学习化学，增加能量并获得生命。 杰里米·英格兰（Jeremy England）提出的关于生命起源的挑衅性假设的最初检验已经进行，它们表明了无序如何产生秩序。
生物物理学家
杰里米·英格兰（Jeremy Ingland） 于2013年用他的
新理论 激发了公众的 兴趣 ，使生命起源成为热力学的必然结果。 他的方程式暗示，在某些条件下，原子团自然会重新排列以消耗越来越多的能量，从而导致能量的不断耗散以及宇宙中“熵”或无序的出现。 英格兰说，这种重组效应被他称为散射适应，刺激了包括活生物体在内的复杂结构的生长。
他在2014年写道 ，生命的存在不是一个谜或运气，它遵循基本的物理原理，并且“应该像从山上滚下来的石头一样毫不奇怪”。
从那时起，现年35岁的麻省理工学院副教授Ingland在计算机仿真中测试了他的想法的各个方面。 他最重要的两部作品于2017年7月发表-最有趣的结果发表在《
美国国家科学院院刊》（PNAS）上，第二篇发表在《
物理评论快报》 （PRL）中。 两项实验的结果似乎都证实了英国关于散射影响下适应性的主要陈述，尽管将其应用于现实生活的可能性尚有疑问。
“这显然是一项开创性的研究，”德国科隆大学统计物理学和定量生物学专家
迈克尔·拉西格（MichaelLässig）谈到了Ingland撰写的PNAS工作以及麻省理工学院的博士后
约旦·霍洛维茨 （
Jordan Horowitz）时说 。 拉西格（Lassig）写道，这是“在相对较小的系统中研究给定规则集的一个示例，因此现在说是否有可能将其推广还为时过早。 然而，一个显而易见的有趣问题是，这对生活意味着什么。”
在这项工作中，分析了细胞和生物学的实际重要细节，并描述了一种简化的模拟化学化合物系统，尽管如此，仍可能自发出现一种特殊的结构-英国认为这种现象是生命出现的动力。 Ingland解释说：“这并不意味着您肯定会获得此结构。” 系统动力学过于复杂且非线性，无法预测结果。
模拟涉及25种化合物的汤，它们以多种方式相互影响。 能源导致其中一些反应的发生，因为阳光触发了大气中臭氧的产生，而化学燃料
三磷酸腺苷控制着细胞内的过程。 从随机的初始浓度，反应速率和“强迫态势”开始-规则说出哪些反应将产生外力，哪些产生外部力-
化学反应的模拟
网络不断发展直至达到最终的稳定状态或“固定点” ”。
该系统通常以平衡状态的化学物质和反应稳定下来，在两个方向上均具有相同的概率。
热力学第二定律最熟悉的结果是人们对平衡的渴望，例如，一杯咖啡冷却到室温，该
第二定律假定能量在不断膨胀，宇宙的熵在不断增加。 第二定律之所以起作用，是因为能量在粒子之间分配的方式比集中在一处的方式更多，因此随着粒子移动和相互作用，它们之间的能量分配更有可能发生。
但是对于某些初始条件，模拟中的化学反应网络以完全不同的方式发展。 在这些情况下，它演变成远离平衡点的固定状态，在此状态下，它开始主动驱动反应周期，并从环境中获取最大的可用能量。 正如Horowitz和Ingland所写，当系统发现“极端热力学强迫的稀有状态”时，这些情况可被视为系统与环境之间“微调的例子”。
生物还保持着极端强迫的稳定状态：我们是超级消费者，通过细胞内的反应燃烧大量化学能，从而增加了宇宙的熵。 拉西格说，计算机在一个更简单，更抽象的化学系统中模拟了这种行为，并表明该状态可以“立即显示，而无需花费大量的等待时间”，这表明了这些点在实践中的可用性。
许多生物物理学家认为，在生命史上，可能会发生类似于英国描述的事情。 但是他是否找到了生命起源中最重要的阶段，取决于生命的本质？ 在这里意见分歧。
形式与功能
英格兰（Ingland）是一位全面的才华横溢的人，他在29岁加入麻省理工学院之前曾在哈佛，牛津，斯坦福和普林斯顿工作过，他认为生物的本质是其组成原子的特殊排列。 “如果您想象我会随机混合细菌的原子-我在其中进行标记，混合，然后在空间中混合-我可能会得到一些垃圾，”他早些时候写道。 “大多数原子组合不会变成细菌那样的代谢能站。”
一组原子很难获得化学能并燃烧它。 要执行此任务，原子必须以非常不同的结构排列。 根据英国的说法，形式与功能之间的关系的存在“暗示着环境提出了最终结构可以解决的问题”。
但是，原子如何以及为什么具有一种特定形式和功能的细菌，并且具有最佳的构型来消耗化学能呢？ 英格兰认为这是热力学对于远离平衡点的系统的自然结果。
物理化学家诺贝尔奖获得者
伊利亚·普里戈吉恩 （
Ilya Prigogine）在1960年代曾提出过类似的想法，但他的方法受到限制。 传统的热力学方程式仅适用于研究处于接近平衡状态的系统-例如缓慢冷却或加热的气体。 由强大的外部能源提供动力的系统具有更为复杂的动态特性，并且很难研究。
这种情况在1990年代后期发生了变化，当时物理学家
加文·克鲁克斯 （
Gavin Crooks）和
克里斯·贾兹斯基 （
Chris Jarzynski）提出了“
波动定理 ”，该
定理可以用来计算直接物理过程比反向物理过程更频繁地发生。 定理允许研究人员研究系统的演化，甚至远非均衡。 亚利桑那大学理论物理学家，生命起源专家
萨拉·沃克 （
Sarah Walker）认为 ，英格兰的新方法是将波动定理应用于“与生命起源有关的问题”。 我认为他是所有做到这一点都足够彻底的人。”
咖啡之所以冷却，是因为没有东西加热咖啡，但是
Ingland的
计算表明 ，由外部能源提供的原子团的行为可能有所不同。 他们努力连接这些能源，调整位置并改变位置，以便更好地吸收能量并以热量的形式散发。 他进一步表明，这种能量消散的统计趋势可以
支持自我复制 （正如他在2014年所解释的那样，“复制自己是消散更多能量的好方法）。 英格兰认为，生活及其形式与功能的非凡结合，是适应的结果，是对分散和自我复制的渴望推动的。
但是，即使使用涨落定理，早期地球或小区中的条件也将过于复杂而无法根据这些原理进行预测。 因此，必须在计算机上模拟的简化条件下对思想进行测试，以试图接近现实。
在PRL的工作中，麻省理工学院的Ingland等人的Tal Kachman和Jeremy Owen模拟了一个相互作用的粒子系统。 他们发现，该系统会随着时间的流逝增加能量吸收，形成并断开键，以便更好地与其驱动频率产生共振。 英格兰说：“在某种程度上，这比涉及化学反应网络的PNAS工作更简单。”
在第二项工作中，他和霍洛维茨创造了复杂的条件，在这种条件下，需要将特殊的原子构型与可用的能源连接起来，就像细菌的原子的特殊构型可以使其进行新陈代谢一样。 在模拟中，外部能源刺激了反应网络中的某些化学反应。 这种刺激的活性取决于各种化合物的浓度。 随着反应进程和浓度的增加，刺激强度可能会发生巨大变化。 哈佛大学医学院的数学家和系统生物学家
杰里米·古纳瓦登 （
Jeremy Gunawarden）解释说，如此严酷的环境使系统很难“找到能够最佳产生可用能量的反应组合”。
然而，当研究人员允许反应网络在这样的环境中发展时，它就可以很好地适应该环境。 随机产生的一组初始条件发生了变化，并假设其具有剧烈的化学活性和极端支持的稀有状态的频率是预期的四倍。 当这样的结果出现时，它发生得非常厉害。 同时，系统经历了反应的周期并在过程中耗散了能量，从Ingland的观点来看，这是生命出现所需的形式和功能之间最简单的关系。
信息处理者
专家说，对Ingland和他的同事来说，下一个重要步骤将是扩大化学反应网络的规模，以查看它们是否正在动态演变为罕见的极端支持固定状态。 他们还可以通过将化学浓度，反应速率和支持条件带到
潮汐工厂或地球早期
原始肉汤中 火山管旁可能存在的那些条件，来尝试使刺激变得不太抽象（但重现了生命的真正产生条件-这主要是推测和推测）。 达特穆尔学院的机械工程教授，物理学家和微生物学家Rahul Sarpeshkar说：“很高兴能获得有关这些抽象结构的特定物理信息。” 他希望看到这些情况将如何在实际实验中重现，可能使用与生物有关的化学物质和能源（例如葡萄糖）。
但是，即使您可以看到经过微调的状态与应该触发生命诞生的条件非常相似，一些研究人员仍然认为，英格兰的论文描述了解释生命出现的“必要但不足”条件，正如沃克所说。 他们无法描述某些人认为生物系统的真正属性：处理信息的能力。 从最简单的
趋化性 （细菌向营养物质集中的方向移动或从有毒化合物的方向移动）到人类的交流，生命形式就会吸收并响应有关其周围环境的信息。
沃克（Walker）认为，这使我们与其他落入英国散射适应理论范围内的系统（例如
木星的“大红点”）区别开来。 她说：“这是一种已经存在了至少300年的非平衡散射结构，它与当今地球上已经发展了数十亿年的非平衡散射结构有很大的不同。” 了解将生命与此类结构区分开的原因，“需要对信息进行明确的定义，而不仅仅是扩散过程。” 从她的角度来看，响应信息的能力是实现这一目标的关键：“我们需要一个能够站稳脚跟并远离其起源环境的化学反应网络。”
古纳瓦德纳（Gunawardena）指出，除了生命形式中存在的信息的热力学性质和处理能力外，它们还存储有关自身的遗传信息并将其传递给后代。 他说，生命的起源“不仅仅是结构的表象，而是某种动态的达尔文主义观念的表象。 这是再现结构的外观。 以及这些对象的属性对回放速度的影响的可能性。 当您同时满足这两个条件时，您将发现自己处于达尔文进化初期的状态，生物学家认为这就是重点。”
哈佛大学化学与化学生物学教授
埃夫根尼·沙赫诺维奇 （
Evgeny Shakhnovich ）领导了对英格兰的研究，他清楚地分享了他以前学生的工作和生物学问题。 Shahnovich说：“他在我的实验室开始了他的科学生涯，我知道他的能力如何，但是Jeremy的工作提出了简单抽象系统的非平衡统计力学中潜在有趣的练习。” 他补充说，所有与生命起源有关的主张都是“纯洁无耻的猜测”。
即使从物理学的角度来看，英格兰（Ingland）处在正确的轨道上，生物学家也需要更具体的东西-例如，有关哪些
原始原始细胞起源于最初的活细胞的理论以及遗传密码的出现方式。 英格兰同意他的发现无法回答这些问题。 他说：“短期内，他们对生物系统的工作知之甚少，我什至没有说他们会告诉我确切的生命来源。” 这两个问题都是基于“破碎证据”的“令人沮丧的烂摊子”，他“打算暂时离开”。 他只是建议，在第一人生的工具箱中，“也许可以无故获得某些东西，然后使用达尔文机制进行优化”。
显然，Sarpeshkar认为在散射的影响下的适应是生命起源史的第一步。 他说：“杰里米表明，如果您能够从环境中提取能量，秩序就会自发出现并自我调整。” 他指出，活的生物所起的作用远超过英格兰和霍洛维茨的化学反应网络。 “但是我们正在谈论生命如何首次出现-秩序如何从一无所有出现。”