人體構造這一大自然的杰作曾引起我特殊的興趣;其實,我對任何有生命的動物都懷有強烈的興趣。我常常向自己提出這樣一個問題:生命究竟是怎樣起源的?這是一個十分大膽的問題,歷來被認為是個不解之謎。 ——《弗蘭肯斯坦》
1818年,瑪麗·雪萊創(chuàng)作了《弗蘭肯斯坦》,它被認為是科幻小說的開山之作。 年輕科學家弗蘭肯斯坦癡迷于科學,搜尋來人體骨骼和動物肌體,創(chuàng)造出一個人造人,卻又因為它的丑陋可怖而拋棄了那個“怪物”。 第一部科幻小說未必是完美小說,但它的主題樸素地反映著,假如人類擺脫了科學的束縛,第一個想實現(xiàn)的是什么?!陡ヌm肯斯坦》的主題正是那個最根本的問題——生命源自何處?我們?nèi)绾尾拍芟裆系垡粯又圃焐?/p>
《弗蘭肯斯坦》(1931)劇照
數(shù)千年來,這些問題讓亞里士多德、達爾文、埃爾溫·薛定諤等開拓人類知識邊疆的偉大心靈苦苦思索,也成為物理學、化學、生物學、哲學等人類核心知識的交叉點。假如不是因為人類長久地沉迷于這個問題,那么諸多學科或許都不會誕生。而如何看待這個問題,也將影響我們?nèi)绾慰创陨砼c宇宙。
20世紀40 年代,另一位知名的物理學家埃爾溫·薛定諤撰寫了一本標題引人注目的書——《生命是什么》(What is Life?)。該書在一開頭便談到了這個問題,薛定諤寫道:
在一個有機體的空間范圍內(nèi),發(fā)生在時間和空間中的事件該如何用物理和化學來描述?初步的答案……可以概括如下:當今的物理和化學雖然在描述這些事件上無能為力,但并不代表這樣的事件不能被這些科學所描述。
幾十年過去了,雖然這些年來伴隨著諾貝爾獎獲獎名單不斷加長,人類在分子生物學領域獲得了巨大的進步,但是我們?nèi)匀焕_于薛定諤那簡單而直接的問題,它的確讓人感到困惑。
埃爾溫·薛定諤《生命是什么》,這本小書啟發(fā)了數(shù)代科學家 圖片來源:wikipedia
生命體和非生命體一樣,都由沒有生物活性的“死”分子構成,但是這些分子在一曲完整的“生命大合奏”中相互作用的獨特方式,形成了十分獨特的結果——包括我們在內(nèi)的所有生命體的誕生。 盡管半個世紀以來分子生物學取得了巨大進步,但它沒有讓我們明白生命是什么。幾十年前,當科學家發(fā)現(xiàn)DNA并對它的研究愈發(fā)細致,人們曾樂觀地以為答案將隨著基因的解碼一同揭開。人類基因組計劃在2000年完成,當時比爾·克林頓在白宮的儀式上宣稱:“如今,我們可以學習上帝創(chuàng)造生命的語言。” 不過,所謂的“生命的語言”顯然還沒有得出令人滿意的結果,我們知道大量的分子機制、代謝路徑、膜的生物合成方法,我們了解了許多過程和部件。但是,我們依然不清楚是什么給予了細胞生命。那通往“應許之地”的大門卻仿佛依然遙不可及。就像沙漠中的海市蜃樓一樣,地平線處那象征著綠洲的棕櫚樹在閃爍著微光,當這一切仿佛觸手可及的時候,這景象又消失了,徒留我們?nèi)ンw會對未知世界難耐的焦渴。
達爾文的進化論解釋了生命如何從簡單生命發(fā)展為復雜生命,卻沒有解釋最初的簡單生命是從哪里來的 圖片來源:wikipedia
所以,到底是什么造成了這持久且令人不安的困境? 簡單的事實就是,哪怕是像細菌細胞一樣至為基本的生命系統(tǒng),都是一個高度組織化、遠離平衡態(tài)的功能性系統(tǒng),而在一個細菌細胞中則存在成千上萬個不同分子和分子聚合物之間的互動,有的分子本身就具有驚人的復雜性。這一切都發(fā)生在數(shù)千個同步進行的化學反應網(wǎng)絡內(nèi)。 哪怕是最簡陋、最原始的細胞,都比人類當今最先進的機器更精密。如此精密的“納米工廠”,為何能在40億年前誕生在荒涼的地球上?像物理學家保羅·戴維斯說的,沒有生命,這是理所當然的,但生命卻出現(xiàn)了。 難不成,那些像精密工廠一樣的活細胞完全是隨機組裝而成的?這種狀況發(fā)生的可能性,用宇航員弗雷德·多伊爾的話說——和一陣狂風刮過垃圾場,垃圾就組成了一架波音747的概率差不多。 關于生命的主要問題就在于此,正如我們會覺得冷藏室、集能設備、電池、壓縮機和制冷劑等部件能自發(fā)地組裝成一臺功能正常的電冰箱是一件難以置信的事情,即使所有的部件都已經(jīng)齊備,一個自發(fā)形成的高度組織化、遠離平衡態(tài)的微型化學工廠同樣令人難以置信。不僅基本常識告訴我們一個高度組織化的個體不會自發(fā)形成,一些基本的物理學法則也反復說明著同樣的道理——系統(tǒng)傾向于朝著混亂和無序的狀態(tài)發(fā)展,而不是秩序和功用。難怪20 世紀偉大的物理學家們?nèi)缬冉稹ぞS格納、玻爾、薛定諤等都覺得這個問題十分令人困惑。生物學和物理學在這個問題上似乎互相矛盾。 1974年,在發(fā)現(xiàn)DNA 的20 年后,著名科學哲學家卡爾·波普爾認為生命起源的問題是“一個科學無法跨越的障礙”。 因發(fā)現(xiàn)DNA而廣為人知的弗朗西斯·克里克曾在《生命》(1981)中興致勃勃地設想,生命的產(chǎn)生可能符合“胚種論”——這個極端的觀點認為地球上的生命起源于太空,是由太空的外星生命形式帶到地球上播種的。胚種論的主要問題在于,它只不過是把問題轉嫁到了一個無法定位的宇宙空間,而無論生命是在哪里產(chǎn)生的,根本的問題依然沒有改變:生命是如何從無生命物質(zhì)中產(chǎn)生的? 物理學和生物學在這些問題上沒能取得理想的進展,但在物理與生物之間起到橋梁作用的科學——化學——能夠回答這些有趣的問題,即便這答案還不夠完備。對生命是什么的深刻理解,除了能回答我們是誰、是什么的問題之外,更將給我們帶來對宇宙本質(zhì)及其基本法則的洞見。
(本文部分整理自《生命是什么:40億年生命史詩的開端》)
內(nèi)容簡介 革新薛定諤同名經(jīng)典,與《自私的基因》一起入選“牛津科普里程碑”的大師小書。探尋生命起源的非凡旅程,沒有一個公式的詩意科普。 “生命是什么?”當你腦中浮現(xiàn)這個疑問,意味著你來到了物理學、化學、生物學、哲學等人類核心知識的交叉口,也意味著你與亞里士多德、達爾文、埃爾溫·薛定諤等開拓人類知識邊疆的偉大心靈來到了同一個謎的面前。 生命,哪怕是至為簡單的生命,都像精密的機器一樣復雜。在這顆原本寂寥的星球上,無數(shù)復雜、美麗、多樣的生命是從何而來?40億年前,究竟發(fā)生了什么? 沒有繁瑣的公式,也不會贅述基因或者化學反應的種種細節(jié),埃迪·普羅斯用他詩意而貼切的比喻,帶你跨越學科的門檻,直面生命的本質(zhì)問題,讓我們看到在40億年前生命誕生時刻的壯麗風景。 這場生命探索的旅程,將幫助我們更深刻地思考我們是誰,以及生命和宇宙的意義。 制版編輯 | 皮皮魚 |
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