戏说/正说生命 一. 戏说生命 话说天地之初，宇宙大约只有鸡蛋这么大（至于宇宙之外是什么，谁有闲功夫管哪去）。盘古大神呆在里面实在郁闷，便几板斧砍去，天地大开。盘大神欣赏着自己的杰作，自我感觉良好。 俗话说，泥人也有土气。这天地被大神砍了几斧头，愤愤不平，便纷纷离他而去，而且越走越远。这样，大神虽然有造物之功，至高无上，却不免寂寞。大神便在这虚空之中随意抓上几把，捏几下，造出了各种天体，还让天体围绕他老人家转来转去。开始时倒是挺新鲜的，时间久了，天体和大神互不理睬，大神也觉得枯燥，便出新意，造出了可以利用天地之间散在的能量，自动变大变小的生命来。 这生命说到底也是大神和天地斗气的产物 -- 你天地不是要离我而去吗？我偏要你自动聚集起来。大神于是让生命把各种元素合成各种特殊分子，像氨基酸哪，核苷酸哪，脂肪酸哪之类的。这些分子又像纺线一样连接起来，再卷起来，绕来绕去，就形成生命体了。 弯弯绕似的生命便自动寻找各种小分子和含有可利用能量的分子，吃进体内，再将小分子组装成大分子，大分子再绕来绕去，搞出不少动静来。这就是书上所说的“新陈代谢”了。也许，大神造生命时，正和天地斗气呢，一不小心，造出的生命有些瑕疵。这生命一面组装大分子，搞出动静，一面就逐渐不中用了。等到这“生，老，病，死”一到头，已经组装起来的大分子就又降解成小分子，并分散开来，仿佛大神做了一阵无用功似的。 大神挠挠头，觉得不好玩，又想出一招，对着生命吹了一口仙气。于是，人就产生了。人受了大神的仙气，自然聪明伶俐。但人具有了聪明伶俐的品质以后，也产生了骄傲愚拙的毛病，忘了神造人的荣耀。过不了多久，一帮子人就要学着大神的道道，造起通天塔，妄想和神平起平坐。于是，大神不动声色地让人学会了不同语言。这人一但各说各的话，怎会齐心协力地干同一件事呢？通天塔自然是造不起来了。另外，人也忘了神的教导：不要自欺，神是轻慢不得的；人种的是什么，收的也是什么。也不知这人是咋整的，后来便开始夫妻反目，兄弟相残，动起刀兵来。大神观看着生命的表演，感到这日子没那么寂寞了。 现如今，使用人来表演这一招数已经百多万年了，人因为各说各的话也没啥长进，弄个鞭炮炸一下覆盖不了地球，放个冲天炮也很难飞出太阳系，翻来覆去就“吃，喝，玩，乐”，“尔虞我诈”几段折子。估计大神也快腻歪了。这大神的下一招又是什么呢？难道能像《白雪公主》里的最后一句："... ... and they lived happily ever after!"? 二. 正说生命 地球生命是具有多层次结构的高级系统。通过探讨各层次结构和功能特点，再汇总起来，有助于理解生命。 地球生命的基本构成是以，碳、氢、氧、氮、磷，为主要成分的元素组合（大于97%总人体构成[1]）。在这一层次上，构成生命的元素和空气，岩石，土壤，等一切有形物质中的相应元素没有差别；生命与其它物质的差别是这些元素组合起来，形成高级结构以后才产生的。这似乎让人领悟到，原本一样的个体，经过不同的组合，就产生了差别，因此，探索不同组合的内在规律就是理解宇宙构成的关键了。 这五种元素的组合中，包括三类特征性的生命分子：氨基酸，核苷酸，脂肪酸。氨基酸进一步组合起来就构成了生命的结构和功能分子：蛋白质。核苷酸聚集起来就构成了生命的基本信息贮备分子：（脱氧）核糖核酸（DNA/RNA，即基因）。脂肪酸聚集起来形成脂肪酸链，脂肪酸链（磷脂）最大的功能是为生命系统提供环境隔离条件。 基因如同生产各类产品的模具，产品就是蛋白质，二者的关系就像蛋和鸡一样。这就涉及到了关于生命之初的大争论。如果先有DNA/RNA的存在，基因指导合成各种蛋白质，在蛋白质基础上发生的生命就像是事先被设计好的一样，显然，相应概念如，生命设计者，造物者，神，大能，等就有了优先话语权。反之，如果蛋白质最早出现，生命在蛋白质和其它物质组合下逐步体现，生命就更像是自然发生的，逐步进化的；至于有了产品，再选模具，就像有了图案和文字，再选图章一樣简单，选木头章，铁章，或合金章，不过是后续过程而已。遗憾的是，这一争论并不如上面描述那样好解决，因为至今为止，人类还不知道氨基酸和核苷酸何者最先出现。 蛋白质，DNA/RNA，和磷脂，结合其它物质形成生命系统内的各种基本结构，主要有存在于水环境中彼此相关联的各种细胞器；磷脂膜将这些结构包裹起来，使内外环境选择性隔离开来；在这样的水环境的中心位置，磷脂膜又将DNA/RNA等结构也包裹起来形成细胞核；这样，生命的基本单位，细胞（细胞膜，细胞器，和细胞核），就形成了。细胞通过细胞膜与外环境持续交换营养物质，相应的细胞器再对输入物质进行合成/分解，并产生和利用能量，进而输出各种功能 -- 这即是广义的新陈代谢 --，基本意义上的生命活动就产生了。从这一基本生命层次看生命，生命无非是一种能够持续利用环境中的物质能量流，将小分子组合成大分子的自然存在。当生命活动终止后，组合成的大分子又会降解成为各种小分子。 生命的基本功能特征之一是其自组织特性。 生命最基本的自组织功能是能够自动而协调地完成生命活动。例如，原始单细胞生物遇到适合的结构能量物质时，会自动进行吞噬，胞内消化，营养成分扩散至全细胞产生代谢，代谢产物再被排出胞外；在适当的时候，个体细胞又会分裂出具有相似性质的子代细胞，使生命得到繁衍。又例如，人饿了，渴了，性饥饿了，就会去寻食，寻水，寻配偶。寻找到的各类饮食会经消化系统分解吸收，经心血管系统运输至全身各组织细胞，细胞进行新陈代谢后又将代谢产物返回血液，再经排泄系统排出体外；两性配偶之间，交配后产生子代以延续生命。这样，生命体就像一个自动器一样运行着。由此可见，即使如人体这样复杂的生命系统，也无非是增加了各种辅助结构以更高效，更大范围地维持细胞所必需的物质能量流。 生命进一步发展，又产生了有意识的自组织功能。意识即生命体感知自我和客体存在的能力。意识使高等生物，主要是人，能够主动反映各个层次的宇宙存在，预见事物的发展。因此，有意识的自组织功能使生命能够提前发现，组建，和改造环境，以便更多更快地利用和储备物质能量流。这样，生命活动的效率和范围就大大提高了。但是，由于意识作用可以有不同的目标和发展方向，又使有意识的自组织功能成为毁灭与发展生命的双刃剑：如果这一功能驱使生命对物质和人力资源无节制地占用和耗费，就会造成地球上的战争，杀戮，资源耗竭和环境污染；反之，使意识关注于宇宙时空，自组织功能促进生命在时空中的拓展与效益提升，生命就有了进一步存在和发展的希望。其实，从宏观上看，地球生命既渺小又可怜。由于生命完全依靠存在于地球上的元素，以致地球生命至今在最近的月球上都无法生存，更遑论太阳系，银河系，河外星系，以至整个宇宙了。进一步思考，地球生命要向宇宙发展，必要条件是能够自由和快速合成和转换生命所需元素；充分条件是具有类似时空穿梭机样的交通工具。 生命的基本结构特征是以熵减小为标志的，依靠物质能量流的持续输入所维持的有序系统。 熵是衡量体系混乱度的物理量。熵减小，表明该体系混乱度减小，即更加有序。比利时物理化学家普里高津先生（I.Prigogine）在其论文和著作中（如科普性读物[2]）提出耗散结构（Dissipative structure）这一概念。耗散结构是指，在开放系统中依靠能量流的输入和输出所维持的总熵值减小的有序结构。使用耗散结构这一术语的优点是强调这一类熵减小结构存在的必要条件是需要耗散，即需要能量流的持续输入与输出。生命存在正是这样的耗散结构，生命将分散，相对处于热力学平衡态的各种元素（营养成分）摄入体内，在物质能量流持续输入输出的基础上进行合成与转换，使生命体内部和所在周围环境相比，变得更有序（总熵值减小）；一旦物质能量流停止，生命运动也终止，生命体重新倾向于热力学平衡态。与其它耗散结构不同的是生命体是具有自组织功能的耗散结构，也即，生命体能够自动调整和发展自身的结构和功能，以适应和发展生命体和内外环境的关系。 有趣的是，已知物理学上的四种力（强，弱，电磁，和引力[3]）可以将基本粒子（能量？）聚合起来，形成地球生命能感知的物质。从耗散结构理论的观点来看，这已经是从混沌中产生了有序结构。当随后的能量流停止以后，这些相对有序的结构又以不同的熵增大速率逐渐回归混沌。这样的有序结构，尤其是熵增大速率很低的物质，如贵金属，就处于相对静止的有序状态。相比之下，生命体的有序结构的形成，完全不需要上述物质形成时所需的高温高压条件，只需在常温和水溶液中即可进行。显然，生命体的有序性的表现又不同于上述物质的静止的有序状态。这种由物质能量流所产生的效应又属于什么样的作用呢？仍能用四种力来解释吗？更大的挑战和刺激还在于人类能直接感知的宇宙有形成份，就目前所知，只占宇宙时空的极少比例，宇宙中绝大部分构成（大于95% [4]）是人类不能直接感知的暗能量和暗物质。暗能量和暗物质的相互作用和存在状态又是什么？ 这些讨论，既让人领悟到地球生命的奇妙，因为地球生命能够通过分析，推理，归纳出越来越深远的宇宙存在，预示生命发展的可行性；同时又令人感到宇宙的博大精深，地球生命发展到如今，在宇宙中也仅是沧海一粟，也可能都算不上。这样看来，地球生命确实应该共同一致地努力提升了。 综上所述，生命是以一定类别的元素为基本构成的，以自组织特性为基本功能特征的，依靠物质能量流的持续输入所维持的，有序系统。 [1] Textbook of Medical Physiology. Guyton AC and Hall JE. Ed (10th edition). Saunders Elsevier, Philadelphia, 2006. [2] 《从混沌到有序》（Order Out Of Chaos）.伊.普里戈金，伊.斯唐热著。曾庆宏，沈小峰译，上海译文出版社，1987） [3] A Brief History of Time. Stephen Hawkin. Bantam; 10th anniversary edition. 1998. [4] 暗物质：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9A%97%E7%89%A9%E8%B4%A8,2012. |
