G上帝就像从烤面包机烤箱开始一样。几年前，在一次旧货拍卖会上，尼古拉斯•哈德(Nicholas Hud)发现了一个不错的候选者:一辆通用电气(General Electric)的老式车型，镀铬镶木镶板，放在一个发黄的旧盒子里，几乎没有使用过。他想，这是烹制生命化学前体的完美器具。他花了5美元买的。
在家里的地下室里，在上大学年龄的儿子的帮助下，他在烤箱背面切了一个长方形的洞，通过这个洞，一个自动滑动台(从一个旧文件扫描仪回收来的)可以把一托盘的实验品移进移出。然后，他在喷墨打印机的一些部件上安装了一个注射器泵，并定期将水滴到喷墨打印机的托盘上。
现在，这个装置放在哈德在佐治亚理工学院实验室的工作台上，哈德在那里领导化学进化中心，这是一个由美国宇航局和国家科学基金会资助的多所大学的联盟。在过去的二十年里，他一直在寻找能够解释地球上生命起源的化学配方。当科学家们在20世纪50年代开始研究生命的分子起源时，他们认为第一个生物分子是由原始化合物的汤自发形成的:正确的成分在正确的条件下、正确的时间的幸运结合。哈德和他的同事们现在发现，生命的火花可能是逐渐产生的，不是偶然的，而是经过长期的化学进化。
烤面包机是他最新的探索。它模拟了凉爽炎热，潮湿和干燥的循环，HUD嫌疑人跳跃了这个进化过程，在出现了第一个蜂窝生命形式之前数百万年。它模仿露水在晚上凝结，并用日出蒸发;雨水灌装和干燥;沿海泻湖洪水和潮汐排空。HUD称之为“昼夜机器”。
在去年的春日，他和我在家庭设备周围蜷缩着，看着它的工作。注射器在烤箱外，在滑动托盘上的陶瓷板上将几滴水送入六个井中。为了这个演示的目的，井是空的;在实验期间，它们含有简单分子或单体的混合物，如认为已经存在于早期地球上的那些。托盘消失在烤箱中，密封它关闭。随着温度升至185华氏度（85摄氏度），水蒸发 - 第一天。几分钟通道，托盘滑出。井凉爽，水滴，和托盘 - 第二天。
即使科学家可以在试管中锻造RNA或其他基本聚合物，结果也不会揭示其真实起源。
进化需要两种力量:变异和选择。当一堆单体干燥时，脱水会促使它们结合在一起，形成称为聚合物的链。然而，如果再把混合物弄湿，其中一些化学键就会断裂。换句话说，这个过程是可逆的。聚合物可以形成、分解，并以新的构型再次形成。这是变异。最终，一些聚合物可能会偶然发现一个优势。例如，它们可能会折叠成防止它们过快分裂的形状。这是选择。“它们可能是进化的第一批幸存者，”哈德说。
他推测，在原始地球上的数百万个循环中，一些幸存者获得了其他优势，比如催化反应的能力。它们开始相互作用和合作，形成原始的化学网络。迟早，一些网络开始自我复制并获得了保护膜。那时生命开始了，生物进化接过了指挥棒。细胞样囊产生原核生物(细菌和古细菌)，产生单细胞真核生物(原生动物、黏菌和藻类)，产生多细胞生物(植物和动物)，最终产生我们人类。
如果哈德是对的，我们旋转的星球就是启动这一切的巨大机器。
一种生命依赖于两种聚合物:蛋白质，它执行新陈代谢的基本任务;以及储存遗传指令并传递给后代的核酸(DNA和RNA)。在1953年的一次著名实验中，化学家斯坦利·米勒和哈罗德·尤里证明，这些基本分子的许多组成部分，在年轻的地球上，不需要生物过程的帮助，仅通过化学就可以组装起来。通过电火花对四种原始化合物——甲烷、氨、氢和水——的混合物产生氨基酸，这是蛋白质的基本单位。使用类似的方法，研究人员后来创造了一些化学字母，称为碱基，构成遗传密码。
然而，这些简单的单体首先将自己缝合成聚合物，是任何人的猜测。在细胞中，蛋白质进行制造和复制DNA的复杂作业，而DNA为建筑蛋白质提供蓝图。鉴于这种鸡蛋悖论，一些研究人员提名RNA，其中将来自DNA的信息作为第一生物聚合物。也许这个Messenger分子在进化依次提出这些角色之前表现了蛋白质和DNA的职责。在20世纪80年代，化学家Thomas Cech和Sidney Altman表明，这种情况确实如此。独立工作，他们发现一些RNA可以催化蛋白质所做的化学反应，表明古代分子可以复制自己。
但到目前为止，科学家们还未能在生物起源的条件下重建RNA。他们最接近的一次是在2009年，当时曼彻斯特大学的约翰·萨瑟兰(John Sutherland)领导的一个团队在杂志上发表了一份食谱自然从头开始合成RNA的基本单位:一个附着在糖磷酸上的碱基，它们一起形成一个核苷酸。这可能是因为RNA过于复杂，如果没有蛋白质的帮助，它是无法自发组装的。哈德和其他人说，如果这是真的，它一定是从一种更原始的聚合物发展而来的。
HUD将RNA与Stradivarius小提琴进行比较：完美的仪器。“但是你不会开始制作Stradivarius，”他说。“你开始用棍子用一块绳子拿起一根绳子并将它伸入弓。这就是我如何看待RNA - 作为一种漫长的分子的后代，即进化为给我们这个完美的分子......聚合物的巅峰。“即使科学家可以在试管中锻造RNA或其他基本聚合物，结果也不会揭示其真实起源。像Frankenstein博士的怪物一样，缝合的创作毫无谈论妨碍了他们数百万年的象征的进化过程。
“作为人类，我们一直都有意识，我们想知道生命从何而来。如果我们能编出一个科学上可信的故事，那就太棒了。”
因此，哈德的团队转而专注于寻找RNA的祖先——行为类似但更容易在生命起源环境中组装的分子。这项研究始于十年前，当时列出了一份清单，上面列出了100种结构上与RNA碱基相似的单体。在不同条件下测试了几十名候选人后，研究人员终于取得了突破。在2013年的一篇论文中，他们报道了两种单体，三氨基嘧啶(TAP)和三聚氰酸(CA)，组装成环状，相互堆叠，形成了大约和基因一样长的链。
在后续的研究中，研究小组发现TAP可以很容易地与糖结合(这是一个非常困难的步骤)，从而产生一种类似部分核苷酸的化合物。当加入CA时，这些准核苷酸也组成了类基因链。但这些并不是真正的聚合物。与实际的RNA核苷酸不同，RNA核苷酸像细绳上的珠子一样被缝在一起，这些单元只是像磁铁一样松散地结合在一起。
然而，这个结果仅仅是个开始。如果像TAP-CA链这样的结构是rna的原型——最初的原始工具——那么它们是如何成为杰作的呢?
H乌德的办公室里装饰着许多受原始故事启发的场景。一面墙上是米开朗基罗的复制品亚当的创造。另一幅是印度神毗湿奴(Vishnu)的画像，他栖息在原始的“牛奶之海”上，而阿兹特克人的创造者披羽蛇神(Quetzalcoatl)则被想象成一条长着羽毛的蛇。“作为人类，我们一直都有意识，我们想知道生命从何而来，”Hud若有所思地说。“如果我们能编出一个科学上可信的故事，那就太棒了。”
哈德来自洛杉矶，他的父亲是乳品行业的质量控制检查员。他的母亲是一名护士，也是一名虔诚的基督徒，让他在天主教学校学习了16年。但他的爱好是科学。1989年，当切赫和奥尔特曼因发现RNA的蛋白质样能力而获得诺贝尔奖时，他正在加州大学戴维斯分校攻读生物物理学博士学位。“所有人都在谈论这个，”Hud回忆道。他迷上了。
1999年，他加入了佐治亚理工学院的教师，他开始调查地球周期湿润，炎热，炎热，寒冷，日夜的可能性，促使生命的聚合物的创造。在20世纪70年代，少数生命起源的化学家包括斯坦利米勒，试图通过在大型烤箱中的手表眼镜上干燥它们的组件，然后用手补充它们来生产蛋白质和DNA。但他们的成功一点。最终，随着研究人员开始在当地人寻找生活的起源而不是干燥的水坑，如海底的水热通风口，从未使用过使用的方法 - 从未使用过使用。
哈德说，生命和进化的引擎可以简单到“一颗行星在一颗恒星前旋转”。
然而，哈德认为米勒和他的同辈人走在正确的道路上。他意识到，干湿循环可以通过解决所谓的“水悖论”来诱导聚合物的存在。作为一种溶剂，水对生命至关重要:它促进化学反应，帮助运输营养物质和废物。但是为了制造生命的聚合物，你必须去除水。如果没有精密的细胞机制将它们连接在一起，蛋白质和核酸就无法在细胞的水环境中结合。因此，第一个类似生命的分子必须同时需要水分和干燥。
哈德决定在他的前辈们没有完成的地方开始试验。但他们手工润湿和干燥单体的方法过于繁琐。Hud回忆道:“很快，每天做两个以上的运动就变成了一件麻烦事。“假设我们想尝试50次，那将花费将近一个月的时间!”
就在那时，他决定建造一个昼夜两用的机器。他修改了几项设计，其中一项设计涉及熨斗和披萨锅。另一种设计将机械臂安装到PCR仪上，PCR仪是一种常用的实验室工具，利用温度波动来复制DNA。在他们第一次成功的实验中，他和他的团队用这种方法一次又一次地对单体进行润湿和干燥，从而生长出称为羟基酸的原始化合物链。这些周期就像一个棘轮。当PCR仪加热羟基酸和水的溶液时，一些单体在干燥时结合。当它们冷却后，水又回来了，一些化学键存活了下来。哈德解释说:“由于温度较低，逆反应会更慢，所以我们不太可能破坏这些键。”“有水进来，也有水出去——来来回回。然而，我们正在朝着一个方向前进——我们正在制造聚合物。” His team published their findings in 2014.
在今年7月发表的一项研究中，他们进一步进行了实验:他们添加了氨基酸。在每一个干湿循环中，当羟基酸结合并长成聚合物时，一些氨基酸就会结合到这些链中，形成类似蛋白质的结构。哈德怀疑类似的过程，可能涉及到RNA的前体，可能在早期的地球上发生过，提供了化学进化的第一步。
加州大学圣克鲁兹分校(University of California in Santa Cruz)的生物物理学家戴维·迪默(David Deamer)没有参与这项研究，他说，这是一个看似合理的场景。他补充说，这个理论更有说服力，因为Hud的团队能够“不借助任何化学技巧”证明聚合物的形成。
但迪默和其他人指出，要想让这个故事真正畅销，科学家们必须证明干湿循环不仅可以构建聚合物，还可以选择充当催化剂的分子。哈德的团队只经过20次循环就创造出了类似蛋白质的链条。在数百或数千个循环之后，一些链条会开始以新的方式扭曲自己吗?它们会不会形成形状完美的口袋来捕获另一个分子，就像手套适合手一样?它们会帮助这个分子与其他分子反应，从而协调生命所必需的化学反应吗?
为了回答这些问题，HUD将转向他的烤箱，这提供了通过PCR设置的几个优势。程序更便宜，更简单，使学生们可以轻松运行实验。而且它是多才多艺的。虽然PCR机器迫使它们在微小的塑料管中测试解决方案，但烤面包机允许更大的液体和各种表面。“我们可以把任何类型的物体放在托盘上，”Hud说。“我们可以自由地使整个表面模仿岩石，”一个可能的生命的出生地。在接下来的几个月里，他计划使用烤面包机来加速日夜周期的数量。“目标是做100多到几百周期，”他说。
卡内基研究所的矿物学家罗伯特·哈森说，如果哈德的团队能够将它们从单体循环到催化剂，“这显然是一种可行的机制。”如Hud所言，生命和进化的引擎可能就像“一颗在恒星前旋转的行星”一样简单。
约翰尼·邦坦普斯(Johnny Bontemps)是纽约布鲁克林的一位科学作家。
这篇文章最初发表在2015年8月的《暗物质》杂志上。
