在被毫不客氣地拋棄之后,大自然又吹著勝利的號角重返化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。而化學(xué)家與大自然的這種和解是否也導(dǎo)致了煉金術(shù)土和合成化學(xué)家相關(guān)的浮土德雄心的復(fù)蘇?
19世紀(jì)的化學(xué)家們雖然也能夠合成生物體中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì),但是卻不能在實(shí)驗(yàn)室中模擬生物功能,與他們不同的,今天的化學(xué)家們似乎已經(jīng)踏上了去掌控和復(fù)制大自然生命過程的征程。因此,當(dāng)前在理解和復(fù)制自組裝機(jī)制方面的密集研究取得的成功,可以說成為了化學(xué)家和生物學(xué)家之間長久以來的敵對狀態(tài)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。但是,我們此時(shí)需要明白的是,對于現(xiàn)代化學(xué)家來說,模擬大自然不意味著復(fù)制生命。證明生命可以簡化成化學(xué)力的相互作用也不再是一道難題,因而粉碎了生命是從本質(zhì)上不同于非生命大自然事物的這種臆想?;瘜W(xué)已經(jīng)贏得了這場對抗的”勝利”,至少在大多數(shù)科學(xué)家心目中是這樣認(rèn)為的。今天,至于如何去理解地球生命演化過程中發(fā)展起來的合成策略,化學(xué)家們正在用它們作為模型來研發(fā)自己的“生物模擬”合成過程。因此,當(dāng)代化學(xué)家們已經(jīng)超越了最初的簡單復(fù)制大自然的思維,他們現(xiàn)在接受并且強(qiáng)調(diào)生命演化中所采用的策略與他們在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的策略存在不同。
盡管方式上存在實(shí)質(zhì)性的差別,但是今天的化學(xué)家們的雄心壯志仍然類似于19世紀(jì)的先驅(qū)們,他們?nèi)韵M鸦瘜W(xué)的學(xué)科疆域擴(kuò)展至囊括如今屬于生物學(xué)的領(lǐng)域。自組裝和自組織之間的界限很容易發(fā)生交叉。用熱力學(xué)術(shù)語來表達(dá),自組裝是由于一個(gè)密閉體系中自由能的最小化導(dǎo)致的過程,并最終達(dá)到一個(gè)平衡態(tài)。例如,帶有疏水和親水終端的磷脂放置在水溶液中會(huì)自發(fā)形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。而自組織則僅發(fā)生在距離平衡狀態(tài)很遠(yuǎn)的開放體系中,它需要有外來能量源的輸入。如果化學(xué)家可以設(shè)法控制反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)以獲得復(fù)雜的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)而不是結(jié)構(gòu)井然有序的物質(zhì),那么他們就可以跨越學(xué)科界限從化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)入到生物學(xué)領(lǐng)域。
弱鍵合力的運(yùn)用以及在不同水平進(jìn)行操作的能力為化學(xué)家提供了另外一種將化學(xué)擴(kuò)展進(jìn)入生物學(xué)領(lǐng)域的方式。的確,像懷特賽茲這樣的化學(xué)家們已經(jīng)深信,最復(fù)雜的生命現(xiàn)象可以完全通過化學(xué)來解釋。他們斷言:“細(xì)胞的本質(zhì)完全屬于分子問題,與生物學(xué)無關(guān)”。浮士德雄心之所以在化學(xué)家們心中重現(xiàn)主要還在于他們意識到,許多化學(xué)性質(zhì)具有集體性或者涌現(xiàn)性以及理解物質(zhì)總體行為的重要性。一滿杯的水不同于單個(gè)的水分子,因?yàn)楣铝⒌乃肿优c相互作用的水分子行為不同。讓?馬利?·雷恩堅(jiān)持認(rèn)為,這些“在一起”的分子一定是出現(xiàn)了新的性質(zhì),這種新的性質(zhì)是結(jié)伙過程導(dǎo)致產(chǎn)生的集體行為,而非包含在每個(gè)單獨(dú)的組分中的單純的信息表達(dá)。這一基礎(chǔ)性觀察讓雷恩提出了一個(gè)雄心勃勃的化學(xué)計(jì)劃,對于雷恩而言,化學(xué)這門科學(xué)的終極目標(biāo)是控制自組織的基礎(chǔ)作用力。因此,他的構(gòu)成動(dòng)力學(xué)化學(xué)計(jì)劃恢復(fù)了從19世紀(jì)開始就為人熟知的化學(xué)先驅(qū)的某些雄心,并且讓人們回想起了貝特洛宏偉的合成化學(xué)計(jì)劃,該計(jì)劃旨在一步步引導(dǎo)他合成越來越復(fù)雜的化合物并最終達(dá)到對生命的合成。雷恩希望把化學(xué)重新定義為“富含信息的科學(xué)”,一門斡旋于非生命物質(zhì)(物質(zhì)過程)和生命物質(zhì)(生物及其復(fù)雜的行為)之中的核心科學(xué)。