生命和非生命的本质区别

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 19:35:14
生命和非生命的本质区别


逍遥


  1、生命和非生命的本质区别

  在最初起源的时候,可能生命和非生命之间是难于区分的。是什么使某种分子或者分子集合体最终越过了边线,正是复制和“繁殖”的能力,复制更重要的是有差错的复制,以及错误可以积累的机制最终越过了底线。就“复制”而言,盐的晶体也可以在过饱和的盐溶液中,引发同样的晶体形成,就差异而言,在自然界中没有完全相同的雪花晶体。可是所有这些结构都缺乏一个可以积累差别的机制,换句话说它们没有历史,确实今天的雪花和一亿年前的雪花不同(据估计,从有雪花开始,到现在还不可能把所有可能出现的雪花的结构全部出现一次),犹如今天的生命和一亿年前的不同一样,可是在雪花之间不存在一个差异的积累的问题。生命由于其具有代代传递的机制也即一般所言的“繁殖”,以及复制中的差错积累(这实际上是不可避免的,事实上生命都倾向于消除差错),正是这些构成了我们所说的生命和非生命的本质区别,换句话说,每个生命个体都是数十亿年的代代传递的结果,离开这个根本的背景,是无法真正理解生命和非生命的本质区别的,毕竟构成生物体的基本元素和非生命界是没有差别的,没有一个神秘的只有生命才有的元素,如果是那样倒也简单了。割裂生命的历史来看待生命,是根本无法理解的,除了求助于神创论外,再也没有其他的办法。这也就是为什么说若无进化之光,生物学将毫无道理的根本原因。是达尔文第一次发现了生命的真正奥秘,我们都是有历史的物种,所有现存的和已经灭绝的物种都是有着自己独特的发展史的物种。忘记历史不知道有历史不用一种历史的眼光看待生命只能是一场真正的噩梦,这种噩梦的表现也是洋洋大观,最有名气的是末日的审判是无尽地狱的熊熊烈火是矛盾丛生让人疯狂的仁慈造物主的恐怖幻觉,一句不可试探你的主,简直是对大众的精神强奸。如果没有达尔文,我宁愿恐惧地匍匐在一个精神错乱时而柔情无限时而凶残无比的造物主面前,沉浸在幻想如何干掉他(她,它)的快感中,也不愿一面忍受着强暴一面还得赞叹“阿,我的主,这强暴对我的身心是多么有益,是如何使我的灵魂得到升华”,念及于此,除了上洗手间呕吐之外,我唯一能说就是我是多么的幸运生在达尔文之后啊。物种起源对全人类中热爱自由的人们的永恒意义是为这自由提供了坚实的基础。为所有拥有爱心的人们提供了永不枯竭的源泉(四海一家),为所有高尚的人们提供了无比的勇气,在这个意义上让我们向自然回归。

  附:如果在其他星球上(甚至在地球上)某些物质集合具有上述特征,那它就是生命,无论看起来我们和它们多么不同。

  2、生命起源的几率有多小

  对于这个问题是见仁见智,大概说分为乐观派和悲观派。两边都有一些证据和猜想,不过更多的可能是一个态度问题,毕竟所有的证据都是旁证。极度自虐兼受虐兼虐人徒(这个名称太长通常简称极度徒)们,自然对此大大高兴,可怜他们高兴的时候不多,你没听见他们又在欢呼,“阿。迷途的羊羔们快投奔到仁慈的主的怀抱中来吧”,活生生的丁春秋的徒孙的现代版,羊羔长大了命运是什么,大家不都心知肚明吗。误入歧途并不可耻,可耻的是希望别人也跟进的阴暗心理,简直是可恶了。

  由于生命起源往往又和智能生命的出现概率搅在一起,更是众说纷纭,这倒充分的说明了我们的自我中心意识是多么根深蒂固,如果把生命看成一个整体的话(生态系统),人类到更像癌细胞。而疯狂的极度徒们是不允许流产、计划生育的,只是可怜他们那仁慈的主的其他造物连苟延残喘的机会都快没有了,不过你是难不倒这些满嘴都是爱心的极度徒的。

  就目前的SETI计划,可能给悲观派提供了旁证,至少智能生命或者高技术的智能生命出现的概率比人们预计的要少,甚至也很有可能他们要么自己灭绝了,要么我们是银河系中文明最发达的物种。

  不过在这里让我们就生命而言,我倾向于不难,因为要满足生命的基本特征并不是件多么困难的事,就“复制”来说很多晶体的结晶过程是我们司空见惯的,至于复制的差异,用一句哲学的话说世界上没有完全相同的两片树叶,所以差异是必然的,不过量子学中好像有不可辨别的电子也就是完全相同的电子一说,不过这不影响结论,我们的层次在分子上,它有足够的复杂性来导致差异,关键在于一个可行的累计差异的机制,这个机制一旦开始运作,由此这个分子就具有了历史,而自然选择的介入就可以促使这种分子或者分子集合产生分支,是无法想象的海阔天空(人们往往只看到硬币的一面,看到无处不在的淘汰,可是好像对自然界拥有数以百万、千万、乃至亿记的物种数目,没有感到过惊讶,这可真让人惊讶,呵),虽然如今的生命已经复杂得可怕,可是生命(可能至起源起本质就没有变过,当然也有可能DNA/RNA是篡权者)的核心秘密——DNA双螺旋,套用CRICK的一句话是如此简单和优美,优美当然是个体经验了,不过其简单确是事实,不过这里可不是说基因乃至基因调控是简单的,仅从DNA分子是如何使得差异可以累计的角度上看,这确实非常简单。初中生都能懂。

  这实在是给了我乐观的理由,生命的本质既然如此简单,有什么理由认为地球是独一无二的生命乐园呢。至于智能生命的出现,这个是没有办法推理的,要知道生命的历史不是一个按照某个仁慈的主的计划来展开的,它只是如此漫不经心的怒放在这广阔天地,任何企图给它套上枷锁的痴心妄想,都渺小得不值一哂。这里只有失败的英雄没有贪生的懦夫。

  3、为什么有性

  这也是个稀奇古怪的问题,就像问为什么有牛顿一样,让人觉得不知该如何回答,牛顿的伟大发现如果不是他也会有什么马顿、羊顿的什么人做出或者更多人联合发现,一人一点。对于这一点我想大家没有太大分歧。不过,这里的问题是具体的牛顿这个人,只要你愿意你完全可以假设如果他的父母乃至你要是更加疯狂嫌这还不够,你可以一直上推到生命的起源乃至宇宙的诞生,其中任何地方出点差错,就不会有牛顿,这里面包含的步骤不是无限多也是远远超过现在的巨型机可以运算的了,你还可以说假设每一步的几率是99.99999.......%,算下来估计牛顿出现的可能性也差不多是零了。到此你或许可以得出几种结论,或者疯狂地说所以实际上牛顿并不存在,这是一个不知又该谁来背黑锅的超级骗局,毕竟现在活着的人谁也没见过牛顿,虽然我们或许有他的手稿,墓地,文献,乃至教科书,你也可以说这也是可以伪造的,到此地步,可能大家除了觉得你该去医院看看,是无话可说了(不过这还算不上最疯狂的想法)。或者你也可以承认无论如何牛顿确实是出现了,而陷入不可知论和神秘主义中。不过最疯狂的想法是,既然牛顿出现的概率是零,那么只能说明这再一次证明了主的仁慈,派遣牛顿下来给大家指点迷津。不然如何解释牛顿的出现,这只能看作是奇迹,是神迹。不过仁慈的主的嘴里总是有种可疑的血腥味,可能是忘了刷牙。想起一个小笑话,有人赞叹仁慈的主赐予我们牛羊让我们吃,不知主是不是又把我们赐予了蚊子给它们吃。我想蚊子要是有主定然也会赞叹仁慈的主,怪不得吸血前且得嗡嗡一阵。

  我想上面这些说法的荒谬是不言而喻的,如果这样说,那还有什么不是神迹不是奇迹。这就是达尔文出现之前,人们面对生命世界的绝望困境,性的出现只是偶然而已,只要它没被淘汰,一旦出现就可以延续下去,事实上我并不认为有性比无性好,灭绝的物种中有性繁殖的恐怕要多些,事实上我们必须承认“无性”的细菌之类的才是适应能力最强的(这种说法不够确切,细菌也可以交换基因,这倒反证了自然界的连续性,虽然我不排除巨变的可能性),我觉得纠缠在有性比无性优越的论调上是一叶障目,多少带有自我中心味道。

  平心而论,原核生物比真核生物尤其是比之于如我们这等高级生物(这也是一个害人不浅的词,我觉得用复杂生物更好,越是复杂的系统越是脆弱,这几乎是不言而喻的。),生命力要坚韧得多,由此观之,自然界并非什么弱者无法生存的世界,不仅有而且我们看得见几乎都是,包括我们自己。认清这一点可能是有很多重要意义的,历来为人垢病的社会达尔文主义(或者说臭名昭著的,我可不愿意在这个词后面跟那个伟大的名字,呵),无非是拉大旗作虎皮罢了,一句话欲加之罪何患无词,他要断章取义你也没办法。

  不过,这倒不是推卸责任的时候,区分清楚适者和所谓我们文化意义上的强者这个名词之间的重要差别,还需大家努力。若是继续混为一谈,那既不符合事实,又给人诸多误导,委实害人不浅。

  4、演化和“伦理”

  首先要承认一点.对这两者,都所知不多,尤其是伦理。对于进化(演化这个词更好)按道金斯的说法,任何一个没有偏见的受过基本教育的人都可以理解它的基本要义,不敢说多懂或者说掌握了多少技术细节,说实话技术细节早已还给老师了,但其精神却永远鼓舞着我的生命。至于伦理,首先我不是要研究伦理的诸多流派变迁,我所谓的伦理是一般人能知能行的人生态度,所以虽然没有看过一本有关伦理的书,甚至不知道伦理一词专家定义。不过这并不妨碍我讨论伦理,这东西终究不是专业性很强的东东,毕竟这是每个人每天都要用来做价值判断用来指导一个人怎么生活的东西,如果要读个博士才能谈的话,那真是我们的悲哀了。虽然如此我还是给这个词加个引号,免得误导观众。

  自由,有关讴歌自由的艺术文学等等犹如汗牛充栋,人类社会的发展无论怎么看你都必须承认,现在很多国家的人比过去自由了,流传最广恐怕该是这首小诗,“生命诚可贵,爱情价更高。若为自由故,二者皆可抛”,可是自由究竟有没有一个根基,面对让人无从把握的大千世界,面对捉弄人的所谓“命运”,你还有几分勇气几分把握几分坚持,记得二战时一个流亡在外的德国人,他不是犹太人,没遭到什么迫害,事实上他是大学教授,有不错的生活环境,只因为不同意法西斯对犹太人的迫害,主动放弃了这些,选择了流亡,当有人问他为什么(那时可没多少德国人清醒)时,他引用了康德的一句话,让我着实感动(虽然我从来也没看过,现在恐怕也没心情看),他说“我头上的星空和心中的道德律,告诉我这样做是错的(指屠杀犹太人)”,毕竟没有几个人可以如他般博览群书,还有足够的鉴别力。我们需要给自由寻找一个更坚实更简单的基础,尤其在这宿命论猖獗的世界上,我们尤其需要信念。只是这信念是建根在我们生命的本质上,而不是什么虚无飘渺的不知所谓的仁慈造物主的虚幻概念中,有了造物主还有什么自由好谈。首先人的出现不是一个计划,我们本是进化的机遇产物,一切取决于机遇,这是自由的关键,利用我们演化出的头脑,我们现在可以在很大程度上创造我们希望的机遇,我们是自己的造物主。我们首先不是被创造来完成某个工作的工具,我们是否能够生存甚至更好的生存取决于我们自己,这也是自由的代价。生命和非生命的本质区别


逍遥


  1、生命和非生命的本质区别

  在最初起源的时候,可能生命和非生命之间是难于区分的。是什么使某种分子或者分子集合体最终越过了边线,正是复制和“繁殖”的能力,复制更重要的是有差错的复制,以及错误可以积累的机制最终越过了底线。就“复制”而言,盐的晶体也可以在过饱和的盐溶液中,引发同样的晶体形成,就差异而言,在自然界中没有完全相同的雪花晶体。可是所有这些结构都缺乏一个可以积累差别的机制,换句话说它们没有历史,确实今天的雪花和一亿年前的雪花不同(据估计,从有雪花开始,到现在还不可能把所有可能出现的雪花的结构全部出现一次),犹如今天的生命和一亿年前的不同一样,可是在雪花之间不存在一个差异的积累的问题。生命由于其具有代代传递的机制也即一般所言的“繁殖”,以及复制中的差错积累(这实际上是不可避免的,事实上生命都倾向于消除差错),正是这些构成了我们所说的生命和非生命的本质区别,换句话说,每个生命个体都是数十亿年的代代传递的结果,离开这个根本的背景,是无法真正理解生命和非生命的本质区别的,毕竟构成生物体的基本元素和非生命界是没有差别的,没有一个神秘的只有生命才有的元素,如果是那样倒也简单了。割裂生命的历史来看待生命,是根本无法理解的,除了求助于神创论外,再也没有其他的办法。这也就是为什么说若无进化之光,生物学将毫无道理的根本原因。是达尔文第一次发现了生命的真正奥秘,我们都是有历史的物种,所有现存的和已经灭绝的物种都是有着自己独特的发展史的物种。忘记历史不知道有历史不用一种历史的眼光看待生命只能是一场真正的噩梦,这种噩梦的表现也是洋洋大观,最有名气的是末日的审判是无尽地狱的熊熊烈火是矛盾丛生让人疯狂的仁慈造物主的恐怖幻觉,一句不可试探你的主,简直是对大众的精神强奸。如果没有达尔文,我宁愿恐惧地匍匐在一个精神错乱时而柔情无限时而凶残无比的造物主面前,沉浸在幻想如何干掉他(她,它)的快感中,也不愿一面忍受着强暴一面还得赞叹“阿,我的主,这强暴对我的身心是多么有益,是如何使我的灵魂得到升华”,念及于此,除了上洗手间呕吐之外,我唯一能说就是我是多么的幸运生在达尔文之后啊。物种起源对全人类中热爱自由的人们的永恒意义是为这自由提供了坚实的基础。为所有拥有爱心的人们提供了永不枯竭的源泉(四海一家),为所有高尚的人们提供了无比的勇气,在这个意义上让我们向自然回归。

  附:如果在其他星球上(甚至在地球上)某些物质集合具有上述特征,那它就是生命,无论看起来我们和它们多么不同。

  2、生命起源的几率有多小

  对于这个问题是见仁见智,大概说分为乐观派和悲观派。两边都有一些证据和猜想,不过更多的可能是一个态度问题,毕竟所有的证据都是旁证。极度自虐兼受虐兼虐人徒(这个名称太长通常简称极度徒)们,自然对此大大高兴,可怜他们高兴的时候不多,你没听见他们又在欢呼,“阿。迷途的羊羔们快投奔到仁慈的主的怀抱中来吧”,活生生的丁春秋的徒孙的现代版,羊羔长大了命运是什么,大家不都心知肚明吗。误入歧途并不可耻,可耻的是希望别人也跟进的阴暗心理,简直是可恶了。

  由于生命起源往往又和智能生命的出现概率搅在一起,更是众说纷纭,这倒充分的说明了我们的自我中心意识是多么根深蒂固,如果把生命看成一个整体的话(生态系统),人类到更像癌细胞。而疯狂的极度徒们是不允许流产、计划生育的,只是可怜他们那仁慈的主的其他造物连苟延残喘的机会都快没有了,不过你是难不倒这些满嘴都是爱心的极度徒的。

  就目前的SETI计划,可能给悲观派提供了旁证,至少智能生命或者高技术的智能生命出现的概率比人们预计的要少,甚至也很有可能他们要么自己灭绝了,要么我们是银河系中文明最发达的物种。

  不过在这里让我们就生命而言,我倾向于不难,因为要满足生命的基本特征并不是件多么困难的事,就“复制”来说很多晶体的结晶过程是我们司空见惯的,至于复制的差异,用一句哲学的话说世界上没有完全相同的两片树叶,所以差异是必然的,不过量子学中好像有不可辨别的电子也就是完全相同的电子一说,不过这不影响结论,我们的层次在分子上,它有足够的复杂性来导致差异,关键在于一个可行的累计差异的机制,这个机制一旦开始运作,由此这个分子就具有了历史,而自然选择的介入就可以促使这种分子或者分子集合产生分支,是无法想象的海阔天空(人们往往只看到硬币的一面,看到无处不在的淘汰,可是好像对自然界拥有数以百万、千万、乃至亿记的物种数目,没有感到过惊讶,这可真让人惊讶,呵),虽然如今的生命已经复杂得可怕,可是生命(可能至起源起本质就没有变过,当然也有可能DNA/RNA是篡权者)的核心秘密——DNA双螺旋,套用CRICK的一句话是如此简单和优美,优美当然是个体经验了,不过其简单确是事实,不过这里可不是说基因乃至基因调控是简单的,仅从DNA分子是如何使得差异可以累计的角度上看,这确实非常简单。初中生都能懂。

  这实在是给了我乐观的理由,生命的本质既然如此简单,有什么理由认为地球是独一无二的生命乐园呢。至于智能生命的出现,这个是没有办法推理的,要知道生命的历史不是一个按照某个仁慈的主的计划来展开的,它只是如此漫不经心的怒放在这广阔天地,任何企图给它套上枷锁的痴心妄想,都渺小得不值一哂。这里只有失败的英雄没有贪生的懦夫。

  3、为什么有性

  这也是个稀奇古怪的问题,就像问为什么有牛顿一样,让人觉得不知该如何回答,牛顿的伟大发现如果不是他也会有什么马顿、羊顿的什么人做出或者更多人联合发现,一人一点。对于这一点我想大家没有太大分歧。不过,这里的问题是具体的牛顿这个人,只要你愿意你完全可以假设如果他的父母乃至你要是更加疯狂嫌这还不够,你可以一直上推到生命的起源乃至宇宙的诞生,其中任何地方出点差错,就不会有牛顿,这里面包含的步骤不是无限多也是远远超过现在的巨型机可以运算的了,你还可以说假设每一步的几率是99.99999.......%,算下来估计牛顿出现的可能性也差不多是零了。到此你或许可以得出几种结论,或者疯狂地说所以实际上牛顿并不存在,这是一个不知又该谁来背黑锅的超级骗局,毕竟现在活着的人谁也没见过牛顿,虽然我们或许有他的手稿,墓地,文献,乃至教科书,你也可以说这也是可以伪造的,到此地步,可能大家除了觉得你该去医院看看,是无话可说了(不过这还算不上最疯狂的想法)。或者你也可以承认无论如何牛顿确实是出现了,而陷入不可知论和神秘主义中。不过最疯狂的想法是,既然牛顿出现的概率是零,那么只能说明这再一次证明了主的仁慈,派遣牛顿下来给大家指点迷津。不然如何解释牛顿的出现,这只能看作是奇迹,是神迹。不过仁慈的主的嘴里总是有种可疑的血腥味,可能是忘了刷牙。想起一个小笑话,有人赞叹仁慈的主赐予我们牛羊让我们吃,不知主是不是又把我们赐予了蚊子给它们吃。我想蚊子要是有主定然也会赞叹仁慈的主,怪不得吸血前且得嗡嗡一阵。

  我想上面这些说法的荒谬是不言而喻的,如果这样说,那还有什么不是神迹不是奇迹。这就是达尔文出现之前,人们面对生命世界的绝望困境,性的出现只是偶然而已,只要它没被淘汰,一旦出现就可以延续下去,事实上我并不认为有性比无性好,灭绝的物种中有性繁殖的恐怕要多些,事实上我们必须承认“无性”的细菌之类的才是适应能力最强的(这种说法不够确切,细菌也可以交换基因,这倒反证了自然界的连续性,虽然我不排除巨变的可能性),我觉得纠缠在有性比无性优越的论调上是一叶障目,多少带有自我中心味道。

  平心而论,原核生物比真核生物尤其是比之于如我们这等高级生物(这也是一个害人不浅的词,我觉得用复杂生物更好,越是复杂的系统越是脆弱,这几乎是不言而喻的。),生命力要坚韧得多,由此观之,自然界并非什么弱者无法生存的世界,不仅有而且我们看得见几乎都是,包括我们自己。认清这一点可能是有很多重要意义的,历来为人垢病的社会达尔文主义(或者说臭名昭著的,我可不愿意在这个词后面跟那个伟大的名字,呵),无非是拉大旗作虎皮罢了,一句话欲加之罪何患无词,他要断章取义你也没办法。

  不过,这倒不是推卸责任的时候,区分清楚适者和所谓我们文化意义上的强者这个名词之间的重要差别,还需大家努力。若是继续混为一谈,那既不符合事实,又给人诸多误导,委实害人不浅。

  4、演化和“伦理”

  首先要承认一点.对这两者,都所知不多,尤其是伦理。对于进化(演化这个词更好)按道金斯的说法,任何一个没有偏见的受过基本教育的人都可以理解它的基本要义,不敢说多懂或者说掌握了多少技术细节,说实话技术细节早已还给老师了,但其精神却永远鼓舞着我的生命。至于伦理,首先我不是要研究伦理的诸多流派变迁,我所谓的伦理是一般人能知能行的人生态度,所以虽然没有看过一本有关伦理的书,甚至不知道伦理一词专家定义。不过这并不妨碍我讨论伦理,这东西终究不是专业性很强的东东,毕竟这是每个人每天都要用来做价值判断用来指导一个人怎么生活的东西,如果要读个博士才能谈的话,那真是我们的悲哀了。虽然如此我还是给这个词加个引号,免得误导观众。

  自由,有关讴歌自由的艺术文学等等犹如汗牛充栋,人类社会的发展无论怎么看你都必须承认,现在很多国家的人比过去自由了,流传最广恐怕该是这首小诗,“生命诚可贵,爱情价更高。若为自由故,二者皆可抛”,可是自由究竟有没有一个根基,面对让人无从把握的大千世界,面对捉弄人的所谓“命运”,你还有几分勇气几分把握几分坚持,记得二战时一个流亡在外的德国人,他不是犹太人,没遭到什么迫害,事实上他是大学教授,有不错的生活环境,只因为不同意法西斯对犹太人的迫害,主动放弃了这些,选择了流亡,当有人问他为什么(那时可没多少德国人清醒)时,他引用了康德的一句话,让我着实感动(虽然我从来也没看过,现在恐怕也没心情看),他说“我头上的星空和心中的道德律,告诉我这样做是错的(指屠杀犹太人)”,毕竟没有几个人可以如他般博览群书,还有足够的鉴别力。我们需要给自由寻找一个更坚实更简单的基础,尤其在这宿命论猖獗的世界上,我们尤其需要信念。只是这信念是建根在我们生命的本质上,而不是什么虚无飘渺的不知所谓的仁慈造物主的虚幻概念中,有了造物主还有什么自由好谈。首先人的出现不是一个计划,我们本是进化的机遇产物,一切取决于机遇,这是自由的关键,利用我们演化出的头脑,我们现在可以在很大程度上创造我们希望的机遇,我们是自己的造物主。我们首先不是被创造来完成某个工作的工具,我们是否能够生存甚至更好的生存取决于我们自己,这也是自由的代价。
  生命是什么?这也许是一个自人类诞生以来就一直在问的问题。在历史上,人们曾经给出过许多不同的回答。但是,不论这些回答的具体内容如何,大都可以被划归两个相互对立的派别,即“还原论”(reductionism)和“活力论”(vitalism)派别。还原论认为,生命的构成与非生命没有本质区别,而且生命的活动同样遵循着基本的物理和化学规律。活力论则相信,生命世界与非生命的无机世界存在着截然的界线,有着其特殊的活动规律。这两个派别的产生可以追溯到古希腊时期。当时的还原论代表是提出原子论的哲学家德谟克利特。在他看来,世间万物都是由原子构成的,生命也不例外。而另一位哲学家亚里士多德则持相反的观点,认为在生物体中存在着一种非物质的要素,这种要素使得物质获得“生机”,使生命这种特定的形式实现其自我完善的目的。亚里士多德称这种要素为“entéléchie”,意思是“完成”。该术语后来成了活力论的代名词。“隐德来希”就是这个著名的希腊语的中文音译。

  虽然这两种观点一直共存于生物学的发展中,但是在20世纪,随着物理学、化学等物质科学与生物学的交叉,随着以分子生物学为代表的实验生命科学的诞生和发展,还原论逐渐统治了生命科学的每一块领地。然而,在人类基因组计划引发的后基因组时代,情况有了新的变化:还原论正受到前所未有的挑战,而活力论则重新进入了人们的视野。

  随 机 性

  还原论建立在因果关系的基础上,认为特定的生物分子行为决定特定的生命活动,不同的分子结构导致不同的生物功能。由于过去的实验生物学注重的是定性的研究,因此在还原论的框架里进行的因果关系推断基本都能成立。例如在遗传病的研究上,人们认为基因突变是致病的主要原因。但是,随着认识逐渐深入,尤其是现在开始对定量生物学研究的重视,研究者发现,过去人们对生命的理解还是很片面的,因为在生命活动中,非决定性的随机因素也扮演了很重要的角色。

  生命的基本单元——细胞是由许许多多不同种类的生物大分子所组成,其中的每一种生物大分子,如一种mRNA或一种蛋白质,在细胞内都存在着若干个相同的分子。例如,参与细胞构造的蛋白质如肌动蛋白的分子数目通常都比较大,可能达到数百万个;而负责细胞活动调控的如转录因子则分子数目一般较少,可能只有几十个。但不管是多还是少,在细胞内不存在只有单个分子的生物大分子种类。也就是说,过去人们从定性角度谈论的某某基因或某某蛋白质,实际上都是某某基因或某某蛋白质的若干个分子的集合体。

  这种生物分子集合体的行为与无机世界里分子集合体的行为有着巨大的不同。例如,大气中的各种气体分子的运动,可以用玻尔兹曼(Boltzmann)方程等统计物理学的理论进行描述,而生物分子集合体则不会遵守同样的方程。我们知道,新陈代谢是生命存在的必要形式,所有的生物分子都有着一定的寿命;在生命的每时每刻,总是有一些分子在“死亡”(降解),有一些分子在“诞生”(合成)。因此,在细胞内的每一种分子集合体,都有若干个分子不停地被降解,若干个分子不停地被合成。除了分子数量的波动外,这种集合体内每个分子的活性也不会是均一的,有的高,有的低。这种在数量和活性上具有随机波动的分子组分,在参与细胞的活动时会引入一种扰动,称为外在噪声(extrinsic noise)。另一方面,即使在一个分子组分的数量和活性完全一致的细胞群体中,反应的速率和进行的时间在不同的细胞中仍然存在有随机差异。这种随机性质被称为内在噪声(intrinsic noise)。现有的研究表明,噪声广泛地存在于细胞的DNA复制、基因转录和蛋白质翻译等重要的生理活动中。

  随着近年来研究技术的进步,科学家已经可以用定量的方法来研究细胞内的随机行为。例如,研究者在一种细菌中转进去一个表达荧光蛋白的基因,然后在不同的条件下测定荧光蛋白发出的荧光强度,并通过数学方法建立随机噪声影响基因表达或蛋白质翻译的模型。类似的工作不久前在真核酵母细胞中也进行过。研究表明,在原核细胞中,噪声对基因转录的影响不大,主要是影响蛋白质的翻译过程。而在真核细胞中,噪声则可以显著地影响基因表达水平。

  噪声的存在显然对细胞有不利的一面。但是,噪声在生命活动也有着积极的一面。例如,生物体内许多活动都具有节律性,也就是通常所说的“生物钟”。研究人员发现,噪声在生物钟的调控方面扮演着重要的角色。此外,在真核生物中,噪声导致基因表达的不一致可以作为一种手段,用来参与细胞分化的控制。当前,对生命的随机性的认识及其对生命活动影响的研究正在成为一个新的科学前沿。

  坚 韧 性

  “挑战者号”航天飞机的爆炸是人类航天史上的一大悲剧。根据后来的事故调查,导致这个复杂的庞然大物毁灭的主要原因只不过是几个橡皮密封圈出了问题。由此可以看到,无机世界的精密机器或装置等各种复杂系统,通常都比较脆弱,适应性很差。然而,同样是被称为复杂系统的生物体,却非常的顽强,显出了对环境的高度适应性。这种复杂生命系统所特有的“坚韧性”(robustness),就是人们通常所说的“生命力”。

  坚韧性最能体现在生物体对其外界环境的适应上。生命总是处在一个变化不停的环境中。但是,生物体却可以保持着一个相对稳定的内环境,并且在各种不同的环境下都能生存。大肠杆菌通常可以被外界的食物所吸引,或逃避有害的化学物质。这种趋利避害的感知是通过细胞的化学趋化(chemotaxis)系统进行。研究表明,细菌化学趋化的信号转导网络具有坚韧性,可以在一定范围的生化条件变化的情况下做出同样的反应;这种坚韧性与组成网络的蛋白质浓度无关,而依赖于蛋白质与蛋白质间的相互作用,即与网络的结构特征有关。

  那么,细胞的网络是怎样实现既能灵活地响应外界的刺激又能耐受外界的变化呢?美国圣菲研究所(Santa Fe Institute)的考夫曼教授(S. Kauffman)采用一种简单的电路网络建构的方式,对这一问题进行了研究。他发现,如果网络内各元件间的连接很稀疏,那么网络趋向于高度的有序而失去弹性;而当各元件间的连接过密时网络则进入混沌状态;只有当连接参数调节到一个介于高密度连接和低密度连接之间的数值时,网络出现了相对有序但不僵化的状态。不久前,科学家通过对酵母转录调节网络的分析得出了同样的结论。在这个网络中,蛋白质与蛋白质之间的连接程度介于高密度连接和低密度连接之间。这种性质使得转录调节网络内执行不同功能的各模块避免不必要的相互影响,同时又能把外界有害的扰动控制在有限的范围内,从而从总体上提高了网络的坚韧性。

  要提高坚韧性的最简单办法是多准备几套同样的部件,即通过增加“冗余度”(redundancy)的方式进行。这种方法显然有些浪费,而生命在进化过程中总是遵循最经济的原则。不过研究者发现,在细胞里,还是存在有许多冗余,这些冗余在细胞的坚韧性方面也发挥着重要的作用。例如,基因组内许多基因具有两个或两个以上的拷贝。这种多拷贝的基因一方面有利于进化产生新基因,另一方面,当一个基因由于突变失去功能时,另外的拷贝可以进行补偿。通过对酵母细胞单基因和多基因拷贝的缺失突变实验发现,双基因拷贝的功能代偿作用明显高于单基因。在酵母细胞里,由于双基因拷贝的代偿作用,估计有1/4左右的基因不至因缺失突变而发生表型变化。

  可 进 化 性

  对研究者而言,也许最感到困惑的是生命表现出来的那种自我完善的趋势,无论个体的发育或物种形成都是从简单向复杂演化。似乎生物体内有一种追求完善的内在动力或者预定目标。亚里士多德正是从这种目的论的层面上解释生命,即“隐德来希”——“完成”。随着达尔文进化论的提出,人们逐渐地接受自然选择的观点,认为这种完善是生物体遗传物质突变和自然选择二者相互作用的结果,不存在特定的目的。

  尽管现在对遗传和突变机理的认识已经非常深入,但是在突变和自然选择方面的关系却仍然很不清楚。在总结前人工作的基础之上,美国生物学家克尔斯勒(M. Kirschner)和吉尔哈特(J. Gerhart)提出一个新概念——可进化性(evolvability),即生物体具有一种产生可供选择的表型变异的能力。这个概念的关键在于,自然选择的力量并不直接作用于基因组序列的突变,而是作用于复杂生物系统层面上的表型变异。基因突变尽管是表型变异的必要条件,但生物体内的各种调节机制,代谢过程和区域定位等因素,才是最终决定表型变异的充分条件。换句话说,达尔文进化学说认为遗传变异与自然选择直接作用,而“可进化性”观点却在遗传变异与自然选择之间加了一个中介——细胞。如果说达尔文进化学说关心的是互不相干的各个独立元件(如基因内的碱基),那么可进化性所关注的则是具有相互作用的网络或系统。可进化性暗含了这样一个假定:“有序来自有序”,而不是“有序来自无序”。

  对于细胞而言,其有序性首先是通过将各种组成成分定位到不同的区域来实现的,如DNA只存在于细胞核内,核糖体则留在细胞质内;不同的区域负责不同的功能,如DNA复制和RNA转录发生在细胞核内,蛋白质翻译则在细胞质内进行。2002年日本科学家的一项实验表明,这种区域化(compartition)也是可进化性所必需的。他们设计了一种人为的自我复制和翻译的系统,然后研究了这种系统的分子变异和区域化的关系。区域化程度高的系统内分子活性变异程度也高,而区域化程度低的系统内分子活性变异程度则低。显然,这种区域化效应随着生物个体的复杂而进一步增强,如动植物一类的多细胞生物体,除了细胞内的区域化,还有个体发育过程中在组织和器官水平上的细胞区域化。也许正是由于多细胞生物的高度区域化,大大加强了它们的可进化性,并为最复杂的人类的进化奠定了基础。

  2004年1月,中国科学家在美国《科学》周刊上发表了一篇关于SARS冠状病毒分子进化的论文。作者指出,病毒基因上那些不导致蛋白质氨基酸改变的突变(同义突变)的速率始终保持恒定,不受选择的影响。而那些可能对蛋白质结构或功能有影响的突变,则受到不同的选择压力。例如,决定病毒和细胞相互识别的“突刺蛋白”(spike protein)的S基因,突变率在不同的流行期有不同的变化,在SARS流行早期的S基因变异大于流行中期,而流行中期的S基因突变又大于流行后期。从病毒的基因型演变来看,流行初期病毒的主要基因型只有两种。但在流行中期,病毒在强烈的适应性选择压力下发生了较大的变异,出现了许多不同的基因型。在流行后期,病毒已逐渐适应,演化出了一个占主导地位的稳定的基因型。这一工作有力地支持了克尔斯勒等人的观点:可进化性使得生物体能够降低有害的突变,并且还能减少形成新表型所必需的基因突变的数量。
     
  奥地利物理学家薛定谔(E. Schr?觟dinger)在《生命是什么》一书中,明确地表明了其还原论立场:生命原则上可以通过物理学和化学来诠释。但是,他同时也承认,“它的工作方式是无法归结为物理学的普通定律的”。尽管薛定谔解决这一困境的希望依然是还原论的,“我们必须准备去发现在生命活体中占支配地位的新的物理学定律”;但严格地说,薛定谔实际上为活力论留了一扇后门。在后基因组时代,科学家们已经有能力在更为全面和更为复杂的层面上分析生命现象。由此引出了这样一个问题:对生命的整体性研究和复杂性研究,是否意味着“活力论”的复活?从某种意义上说,活力论的确又回到了生命科学研究中。因为人们已经意识到,生命现象的复杂性不是经典实验生物学理论能够完全解释的。但是,今天的活力论有了新的内涵:生命是可以被了解的,尽管这种了解需要全新的理论和全新的视角。此外,今天的活力论和还原论是相互补充、相互依赖的,而不再像过去那样互相对立,互相隔离。也许最能说明这一点的例子是:实验生命科学领域最著名的国际学术刊物《细胞》,在2000年第一期发表了展望21世纪生命科学的一系列综述文章,其中一篇的题目便是:“分子活力论”(Molecular Vitalism)。