量子力學奠基人之一的薛丁格在他的著作《生命是什麼》裡說：生命以負熵（熵是無序狀態的度量）為生，從環境中抽取有序，來維持系統的組織和運行，往外界排放更多的熵（無序）。
生物學裡，把生命定義為一種可以繁殖，可以遺傳和變異，存在新陳代謝的半封閉物質系統。
既然生命只是一種特殊的物質系統，那麼它們其實和非生命物質並沒有本質區別。現在生物學家都相信生命最早是從非生命物質轉化而來的。問題是，它是怎麼轉化的呢？
一般認為生命三要素中先出現新陳代謝，有了新陳代謝複製才有意義，然後才是遺傳和變異。
但是生命存在的先決條件是必須要有脂類物質，胺基酸，蛋白質,核酸這些基礎的有機化合物。46億年前地球剛誕生時，到處是巖漿，地表溫度非常高，這種環境下肯定不可能存在這些物質。隨後地球溫度下降，出現海洋，這些物質會不會自然地產生呢？
20世紀50年代，當時還在讀博士的米勒，在一個封閉的實驗系統裡放入一些無機物，通入模擬的原始地球大氣，利用電極放電模擬閃電。經過一周的實驗後，他發現實驗裝置裡有10%-15%的碳變成了有機化合物，其中2%是胺基酸。從而證明在原始的大氣環境下，可以自然地產生像胺基酸等簡單的有機物。這個實驗就是我們中學都學過的米勒實驗。（有意思的是在這個實驗是米勒在讀博的第一年做出來的，接下來他的整個博士階段並不是繼續往這方面研究，而是花在了怎麼證明那些有機物濃湯裡確實有胺基酸。因為當時生物學家懷疑他的實驗結果，而當年的技術下，要證明存在胺基酸不容易）
中學學過的米勒實驗
我們現在知道自然環境下，生成胺基酸，脂肪酸，糖類和嘌呤（DNA中的A和G都是嘌呤）都是很容易的。但是嘧啶（DNA裡面的T和C都是嘧啶），核苷酸，核糖以及長鏈脂肪酸很難自然形成。
假設這些物質都已經具備，還有另外一個問題，DNA，RNA複製需要酶（一種蛋白質，是生物反應的催化劑）。但是製作酶又需要DNA，RNA。這是一個先有雞還是先有蛋的問題。
諾貝爾化學獎得主艾根通過計算發現，沒有酶的幫助，自然環境下RNA或者DNA大概只能自發生成100個核苷酸的鏈條，也就是只能編碼30多個胺基酸（3個核苷酸對應1個胺基酸）。但是酶一般有幾百到一千個胺基酸，沒有酶的催化作用，RNA，DNA複製出錯率會非常高，以至於根本無法正確複製自身。
為了解決這個問題，艾根和舒斯特於1979年提出了超循環理論。超循環是一組常微分方程，見下圖（如果現在手機背景色是黑色，會看不太清，請點擊一下圖片）。
超循環反應示意圖
這張圖中每個點，比如I1，I2都是一種化合物，每個小圓圈代表它們可以自己複製自身。I1指向I2，I2指向I3這些箭頭的意思是：I1也可以作為原料生成I2，以此類推。轉一圈I5又可以作為原料生成I1.這個大的循環叫做超循環。在這種循環的增強作用下，是有可能生成較複雜的有機化合物的，比如長鏈條RNA，DNA。
不過這個理論有一個致命的缺陷，反對者認為根據博弈理論，這種反應能長期維持須有一個前提條件：就是大循環中的各個反應是誠實的合作者，而這種狀態會被自私的反應所破壞。大家也許聽說過自私的基因，自私的反應其實原理類似。為了幫大家更好地理解，我打一個比方。
假如中日韓合作生產一種工業晶片。三國中，只有日本能生產必須的原料，日本必須無償地把原料輸送給韓國。三個國家中，只有韓國能利用日本提供的原料來生產晶片，生產出來的晶片必須無償地給中國。只有中國有加工廠能把晶片加工成電子產品。中國加工出來的電子產品也要無償地給予日本。而日本必須利用這些電子產品才能生產更多的原料。超循環就類似於這樣的合作。如果合作順利，這是多家共贏的。但是如果整個循環中有一個環節的化學反應變得很自私，比如日本把原料無償地給了韓國，如果韓國不選擇生產晶片再無償給中國，而是選擇賣給美國。那麼整個循環鏈條就斷了。日本生產原料無償給韓國對自己沒有實際利益，所以慢慢地願意無償輸送原料給韓國的企業就倒閉了。剩下的企業會選擇讓原料自己低效的複製自身。
所以因為存在自私的化學反應，無私的化學反應一定會被自然選擇淘汰。這有點類似於生物的進化，只不過這是在非生命的層次的自然選擇。
為了解決這個問題，科學家提出這種超循環反應必須是封閉的。在自然海洋中，超循環反應是開放式的，很容易被自私反應破壞。但是假如超循環反應是封閉式的話，就解決了上述的問題。假如中日韓必須只能沿著上述的路線貿易，且不允許與第四國貿易。那麼為了得到更多商品，它們自然不會做出背叛行為。
那什麼情況下超循環反應是封閉的呢？如果這些物質都被某種脂類油膜包裹著，那麼它們不可能跟其他外界物質進行交換。只有大家無私合作，才能實現共贏。如果某個反應變異成自私的反應，這樣對整個小液滴整體是不利的，它們會很快被其他小液滴淘汰。這有點類似人體，每個細胞必須無私合作才能使得整個人體變得更成功，如果某個細胞變異成自私的細胞，拼命複製自己（也就是癌變），那麼作為整體的人會很快被淘汰掉。所以封閉環境是必須的。
雙層磷脂在自然環境下就能形成小液滴
不過還有一個問題，物質是不能憑空產生的，沒有物質交換，小液滴裡的化學反應也不能持續進行。所以科學家認為原始的小液滴必須是封閉並且允許物質交換的。其實生物細胞就是這樣的，我們身體裡的細胞雖然是封閉的，但是有嵌套在細胞膜間的離子通道和跨膜蛋白負責和外界交換物質。
但是原始小液滴沒有複雜的蛋白質，這是怎麼做到的呢？科學家認為原始的細胞應該是一種浮在水表面的小液滴，它並不是完全封閉的，而是和海洋有一個漏口，小液滴可以從漏口和外界交換物質，但是大部分化學反應產物還在小液滴裡。
綠色的是跨膜蛋白藍色的是離子通道，高中生物都學過這些
拉斯穆森有一個論文《非生命物質到生命物質的轉變》，探討了這一過程，論文篇幅不長圖中節選了第一頁。
《非生命物質到生命物質的轉變》大家有興趣可以自行搜索
但是，這些超循環反應具體是一些什麼反應呢？
為了解開上述這個謎題，麻省理工大學每年會舉辦一屆國際遺傳工程機器設計競賽（IGEM）。每年麻省理工大學提供參數隊伍一份DNA樣本，各小組須設計可行的化學反應體系，以實現真實生物可以「運行」的生物工程系統，也就是這個競賽的標題，遺傳工程機器。這個競賽最近兩年高中組冠軍都是來自深圳的中學。本科組前年季軍是深圳大學。研究生及以上組2013年，中山大學拿到過季軍。
這個比賽有什麼意義呢？其實生命的起源肯定是從非生命物質轉化成生命物質的。如果我們真的能破解這種轉化的來龍去脈，我們人類就可以自己設計新的生命形式，用非生命物質工業化生產能夠自我複製的生物機器人。這將會為醫學和材料學等領域帶來無限的想像空間。
不知道為什麼，我就是覺得應該放這張圖