真的是无限的，还是固定数量的棋子和固定大小的棋盘使得这个数字非常非常大。这引发了一场关于国际象棋和围棋之间比较的讨论，以及为什么人工智能花了这么长时间才发展出来，而人工智能在围棋中可以轻松击败人类棋手(顺便说一句，国际象棋大师伊曼纽尔·拉斯克(Emanuel Lasker)说:“围棋规则是如此优雅、有机和严格的逻辑，如果宇宙其他地方存在智能生命形式，他们几乎肯定会下围棋”)。事实证明，这是多种因素的结果，包括与国际象棋相比，更大的棋盘、更多的走法和更微妙的策略。这次讨论的重点是，如果有足够的计算能力，人们是否可以设计出一种人工生命程序，使其自发地发展出嵌套式的自催化和开放式进化。

随后对生命系统中模块化的可能必要性进行了讨论，有人指出，虽然真核生物具有模块化的隔间，但原核生物没有，这种类型的模块化很可能是细胞质尺度上扩散所施加的限制的结果。可能存在其他层次的模块化，例如不同类型分子的编码和催化分离，甚至基因固有的模块化。我们讨论了模块化和鲁棒性之间是否存在联系，最后讨论了模块化是否可能是生命系统的普遍特征。

一个有趣的问题出现了，关于活细胞的最佳形态。进化已经达到了最有效的细菌类型，或者说，可以想象的是，一种非常复杂的非模块化的分子结构和途径可能更有效?如果这样的细菌不能通过进化产生，原则上它能在实验室里制造出来吗?它是否相当健壮?换句话说，有三种方式来问这个问题:模块化更多的是为了方便，还是真的是在活细胞中组织物质和过程的绝对最有效的方式:1)如果我们只坚持这样一个细胞至少在一段时间内是活的;2)如果我们坚持认为这样的细胞及其后代将是强壮的，能够在环境的轻微波动中存活下去;3)如果我们坚持认为这样的细胞可以通过从生命起源前的物质不断进化而产生。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京

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在我们第13次IPA@IAS午餐的第二天，即2013年10月25日，我们与Tullis Onstott进行了一次额外的午餐聚会，他原定于24日主持讨论，但未能出席。

图利斯向我们讲述了他在南非地下几公里深的金矿中寻找微生物的工作，并测试生命可能起源于那里的可能性。他给我们讲了丰富多彩的故事，讲述了如何深入到地球深处，如何应对那里的高温。他还提到了采矿工程的危险和独创性，因为岩石和岩石中存在的水脉的巨大压力。图利斯讨论了他的最新想法:这些岩石中细菌可能在很长一段时间内成倍增长，从高贵元素的丰度判断，那里存在着非常古老的水袋，以及那里目前生物活动的迹象。

埃德·贝尔布鲁诺(Ed Belbruno)谈到了他在恒星形成区岩石生种论方面的新工作，在那里，简单的生命形式可能搭上了陨石的便车，从一个太阳系的行星移动到另一个太阳系的行星。他还提到了自己以前的工作，通过计算几乎不需要燃料的新型转移轨道，他拯救了一颗进入错误轨道的日本卫星Hiten。

藤井Yuka Fujii谈到了她在生物标记和系外行星单像素断层摄影方面的工作。她目前正在研究太阳系，从附近的恒星看，比如半人马座阿尔法星，通过模拟来看看我们从这么远的距离能观察到什么。这样的知识就可以应用于地球上围绕其他恒星的行星的研究。

我们还简要讨论了最近对简单生命形式的测量，如硅藻，在平流层的高处。每天都有大量的海水通过有规律的波浪运动以及飓风和其他风暴的影响被喷射到大气中。一些微生物，一旦以这种方式被带到高空，就可以一路到达平流层，并在那里生存相当长的一段时间。

现在是:

Ed Belbruno，普林斯顿大学和纽约大学Courant研究所
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
Tullis Onstott，普林斯顿大学

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我们的第12次IPA@IAS午餐是在2013年10月17日，由藤井裕香(Yuka Fujii)开始讨论;她写了这些笔记。

以下是Yuka在会议前发出的摘要:

最近的天文观测揭示了太阳系外行星系统的普遍性。据推测，在所谓的宜居地带的岩石行星已经被探测到。这些事实促使我们通过进一步的观测来寻找有人居住的系外行星。要检验我们探测生命特征(生物特征)的能力，首先要检验我们自己的地球的生物特征，这些特征可以远距离观测到。就目前的地球而言，氧气、臭氧和植被红边的光谱特征被认为是有用的生物特征。此外，精确多波段观测的时间序列可以在一定程度上恢复地表环境(如大陆)。为了超越目前的地球，各种各样的现有生命形式和它们可能产生的光谱特征都被考虑在内。我将介绍这些努力来探索探索系外行星上生命的可能性。

大约1000颗系外行星的发现极大地激励了我们去寻找生命。在天文距离上调查系外行星上是否存在生命，唯一现实的方法是获取行星光谱或颜色作为点源，并在其中寻找生命的特征(生物特征)。基于这一现状，我们回顾了目前提出的可能的生物特征，重点是1)大气中的生物特征气体和2)归因于生命的散射特性。

首先，我们制作了一个生物特征气体表来比较它们的特性。我们总结了非生物生产(可能导致假阳性)，可能的汇，以及它们可以观察到的光谱范围。其中，氧被认为是一种很有前途的生物标志物，因为它没有已知的良好的非生物产物。在地球上，大气中的氧气是由产氧光合作用(或有机物的埋藏，因为消化或有机物消耗氧气)引起的。由此产生的一个问题是，如果所有生物突然消失，地球大气中的氧气还能维持多少年?这是我们的作业。

然后我们讨论了散射特性中的生物特征，特别是光合生物反射光谱中的阶跃函数特征和浮游植物对海洋可见颜色的影响。当我们关注局部区域时，可以识别这些特征，但根据观测配置，可以在圆盘积分光谱中看到边缘特征。虽然这些特征的普遍性是不确定的，但一旦行星光谱可用，就值得对它们进行评估。

最后我们谈到了未来的前景。通过抑制恒星光的影响来探测地球大小的系外行星的信号在技术上具有挑战性。初步的尝试正在进行中，但这一方向被广泛认为是我们寻找生物标志物的最终目标，一些未来的项目正在积极讨论中。我们希望在10-20年内能够使用这种设备。与此同时，利用凌日行星系统的光谱学(即比较凌日中光谱和凌日外光谱)，即将推出的望远镜，如JWST，可能能够了解超级地球的一些主要特征。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Jochen Bruening，柏林洪堡大学
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京

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我们的第11次IPA@IAS午餐是在2013年10月10日，由阿尔伯特·法伦巴赫(Albert Fahrenbach)开始讨论;他写了这些笔记。

RNA世界假说认为，在我们熟悉的中心法则——DNA储存基因信息，编码蛋白质，执行细胞功能——之前，RNA扮演着这两种角色。对这一假设的信仰已经成为在实验室中构建模型原始细胞的指导方针，其目的是利用RNA聚合物，这些聚合物可以在囊泡范围内进行复制，分裂形成子囊泡，并以所需的鲁棒性无限重复这一过程，最终达到能够经历达尔文进化的原始细胞群体。

原细胞复制的关键步骤之一是复制RNA聚合物，这些聚合物作为模板，从激活的RNA单体的顺序反应中合成它们自己。在实验室中实现这种模板定向合成的实际挑战之一是，被激活的RNA单体处于高能量状态，在它们可以在母体模板上聚合之前，非常快速地与水反应。这种死胡同水解产物是热力学的结果:分子除了向最低能态移动之外几乎没有选择，一旦到达最低能态，就失去了利用自由能的能力。

尽管“RNA世界”假说的其中一个假设假设了一个没有现代复杂分子机器的时代，而现代复杂分子机器通常会在今天的细胞中为细胞复制提供动力，但是否存在由RNA组成的更简单的版本——所谓的“生命起源前分子机器”——能够在分子水平上做有用的工作，例如，利用环境中可用的自由能量，使反应远离平衡状态，可能促进模板定向RNA复制的基因?

为了回答这个问题，我讨论了我的建议，在功能性RNA聚合物(也称为核酶)上安装一个能够从光中捕获能量的分子。其中一个这样的分子是偶氮苯，它是一种光活性化合物，能够在~400 nm的光下进行顺/反式异构化;换句话说，这种小分子可以利用来自环境的光能，并将其转化为分子尺度的收缩运动，起到“分子肌肉”的作用。来自偶氮苯的能量可能为适当选择的正确序列的核酶提供必要的“活力”，这样核酶可能不仅仅具有催化作用，而且实际上可以将反应推向更高的水平，例如，RNA单体的激活进入高能量状态。这种活化的RNA单体与细胞使用的现代能量货币ATP没有太大区别。

这个小组继续讨论了与这个想法有关的各种话题，其中之一是代谢和遗传孰先孰后的问题。激活的RNA单体最初可能是由环境提供的，但在某种程度上，这种供应将会耗尽，任何能够利用环境能量为自身复制提供动力的原始细胞都将比那些不能利用环境能量的原始细胞拥有巨大的优势。

讨论继续进行，问题是生命的起源是否需要一组完全独特的环境才能发生，即，一个非常特定的途径，以至于生命的出现如此罕见，以至于在宇宙中只发生过一次，还是有多种可能的途径，每一种途径都导致生命形式不一定基于DNA、RNA和蛋白质，而是任何分子底物都能存储信息并发挥作用。这类问题强烈地强调了对生命理论的需要，这种理论具有一种预测能力，能够指导和告知具体的和可重复的实验，这些实验利用化学基质，可以在实验室中按照人类的时间尺度进行。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
奥黛丽·鲍尔施密特，国际会计师，普林斯顿大学
Jochen Bruening，柏林洪堡大学
Harmen Bussemaker，哥伦比亚大学，纽约
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
艾伯特·法伦巴赫，哈佛，剑桥
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
肖恩·墨菲，霍华德·休斯医学研究所/珍妮莉亚农场
埃德·特纳，普林斯顿大学

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本学期第一次IPA@IAS午餐于2013年10月3日举行。这是我们自2013年1月开始的第十次IPA@IAS午餐。

提醒你一下:IPA是指自然发生的跨学科视角。所有现存的生命体都起源于其他生命体，通过所谓的生物发生，从以前的生命形式中产生生命。相比之下，非生物发生是指从无生命物质到生命的形成，从越来越复杂的化学反应到生物学的过渡。

以下是Greg Fournier在会议前发出的摘要:

地球上的生命可以追溯到最后的宇宙共同祖先(LUCA)。然而，卢卡时代的细胞几乎肯定不是第一个细胞生命，而是其他细胞生物的后代。第一个活细胞和LUCA之间发生了多少时间和变化?对LUCA的准确理解能帮助我们理解生命的起源和第一批细胞吗?逻辑推理和连续性原则表明，答案是肯定的，而进化史中衍生特征的本质，以及跨越这段时间的未知数量的环境变化表明，答案可能不是。

格雷格以粉笔演讲开始了讨论，从生命之树的角度概述了生命进化的主要时期。这些主要的时代被描述为:(1)地球起源的前生物化学;(2)益生元化学到第一个细胞;(3) LUCA(最后的共同祖先)的第一个细胞;(4)生命之树的根直到现在，或“细胞生命的时代”。

在整个生命树中起作用的复杂进化过程被证明可能在LUCA发生之前和期间就已经存在，可能包括水平基因转移、谱系分类和合并以及大规模灭绝。与晚期重轰击(LHB)相关的早期灭绝的可能性与luca前和luca后生命的关系进行了讨论，以及它们在提供进化“瓶颈”方面的可能作用，甚至是在生命能够建立自己足够承受后续扰动之前需要多次OoL事件的完全“冲击挫折”。

吉姆观察到，这取决于生命传播的速度与OoL事件频率的关系。他进一步观察到，如果最早的生命是异养的，行星扩张的失败尝试将消耗累积的高能有机分子，并使后续的尝试更加困难。

Ed提出的LHB事件在选择嗜热的温泉细菌和古生菌祖先时的一个困难是所需的“微调”，因为除那些海底微生物外，整个星球消毒所需的能量转移可能是一个不合理的狭窄范围。

格雷格提出了瓶颈假说的改进，可以放松必要的微调，他观察到海洋和行星表面的温度只需要提高到除预先适应的热喷口生物外的所有生物的灭菌范围。海洋蒸发到包含热喷口生态系统的深处似乎是毫无道理的。

现在是:

Nickolas Barris, IAS，普林斯顿
Harmen Bussemaker，哥伦比亚大学，纽约
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Greg Fournier，麻省理工学院，剑桥大学
Yuka Fujii, ELSI，东京和IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第九次IPA@IAS午餐发生在2013年3月21日。

讨论一开始，Jon Lindsay简要介绍了他在冲突本质和改变军事文化方面的工作。他分享了自己研究海豹突击队(Navy Seals)组织的经验，以及强烈的集体认同感是如何帮助或阻碍海豹突击队适应不断变化的地缘政治格局的。

在此之后，我向小组成员概述了我一直在探索的一种新型自动机，旨在阐明自我复制系统是如何以及何时出现的。在这个模型中，一个机头或“蚂蚁”遍历一个充满随机生成的复制指令的网格，按随机跳跃序列移动。在每个位置，蚂蚁执行该单元格中描述的本地复制操作，从而有效地覆盖网格中的某个单元格。自动机包含一个规定，即任何指令都不允许复制自己或复制自己。自动机的设计是为了看看这是否足以导致多个指令的自我复制模式的出现，这是非常迅速的。

这个模型背后的思想是，自我复制模式是等同于自我覆盖程序的系统的自然结果。希望该模型能够提供一个进一步模拟的框架，通过对化学系统中计算产生的方式进行仔细的近似，从而更接近地模拟自然界中生命的外观。该小组对如何扩展这项工作提出了一些有价值的建议，包括探索算法的最小情况，包括突变等特征，以及将方法转移到更自然的晶格，如Voronoi瓷砖系统。

我们讨论了合作原则的概念，类似于囚徒困境中的原则，被嵌入到模拟的结构中，而博弈论可能会产生有用的工具，以确定哪种物理系统可能会产生复杂的结果。我们也讲过这是如何与化学中的超循环紧密相连的。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
亚历克斯·兰姆，普林斯顿大学
乔恩·林赛，加州大学圣地亚哥分校
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第八次IPA@IAS午餐发生在2013年3月14日。
下面是我们漫长午餐前半段的总结。

Piet报告了他对欧洲核子研究中心的访问，从2月26日到3月1日，他参加了一个相当非正式的研讨会，主题是生命的起源。一个月前，他参加了在普林斯顿举行的“生命起源”会议，那次会议的大多数参与者都来自北美。这次会议给了他一个很好的机会，让他结识了欧洲的一些主要科学家。此外，他还喜欢参观去年发现希格斯粒子的大型强子对撞机(LHC)两个探测器之一的阿特拉斯探测器的控制室。不幸的是，最壮观的多色T恤已经售罄，所以他只能凑合着用单色描述的更简单的强子碰撞T恤。

从多学科的角度来看，整个会议最有趣的方面是欧洲核子研究中心的粒子物理学家和在那里访问了几天的生命起源研究人员之间在态度、方法、交流、工作方式等方面的巨大差异。在我所见过的所有科学家小组中，欧洲核子研究中心的实验粒子物理学合作小组是最严格的、层次最分明的小组，他们根据严格的任务分工和非常明确的相互理解进行工作。他们显然必须这样工作，否则就不可能让成千上万的人一起工作，以实现产生和分析强子碰撞的明确定义的共同目标。

相比之下，由组织松散的“生命起源”科学家组成的游牧团体则完全没有组织。他们彼此认识，建立了长期的友谊，但仅此而已。粒子物理部门的经理试图问他们“请带我去见你们的领导”，但从未得到回答，因为那时还没有组织，因此也就没有领导。大部分讨论，尤其是临近尾声的讨论，都集中在如何组织这些游牧民，如何将他们塑造成未来与欧洲核子研究中心合作的潜在伙伴。

总而言之，它为Piet提供了三重宝贵的经验，了解欧洲核子研究中心，了解生命起源，以及不同学科结构之间的极端会议(有点像“小鹿斑比遇到哥斯拉”，但希望和可能会有一个更令人愉快的结果:-)。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
道格拉斯·达克沃斯，费城天普大学
艾伦·高德曼，普林斯顿大学
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
珍妮·吉姆，伦敦大学学院，普林斯顿国际会计学院
Boaz Katz, IAS，普林斯顿大学
亚历克斯·兰姆，普林斯顿大学
Kinnari Matheson，普林斯顿大学

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我们的第八次IPA@IAS午餐发生在2013年3月14日。
下面是我们漫长午餐后半段的总结。

我描述了astro-group正在考虑的一项举措，以提高电子出版系统中数据和引用的透明度。我们相信arXiv是高效科学交流的强大工具，并提出了一些简单但重要的改进建议，以加强它。我们建议作一些微小的改动，以便以下方面:a.提供一种简单快捷的方式，直接访问以图表和表格形式显示的电子数据。b.有标记的引用系统，可以方便地获取对已发表结果的异议或确认。您将能够看到不同的反对和确认列表，而不是统一的引用列表。

在讨论中提出了一些想法:1.在讨论中。直接访问用于获得结果的编程代码。2.鼓励人们使用所要求的标准的一种方法，即在确认符合商定标准的文件上附加一个符号。3.更深远的目标是使电子出版物具有互动性(例如，允许读者选择新的参数并查看它们对结果的影响)。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
道格拉斯·达克沃斯，费城天普大学
艾伦·高德曼，普林斯顿大学
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
珍妮·吉姆，伦敦大学学院，普林斯顿国际会计学院
Boaz Katz, IAS，普林斯顿大学
亚历克斯·兰姆，普林斯顿大学
Kinnari Matheson，普林斯顿大学
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学

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我们的第七次IPA@IAS午餐发生在2013年3月7日。

Kinnari首先讨论了她关于氨基酸生物合成途径进化的旋转项目。她描述了她如何比较LUCA中可能存在的生物合成途径，并发现可能最后进入遗传密码的氨基酸(Tyr, Trp和Phe)具有最高度保守的酶。这引发了一场关于新的酶的功能和折叠是如何产生的，以及生物合成途径一般是如何产生的，以及现有数据更有力地支持拼凑假设还是逆行假设。然后，我们讨论了最小基因组是否能很好地代表原始基因组、寄生的本质、病毒的起源，以及当被宿主的代谢补偿时，生物体如何失去功能。

在早期分子进化中反复出现的观察现象“刚好足够好”来执行某些反应(冻结事故理论)，可能存在更好的机制来执行某些功能。一名成员提出分析两种功能相似的蛋白质的分类学分布来解决这一问题。随后讨论了探索具有生物合成途径的生物，预测蛋白质具有古老的特征。逆向柠檬酸循环作为早期代谢可能性的缺陷被提到，因为柠檬酸循环更能代表真核生物的代谢。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
艾伦·高德曼，普林斯顿大学
Kinnari Matheson，普林斯顿大学
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第六次IPA@IAS午餐发生在2013年2月28日。

我们首先讨论了在一个开放的可进化系统中需要涉及的代理的数量和类型。这引发了对最近发表的简单双分子集的讨论，这些双分子集自发结晶形成纤维h键结构，可能与自发生成原核酸有关。这引发了关于核糖体的“原始性”的讨论，以及为什么相对于蛋白质酶，核糖体的催化速率增强相对较差，它没有被更好的系统所取代，以及为什么没有保留以前系统的痕迹。

这进而引发了关于是否存在基于非核糖体转译的影子生物圈，或任何其他类型的碳基生物化学的讨论。然后我们讨论了LUCA和水平基因转移，以及沃斯假设的“公共LUCA”模型如何通过博弈论来解释。最后，我们简要地讨论了博弈论以及戴森和普雷斯在迭代囚徒困境方面的研究。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
艾伦·高德曼，普林斯顿大学
劳拉·兰德韦伯，普林斯顿大学
Kinnari Matheson，普林斯顿大学
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第五次IPA@IAS午餐发生在2013年2月21日。

我首先介绍了一个观点，即人类的一个深层特征是需要讲述我们所观察到的一切。我们所观察到的只有当我们把不同的观察结果整合成一个连贯的故事时才有意义，不管这个故事是《战争与和平》(War and Peace)，还是对两个星系碰撞时发生的事情的解释，一个数学定理，还是任何科学理论。然后，我回忆起我从纯数学到计算生物学的经历，以及每个领域故事的本质是如何截然不同的。起初，湿实验室的观察让我感到困惑，很难区分“少数”和“许多”。在数学中，不同的数具有丰富的特征:有些数是质数，有些是平方数，等等。

同样，当我第一次做出改变时，生物学上的故事令人困惑。在纯数学中，故事从公理和定义开始，然后发展成越来越复杂的理论。在生物学中，故事从外部开始，注意联系，从具体入手，逐渐形成解释和理论模型。为解释我们周围环境而构建故事的不同方向，使得计算理论家难以理解生物学故事，就像生物学家难以理解数学故事一样。更令人困惑的是，我们用同样的词语或标签来描述截然不同的概念或故事。对数学家来说，数字2具有广泛的数论性质:它是素数，它是唯一的偶数素数，涉及数字2的数学与不涉及2的数学有很大的不同。对于生物学家来说，2、2.1、1.9、2.4、1.93等等之间的差异很小。

我们接着讨论了学习理解不同领域的故事语言是多么丰富，从舞蹈到心理学、宗教、生物学或理论天体物理学。

讨论很热烈，持续了两个小时。

现在是:

Derek Bermel, IAS，普林斯顿大学
Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
来自英国考文垂Serious Games Institute的Sara de Freitas
Greg Fournier，麻省理工学院，剑桥大学
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
珍妮·吉姆，伦敦大学学院，普林斯顿国际会计学院
Alex Masulis，劳特利奇，纽约
肖恩·墨菲，霍华德·休斯医学研究所/珍妮莉亚农场
Monica Nicolau，斯坦福大学
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学
Sheron Wray，加州大学欧文分校

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我们的第四次IPA@IAS午餐发生在2013年2月14日。

我们从一系列关于各种各样话题的讨论开始。走到一半，有人敲了敲我们小房间的门，一个厨房工作人员走了进来，端着几壶咖啡和一大托盘心形饼干，表面上是为情人节准备的。我们告诉他一定是弄错了，但他态度坚决，坚持把一切都交给我们处理。首先，我们怀疑我们的新团体，虽然年轻，是否已经有了秘密的仰慕者。然而，半小时后，我们会听到咖啡和饼干是在1月14日订购的，而不是2月14日，这是一个文书错误，但我们可以随意吃饼干。看到心形，我们很快就相信饼干本身不是一个月前的，只是订单，所以我们高兴地一起庆祝。

我们的谈话是从太阳系的行星开始的。Ed提到了一个有趣的巧合，火星上目前的平均压力和温度都接近水的三重点。他还指出，火星表面没有多少地方处于平均压力下。大约一半的表面较低，可能是古代海洋的盆地，导致压力较高，而另一半更高，压力相应较低。

我们还注意到了其他一些奇怪的巧合，比如地球上大约70%的面积被水覆盖:地球上很可能都是水，也可能几乎没有水。从那里我们开始讨论恒星周围宜居带的定义。通常，用来界定可操作性的温度范围是0摄氏度和100摄氏度，即水的冰点和沸点。然而，含盐的水溶液可以在更低的温度下保持液态。也许宜居带的定义应该扩展到0华氏度。

我们还讨论了基础化学。大卫提出的问题是，pH值是表示溶液酸度或碱度的值，它的基本原理是什么?大卫问，为什么pH值似乎比盐度等因素更能决定在特定环境中哪种生命形式能繁荣发展。

吉姆回答说，pH值在有机、无机和地球化学中的重要性怎么估计都不过分。pH值对溶解度、反应速率、氧化还原反应等有显著的化学影响。pH值对矿物的风化速率、可电离气体(如NH3和CO2)的溶解度和溶解也有显著的影响。在有机化学中，pH值对各种官能团的电离态、亲核性以及在取代反应中充当离去基团的难易程度起着重要的控制作用。pH值还影响生命系统中许多酶的结构和功能，并控制核酸中的酮烯醇互变异构体比例，这对生物系统中的突变率有重要影响。

最后，我们对复杂性进行了简单的讨论兰顿的蚂蚁这个话题上周也出现过。我们想知道是否有任何有意义的相似之处可以与生命起源相关的问题。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
Park Hyun Ok，多伦多约克大学，普林斯顿国际会计学院
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第三次IPA@IAS午餐发生在2013年2月7日。
下面是我们漫长午餐前半段的总结。

只有吉姆、皮特和埃德在场，我们开始讨论安迪·古尔德的论文氚作为人类探测器．

在讨论的第一阶段，我们列出了人择原理的基本思想，因为它现在在宇宙学和基础物理学中通常被考虑，也就是说，我们所生活的宇宙只是众多宇宙中的一个，在这些宇宙中，自然常数以某种(未知的)随机方式变化，我们必须占据一个宇宙，在这个宇宙中，这些常数允许智能生命形式的发展(就像我们假定的智能自我)，这是对它们价值的解释。关于这个问题，古尔德的论文提出了两点。

首先，他声称，系外行星研究和天体生物学能够(而且将会)让我们更好地理解可能有利于智能生命出现的物理条件，从而阐明宇宙的整体和人择原理假设，尽管一些粒子理论家和宇宙学家认为这些领域与基础科学无关。

其次，他指出了核物理中的一些参数，特别是氘-氚的质量差和质子-中子的质量差，如果它们稍有不同，就可能导致宇宙中没有氢，从而可能存在智能生命。他还讨论了这些核参数的变化对恒星演化和行星形成的可能影响。在埃德看来，他论文的这两部分在很大程度上是不连贯的。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第三次IPA@IAS午餐发生在2013年2月7日。
下面是我们漫长午餐后半段的总结。

在上述建议提出大约一个小时后，戴夫和他的客人琳达·埃尔金斯-坦顿加入了我们，谈话很快就演变成外星生命可能的性质和普遍性。地球上的生命会是什么样?它有多普遍?我们能认出来吗?它主要是“低调”(即隐藏在地下环境壁龛中)吗?等。

这进而导致了关于OoL(生命起源)的问题，以及所涉及的过程的可能性质。可能包括:

1 -极其罕见的统计事件，其中单体化学组装产生大的“工作”聚合物，如核酸和蛋白质

2 -化学产生相对简单/短(因此不是那么不可能)的低聚物，具有足够的催化和复制行为，允许自然选择开始对抗

3 -化学探索可能的长聚合物的“空间”极其稀少，但仍然产生生命的高概率，因为这种大聚合物的相当一部分是生命(或允许选择性发展)

4 -在单体和现存生命的生物活性/活的复杂聚合物之间存在一个或多个中间结构/组织层次的模型(这被称为“利用沿途的绿洲穿越沙漠”)。

尽管所有人都同意，我们不能排除上述任何一种情况(也许还有其他情况)，但就我们目前所知道的情况来看，四种情况中哪一种最合理，人们进行了相当激烈的讨论，甚至是辩论。在第4条的背景下，关于这些中间层次的结构/组织(据我们所知)在地球上不复存在，我们应该感到多么惊讶，有相当多的争论，这基本上是奥帕林最初的提议。

在最后，有一些关于写一篇或多篇论文的可能性的思考，要么是上面列出的四个场景，要么是在许多相互作用的单元的系统中出现的重复结构层次的一般性主题…从一个非常一般的角度，也许相关的细胞自动机计算的可能性。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学
琳达·埃尔金斯-坦顿，卡内基研究所，华盛顿特区

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我们的第二次IPA@IAS午餐发生在2013年2月1日。

本周，亚伦·戈德曼(Aaron Goldman)通过简单地谈论一个经常在他脑海中出现的话题开始了讨论:生命起源研究的框架是两种相互排斥的方法或辩证法之间的辩论。这通常采取“代谢优先”vs“复制优先”的形式，但切线相关或不相关的二分法也被提出，例如。“自养起源”vs。“异养起源”或“RNA优先”vs。“蛋白质第一”。他首先介绍了“代谢优先”和“复制优先”的争论，以及在他看来语义清晰性的严重缺乏(以及其他两个例子)。

新陈代谢是什么意思?“复制”是什么意思?“第一”是什么意思?这里有一个我们讨论过的语义歧义的例子:我们可以把Günter Wächtershäuser中描述的自然的、非生物的过程称为“代谢”，如果它的反应与现代代谢相似的话。但亚伦提出，如果我们今天看到同样的反应发生在一个明显的非生物环境中，我们会犹豫是否称之为“新陈代谢”。此外，在我们谈话的前一天，一位同事告诉他，“新陈代谢”可能只是用来表明生物起源前化学和真正的生物新陈代谢之间的历史联系。但是，在这种情况下，我们无法想象这种假设不成立的情况，无论是“代谢优先”模型还是“复制优先”模型。

当我们确定了这些术语含糊不清的来源，即对生命概念本身的模糊理解时，谈话就结束了。我们得到了一个虽然不完整但还是令人满意的答案，那就是生命以某种方式能够在保持低熵的同时产生高水平的化学复杂性。最后，我们决定，要做到这一点，唯一的方法是将“新陈代谢”和“复制”结合起来，使整个系统服从自然选择的过程。

现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
弗里曼·戴森，IAS，普林斯顿大学
艾伦·高德曼，普林斯顿大学
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
珍妮·吉姆，伦敦大学学院，普林斯顿国际会计学院
劳拉·兰德韦伯，普林斯顿大学
Kinnari Matheson，普林斯顿大学
Park Hyun Ok，多伦多约克大学，普林斯顿国际会计学院
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学

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我们的第一次IPA@IAS午餐发生在2013年1月25日。

IPA代表自然发生的跨学科视角。所有现存的生命体都起源于其他生命体，通过所谓的生物发生，从以前的生命形式中产生生命。相比之下，非生物发生是指从无生命物质到生命的形成，从越来越复杂的化学反应到生物学的过渡。

这些午餐将每周举行，每学期几个月，在高级研究所，因此IPA@IAS。Bob的游戏他们是由跨学科研究项目组织的，该项目隶属于日本东京ELSI的地球生命科学研究所。现在是:

Jim Cleaves, ELSI，东京，IAS，普林斯顿
艾伦·高德曼，普林斯顿大学
Piet Hut, IAS，普林斯顿，和ELSI，东京
珍妮·吉姆，伦敦大学学院，普林斯顿国际会计学院
David Spiegel, IAS，普林斯顿大学
埃德·特纳，普林斯顿大学
萨拉·沃克，亚利桑那州立大学坦佩分校

我们都做了自我介绍，描述了自己不同的背景:亚伦的计算生物学，大卫、埃德和皮特的天体物理学，莎拉的天体生物学，吉姆的分析化学，珍妮的临床心理学和神经科学。

讨论了广泛的主题，从人工生命形式的计算机模拟，病毒在生命早期进化中的可能作用，使用贝叶斯统计方法来估计宇宙中生命出现的频率，最后是不平衡系统发育树的结构，例如细菌和脊椎动物的系统发育树。