关于对生命的科学解读

喵了个咪

仰望星空的时候,经常会有个疑问:满天的星星会不会像沙子一样,而地球只是沙中之沙呢?网上流传过一个非常经典的FLASH动画,名字叫做《宇宙刻度》。通过这个FLASH,我们可以直观地找到答案。在宇宙天体中,相较于银河系,地球就像一粒尘埃;相较于可观测的宇宙,银河系就像一粒尘埃。但是,如果不断地深入,我们会发现,地球内的一粒尘埃,里面也有大千世界,分子之于夸克如同地球与沙子;中微子至于弦,也如同地球与沙子。佛曰:一粒沙中有三千世界。佛观一碗水,八万四千虫。诚哉斯言,不同的视角会有不同得到结论,我们看待世界的视角不同,得到的结论自然不同。

生命可以说是宇宙中最为神奇的产物,来自无机物却有着有机的生命,微观的动态却呈现出宏观的稳定。说到底,生命只是由无生命的元素搭建而成的。其中是何种道理、何种规律在发生作用,让生命得以生生不息地繁衍?生物课堂上,老师给我们讲过,生命的特征、DNA的神奇以及细胞的分裂,等等。但是...

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仰望星空的时候,经常会有个疑问:满天的星星会不会像沙子一样,而地球只是沙中之沙呢?网上流传过一个非常经典的FLASH动画,名字叫做《宇宙刻度》。通过这个FLASH,我们可以直观地找到答案。在宇宙天体中,相较于银河系,地球就像一粒尘埃;相较于可观测的宇宙,银河系就像一粒尘埃。但是,如果不断地深入,我们会发现,地球内的一粒尘埃,里面也有大千世界,分子之于夸克如同地球与沙子;中微子至于弦,也如同地球与沙子。佛曰:一粒沙中有三千世界。佛观一碗水,八万四千虫。诚哉斯言,不同的视角会有不同得到结论,我们看待世界的视角不同,得到的结论自然不同。

生命可以说是宇宙中最为神奇的产物,来自无机物却有着有机的生命,微观的动态却呈现出宏观的稳定。说到底,生命只是由无生命的元素搭建而成的。其中是何种道理、何种规律在发生作用,让生命得以生生不息地繁衍?生物课堂上,老师给我们讲过,生命的特征、DNA的神奇以及细胞的分裂,等等。但是,生命到底是什么,介于生物和非生物之间是什么样的状态?日本科学家福冈伸一在其著作《生物与非生物之间》,以微观的视角向我们解释道:以分子生物学的生命观来看,生命体不过是由无数微小的零部件组装而成的精密模型,充其量不过是一部“分子机器”。

既然生命体等同于分子机器,那么我们就可以通过精妙的仪器和巧妙地操作,改造那些组成机器的分子,从而达到“改良”生命体的目的。这就是当前炙手可热的生物工程技术。在将近40亿年的时间里,地球上的每一种生物的演化都是遵循着自然选择的法则,但是生物技术却超越了自然的界限,自然选择的法则已经被打破,克隆人、定制人、仿生人都有可能成为现实。这一切是如何发生的呢?

福冈伸一的著作《生物与非生物之间》,用幽默、清新却不失理论性的语言,对介于生物与非生物之间生命密码的探索过程进行了详尽地解读。

什么是生物?生物和非生物的分界线在哪里?比方说飞禽走兽是生物,但病毒是不是生物呢?病毒特别规整,充满了几何之美,有的像是正二十面体,有的像参见一样呈螺旋状重叠在一起。同一种类型的病毒都拥有完全相同的外观,无论是大小还是个性,没有丝毫偏差。病毒的几何性,来源于蛋白质规则排列而成的外壳,我们甚至可以说,病毒是来自机械世界的微型模型。但是,病毒无法摄入营养,也不会呼吸,自然也不会排出二氧化碳和其他废弃物。可是,病毒和单纯的物质之间有一个本质区别,病毒能依靠蛋白质外壳内部的单一分子核酸(DNA或RNA)进行自我复制、自我增值。福冈伸一的认为,病毒并不是生物。

围绕这一命题,福冈伸一对生物和非生物之间的界限问题进行了深入探讨。书中不但介绍了人类对微观世界的探索过程、理论经验,更向我们展现了作为科学家不为人知的一面。他从“遗传因子”开始谈起,谈到了DNA、双螺旋结构、DNA序列。福冈伸一指出,生命的特征一是DNA,二是动态秩序。DNA记载了生命的信息,使得生命能够不停地进行复制,而动态秩序则是生命最重要的特征之一。

众所周知,微小颗粒基本上都是出于运动状态的,都遵循着热运动(布朗运动)的规律,时时刻刻都在进行着不规则的运动。从分子层面的视角来看,生命的确遵循着物理原则,但它并没有任由布朗运动(热运动)的摆布,二是从随机运动中孕育出了复杂的秩序。扩散尚未完成时,浓度、温度、能量等等会呈现出渐变的趋势,携带一定的信息,但过不了多久,微粒就会均匀分布,达到平衡状态。一旦达到平衡状态,这个系统就死掉了。衡量这种程度的标尺是“熵”,熵一旦达到峰值,一切都将结束,这就是熵增加原理。与普通的非生物反应系统相比,生物达到这一状态需要的时间很长,比如人类就需要几十年的时间。在这段时间里,生命会生长、会自我复制、受伤生病后会自愈,会继续活下去。因此,福冈伸一认为,生命拥有两种能力:维持现有秩序的能力和孕育出新的有序现象的能力。由此可见,病毒并不能算作“生物”。

正如薛定谔在《生命是什么》中所指出的,熵增加原理适用于一切物理现象,而生命的特质就是能对抗熵增加原理的影响,维持秩序。要维持秩序,就需要不断地破坏秩序。福冈伸一一阵见血的指出,对抗熵增加原理的唯一办法,并非增强系统的耐久性与结构,而是让系统本身始终处于流动状态。只要生物还活着,体内必然会有熵出现。“流动”起到了将生物体内必然出现的熵排除体外的作用。所以,我们可以对生命进行重新定义:生命就是处于动态平衡状态的流体。动态平衡系统同时具有非常强的容错性。面对欠缺或不足,动态平衡系统会想方设法弥补影响,优化系统。

但是,生物内部总有不可逆的时间洪流。在时间轴的某个节点,本应该合成出来的部分由于病变、人工干预等各种因素没有出现,就会导致形状的互补性无法成立。如果用一张折纸来表示,那就是导致折纸没有沿着既定折纸对折,而是稍微错开一点,偏离了方向,最终导致折线的部位摇摇晃晃、松松垮垮,最终造成无法挽救的损失。所以,福冈伸一总结道,名为生命的动态平衡系统始终保持着微妙的平衡,同时沿着时间轴,朝一个固定的方向不断折叠。生命无法倒退,每个瞬间都是完成态。

在做过很多实验和研究之后,福冈伸一感喟道:胡乱介入,会对动态平衡造成难以修复的损伤,即使平衡状态看似没有太大的变化,那也是因为动态系统太灵活、太柔软,能暂时抚平介入带来的冲击。系统内的某个部分已经变形、损坏了。生命与环境的相互作用,是只能折叠却不能拆开的折纸,而介入会将只此一回的运动引向计划之外的岔路。

福冈伸一最终的结论是,我们进行的种种研究与实验,其实只证明了一件事:人类不可能像操纵机器那样操纵生命。我们只能拜倒在自然的洪流面前,忠实记录生命的方方面面,别无他法。

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