漫話生物|生命是什麼?

2021-01-17 大明白老師

生命是什麼,生命從哪裡來?這似乎又是一個閒得蛋疼的問題。但這個命題,古老而又宏大。可以說人類自從學會了思考,就從未停止過思考生命。

然而,無數聰明的腦瓜思考了幾萬年,還在原地打轉轉。

最便宜的答案,當然是神創說,一切都是神造的,包括生命。真是四兩撥千斤,一句話就解決了所有問題。然而問題是,神又是誰造的?

於是更聰明的人類想到了「物質轉化」。

中國古人認為,生命就是天地之氣,聚則為生,散則為死。還研究了人和動物的區別:煩氣為蟲,精氣為人。

亞里斯多德認為,物質可以自然產生生命,比如黏液、晨露可能孕育出蠕蟲、蜜蜂之類的生命。有人聽到後,深以為然,立即做了個實驗,把破布、穀物塞到瓶子裡,置於陰暗處,後來裡面果然生出了老鼠。真是太神奇啦!

可是,生命的產生機制是啥呢?搞坨不清。

時間到了370年前,1648年,偉大的哲學家、科學家笛卡爾說:所有生物都是神製造的機械。

那時,科學已經萌芽,然而人類對生命的認識,卻沒有本質的進步。

1860年,法國科學巨人、微生物學奠基人巴斯德煮了一鍋肉湯,一半盛在普通燒杯裡,一半裝進鵝頸燒瓶裡(瓶口像天鵝脖子那樣彎曲向下)。兩個瓶口都不加蓋子。煮沸後,就放在那裡。幹嘛?看看能不能自然轉化出生命。觀察結果是:普通燒杯裡很快就出現了微生物;而鵝頸瓶裡很長時間也沒出現微生物。

這說明啥?

說明微生物是通過空氣落進瓶子裡的,而不是從肉湯中自然產生的。

看上去很合理的「自然發生論」就這樣破產啦。問題又回到了原點。

直到70年前,一名物理學家向這個萬古謎題發起挑戰。他就是奧地利物理學家薛丁格。就算你不知道「薛丁格方程」是史上最偉大的十大方程之一,那你一定聽說過「薛丁格之貓」。是的,老薛是現代文明重要基石量子力學的主要奠基人之一。

1944年,老薛把他對生命的思考寫成了一本書:《生命是什麼》。他以天才物理學家的視角,從微觀粒子的物理規律出發,提出了一系列石破天驚的觀點和設想。一批優秀的物理學家被深深吸引,轉而投身生物學研究。開啟了分子生物學這一壯美瑰麗的樂章。1953年,沃森、克裡克提出:DNA是一種雙螺旋結構。

薛丁格之後,人類對生命的研究,從神學、哲學,真正走進了科學。分子生物學的發展,讓人類在短短幾十年裡,對生命的認識發生了質的飛躍。

這個看似閒的蛋疼的問題,通往答案的路上,是基因工程、現代醫學發展這種量級的大禮包。

現在,當我們不斷追問生命,一定會發現,它和化學、物理學越來越緊密,它對社會、文化、經濟的影響越來越大。生命科學,可以說是萬學之學。

從最基礎的原子層面來講,生命與其他萬物並沒有任何區別。然而,與其他物質的運行規律相比,生命似乎在逆行。

從最基本的DNA螺旋結構來講,人類與其他生命並沒有本質的去唄。然而,人類幸運地得到上天的禮物:思考能力。

這讓人類除了活著,還可以思考,可以追問,可以尋找答案。

生命屬於人只有一次。我們身為萬物之靈,人生一世,不可草木一秋。追問生命,理解生命,才不枉生命。

所以,從今天開始,我們一起,踏上追問生命奇幻之旅。

踏上旅程之前,讓導遊自我介紹一下先。

本文作者:

暮色蒼茫|生物化學博士,美國某著名製藥公司癌症項目負責人

劉蘿蔔鍋|《愛因斯坦:想像顛覆世界》《鬼臉物理課》《文盲正侃時間史》系列科普作者,漫畫教輔《哈哈學××》主創

我們的口號是:用最通俗的語言,理解最靠譜的生物學知識。

演出開始了——

我們生存的宇宙,是一個很熱鬧的地方。俯瞰地面,仰望星空,到處都是各種稀奇古怪的物質。從日月星辰到微觀粒子,數不勝數,目不暇接。

然而,如果我們把時鐘倒撥回138.2億年以前,這一切都不復存在。

沒有物質,沒有宇宙,只有一個怪異的點。

你不能問它在哪裡,因為沒有空間。

你也不能問它來了多久,因為沒有時間。

這個點叫做奇點。

啪!!!

138.2億年前,不可描述的原因引爆奇點,時間維從此激射,空間維從此激展。宇宙誕生了!

初生的狂歡,讓宇宙瞬間暴脹了1078倍。時空被拉平,密度驟降。宇宙呈現出壯麗的結構。

夸克噴湧,極速碰撞。質子、中子、電子的正反兩派誕生。它們興奮地在火球宇宙中擁竄、火併、湮滅、發光,10億分之一的倖存者,就是宇宙的全部物質。時間已達1秒之久。

熾烈的質子、中子相遇,結合,孕育出宇宙第一批原子核,叫做原初核。

20分鐘內,氫、氦的原初核製造完畢,充斥著混沌宇宙。

此時,引力開始大顯身手。

在自身引力下,大氣團聚成球體,向中心塌縮,氣團質量越大,引力越強,吞噬周圍物質的勢頭也就越猛。

星體不停長大,內部壓力也隨之加大,不停擠壓,就好像北京周一早上的地鐵。

終於,兩個氫原子核被擠到一起,變成了氦原子核,這就是核聚變。

核聚變產生大量的能量,發出明亮熾烈的光,恆星誕生了。

恆星點亮了宇宙,越來越多的輕元素聚變成重元素,物質漸漸豐富起來。恆星雖壽,猶有竟時。當恆星垂老,核聚變的能量無法對抗引力時,會再次坍縮,在強大的壓力下,原子核進一步聚合,啪!超新星爆發,更重的元素誕生,大量的物質被拋灑在茫茫宇宙之中。

這些元素新貴,混跡於老派元素雲霧團,繼續上演吸積、旋舞的古老戲碼。元素們相互作用,形成了各種各樣的物質。

時間之矢就這樣射了92億年。到了距今45.7億年前,宇宙裡發生了一件小事,也是我們人類天大的大事。

在一個小小的叫室女座超星系團的外圍,有一個不起眼的小斑點,叫做銀河系。在銀河系的一個角落裡,有顆普通的恆星,叫太陽。太陽身旁,還有一點點殘渣,聚成顆粒細小的星星,繞轉在它周圍。構成一個小小的系統:太陽系。太陽系裡面有一個個頭中等,相貌平平的殘渣星球,叫做地球。

一切似乎很淡很無味,很俗很平庸。

然而,就在這個貌不驚人的地球上,在大約35億年到42.8億年之間,卻生長出一種驚掉宇宙下巴的東西:生命。

這是一個質的飛躍,從此一切將不再相同。

生命和非生命物質由同樣的元素構成,但非生命物質隨波逐流,生命卻充滿了逆流而上的勃勃生機,由最初的簡單結構不停衍生演化,直至形態萬千地充滿地球的每個角落,甚至形成了能夠追索宇宙歷史探尋生命本質的人類這樣的高等智能生物。

有了高等智能生物,宇宙之美、自然之妙,不再湮滅無聞,而終於可以被探究,被理解,被欣賞,被讚嘆!

生命的存在,賦予了自然界更高層次的意義,是宇宙歷史中濃墨重彩的一章。

生命的出現,是宇宙中一個裡程碑式的事件。而本文的主題——生物學,就是一門研究生命的科學。要研究生命,首先必須搞清楚一點——生命是什麼?

你也許覺得,這個問題根本不是問題。生物能跑能跳、會叫會鬧,而非生物則死氣沉沉,了無生趣,不是很容易區分嗎?不過世界上的事就怕較真。當我認真的問你什麼是生命的時候,你可能會發現,這個問題並不是那麼容易回答。

能跑能跳、會叫會鬧的就是生命嗎?白雲舒捲,大河奔流,它們顯然不是生命。

那麼,能夠吸收能量,產生規律運動的是不是生命呢?海洋通過光能和引力勢能形成了有規律的潮汐運動,但海洋不是生命。

好吧,我承認上面的想法太膚淺了。那麼有自組織能力的東西,應該就是生命了吧?水寒結冰,以及各種結晶,都是自組織過程,而它們顯然不是生命。

現在要祭出殺手鐧了,有自我複製能力的,一定是生命了吧?這確實是個很明顯的生命特徵。不過,如果鑽鑽牛角尖的話,雙性繁殖生物的任何一個個體,都沒有自我繁殖能力,包括我們人類。但很顯然,我們是生命。

這也不行,那也不行,是不是整不出一個清晰概念了?

恭喜你,答對了!。不過不必灰心,這個問題不光難倒了我們,也難倒了古今中外很多賢人哲人牛人。幾百年來,就「生命是什麼」這個簡單的問題,曾經形成了很多理論。各方都對自己的理論自信滿滿,提出了數十個生命的「基本」特徵。大家各執一詞,吵吵鬧鬧,吵了幾百年,也沒有吵出一個共識來。

為啥呢?因為情況複雜,邊界模糊。

人類與生俱來有一種揭示事物本質的欲望,同時也希望事物的本質是清晰的、簡潔的、普遍適用的。這樣的理論,對人類有一種難以抗拒的美感。看看牛頓力學,幾個簡單有力的數學公式,就解決了我們日常生活的所有物理問題。牛頓力學的升級版,愛因斯坦相對論,同樣用幾個清晰明嘹的公式一統宇宙,空間、時間、物質、運動無不謙順恭從。簡潔與深刻並存,霸氣與優雅齊飛。這才叫科學,這才叫智慧。這是所有科學家的夢想。生物學家又怎麼能不希望給生命下一個既簡明又普適的定義呢?物理學家做得到的,我們生物學家憑什麼做不到?

但是生命的複雜性,使得這個希望變成了奢望,如果尚不是絕望的話。生命的形成需要多種特徵的共存,它們互有交集,互相依賴,互為條件,共同支撐著生命的存在。在這裡,簡化變得相當困難。

而同時,由於生命的多樣性,這些特徵又並非被所有生命形態所具有,使得理論的普適性也出現問題。

所以,直到今天,我們仍然沒有能夠做到給生命下一個簡單而全面的定義。

不過,沒有簡潔精準的定義,並不妨礙我們思考生命、研究生命、認識生命。

那麼問題來了:從哪裡開始思考、研究、認識生命呢?

當然要從生命的基本特徵開始。對這些基本特徵的了解,有助於加深我們各種生物過程的理解。更重要的是,生命的基本特徵,是一個特別有趣的話題。有些認識,完全在情理之中,卻又遠遠出乎意料之外。它是那樣質樸自然,卻又那麼不可思議…

這,就是我們下期要聊的內容。我們可以先想一想:生命,究竟有哪些基本特徵?

-END-

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