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生命到底是什么?

 成靖 2019-07-28

生命是什么,这个题目很大。文艺一点的诠释,生命是春天的芳草,是绚烂的夏花,是静美的红枫,是白雪覆盖下的种子。西方宗教认为,生命是造物主创造的主宰世界万物的精灵。

古代中国对于生命科学的理论概括为“水、木、火、土、金”五大元素,即阴阳五行学说,用于解释自然界中生命现象和相互之间相生相克的关系。

然而,从科学意义上,尤其站在现代分子生物学的角度,在大量生物基因组草图被绘出的今天,要回答生命到底是什么这个问题仍不容易。

科学家已经部分地知道某些分子机器、新陈代谢循环、遗传路线和膜生物合成的方法,可是他们仍不清楚某一个自在活泼的生命细胞是如何活起来的。

就现代生物学来说,对生命是什么的基本理论的认知,正在开创一个广义生物学的时代,而不仅仅限于我们唯一知道的地球生命。

科学家已经发现了生命的DNA分子结构,并认识到它起着遗传密码的作用,也预见了生命秩序的起源。中科院院士、清华大学分子生物学专家施一公教授,近年来在结构生物学方面做出了有国际影响力的成果。他在国际权威《自然》《科学》等学术刊物上撰文多篇,致力于用结构生物学从本质上解释生命的真相,也是国际前沿科学研究的目标之一。

生命,也许就是生物化学系统,它即能自我复制,也可进行能量循环。例如它可以是6个核苷酸的一段DNA,激发两段3个核苷酸的序列结合,转变为与原来一样的6个核苷酸的DNA,实现生物分子结构的自我复制。其过程中的能量循环可以是通过化学过程来实现的,这是实现热力学能量循环的分子发动机的例子之一。

生命,或许还是细胞分裂复制做热力学功的过程。细胞就通过能量释放和做功过程,完成了大概的自我复制。一个细胞分裂为两个、四个…以致成千上万个,最后形成一个生物圈,产生有组织繁衍的链式模式。繁衍的过程伴随着初始生命的意义。

然而,达尔文的观点是,我们必须在整个环境中去认识生命。生命的产生,在特殊环境下才有意义从而被选择,即所谓的预适应性。适应性才使得生命出现了细胞分裂、发芽、光合作用、呼吸、视力、听力等等可以想到的一切。

与宇宙的演化一样,隐藏在生命中的过去与未来的时间箭头既不会逆转也不会重复。假设200个氨基酸的蛋白质数目,因为有20种氨基酸,那么蛋白质的所有可能的数目就是20的200次方,即10^260。

而现在已知的可观测宇宙间的粒子数大约是10^80。从130多亿年前宇宙大爆炸以来是否造出了所有可能的蛋白质。科学家认为,快速的化学反应需要1飞秒(即10^-15秒),于是自大爆炸以来在1飞秒时间尺度上可能发生碰撞的粒子对的数目为10^80x10^80x10^33,等于10^193。这是个大数,但与200个氨基酸的蛋白质数目10^260相比,仍是微不足道的。

这意味着,即使宇宙的一生除了造蛋白质外什么都不做,也要重复10^67次才可能造出所有可能的200个氨基酸的蛋白质数量。因此,在生命的有机分子的复杂性水平上,宇宙在极大程度上是不重复的。生命细胞的分裂复制和繁衍的行为也是如此。

说了那么多,生命到底是什么?迄今为止,科学家还不能给出生命的充分的定义,不过他们已经发现了科学定义生命的众多线索。

(谢谢阅读)




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