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多数纯化后的生物大分子在一定浓度、温度、离子强度、酸碱度等条件下向体系能量最低的方向转化，在空间作三维周期性的规则排列形成晶体。正是蛋白质的α螺旋，DNA双螺旋等自然界精美的艺术品般有趣的晶体结构吸引和鼓舞着人们开启了分子生物学的大门，克里克和沃森当年就是受诺贝尔物理学奖获得者薛定谔在《生命是什么？》一书中关于遗传物质的“非周期性晶体（nonperiodic crystalline）”设想启发，从而发现了DNA的双螺旋结构。 
薛定谔（Erwin Schrdinger, 1887～1961）奥地利理论物理学家， 
1944年薛定谔发表《生命是什么》一书。
Watson J D 和 Crick F H C 与DNA双螺旋结构
自然条件下，生命体中的蛋白质、核酸、多糖、脂类等能够通过自组装（self-assembly）而呈现液晶态（liquid crystalline state）。液晶态是一种即具有液体的流动性和连续性，而其分子又保持着固态晶体特有的规则排列方式的特殊物质态，生物大分子的液晶行为与细胞和组织功能的表达有关。
生物大分子倾向于有序排列
人工合成牛胰岛素蛋白质晶体
生命系统中液晶态结构普遍存在，如细胞及细胞核、线粒体、高尔基体、液体泡和内质网都被一层液晶态的生物膜所包裹。由于生物液晶态特殊的微观结构，沿晶格的不同方向原子排列、化学键、离子键、疏水键、分子间作用力等的周期性和疏密程度不尽相同，导致生物液晶态结构在不同方向的物理、化学和生物特性的各向异性(anisotropy）。
细胞膜的流动镶嵌模型 由此可以推测细胞器、细胞质、细胞外基质均是由不同生物大分子通过自组装形成液晶结构组成，生命的基本单位细胞就是由不同的液晶结构组成的复杂体系（complex system）——“非周期性液晶结构(nonperiodic liquid crystalline construction)”。进一步，我们还可以把生物组织（tissue）理解为由类似的细胞通过自组织（self-organizing）形成的“非周期性液晶”结构。依次类推，生命个体就可以解释为由生物大分子层面、细胞器层面、细胞层面、组织层面、器官层面、系统层面的“非周期性液晶结构”组成的超级复杂体系。 
大脑海马区神经细胞排列
薛定谔设想遗传物质“非周期性晶体”中可以蕴含着巨量的信息在DNA双螺旋结构中得到了充分证实，另一方面，人们发现液晶态对外界的力、热、声、电、光、磁等物理环境等性能的变化十分敏感。那么，生命体中各层次“非周期性液晶结构”组成的复杂体系不但蕴含巨量的信息，还可以完成对物质流、信息流和能量流的有序组织，由此可以解释生命所呈现的信号传递、应激反应、新陈代谢、组织发生等许多奇妙的现象。
耗散结构为远离平衡态的开放系统，通过与外界交换物质和能量，可能在一定的条件下形成一种新的稳定的有序结构。
生物体是一种远离平衡态的耗散结构（dissipative structure），物理学采用“熵（entropy）”来描述系统的无序化或有序化程度，熵值减少就意味着系统的从外界输入“负熵（negentropy）”可抵消系统的熵值增长，从而维持和发展系统的有序化。生物体的“非周期性液晶结构”是一个低熵状态，这种状态的形成和维持需要从不断环境摄取负熵。
熵表示体系的混乱程度
生命活动使体内微环境处在动态过程中，机体细胞“非周期性液晶结构”对微环境中物理、化学和生物因素的变化反应十分敏感，当环境因素变化超过一定的阈值（threshold）就会引起液晶结构相变（phase transition），从而丧失对微环境信号的响应，破坏“非周期性液晶”有序结构造成熵增加。研究发现癌细胞生物膜的液晶相变可以使膜的各向异性有序结构转变为各向同性（isotropy）无序化排列，细胞膜的平滑特性也转变为凹凸不平的毛茸状态，使细胞间的相互作用减弱，从而破坏了细胞间接触抑制的调节机能。
a cancer cell
薛定谔认为“一个生命体要摆脱死亡，也就是说要活着，其唯一办法是不断地从环境中吸取负熵”。癌变是一个自发过程（spontaneous process），当癌细胞摆脱组织的控制成为自主生存的个体就需要建立自己的“非周期性液晶结构”，转变为寄生生存方式，从宿主内环境中汲取负熵，造成系统整体的熵增加。
液晶态并非生物体系的局部结构，由此可以推断：
1. 液晶态是健康生物体的基本结构，存在于一切组织中，如脑、血液、肌肉、腱、卵巢、肾上腺皮质和神经组织等均为液晶结构；
2. 液晶态决定一切生命现象，如新陈代谢、消化吸收、知觉、信息传递等；
3. 液晶态的相变决定了一切疾病的发生，如动脉粥硬化、镰刀细胞贫血症、胆结石、肾结石发生了液晶物质聚集沉淀、固体结晶析出等，癌细胞类脂相及凝集素蛋白质的液晶相变引起接触抑制消失、细胞融合等。
4. 生命与非生命的根本区别在于“非周期性液晶结构”，决定了生命复杂体系的高度有序性。
生命体的“有序化=非周期性液晶结构=巨量信息=负熵”，熵增意味“非周期性液晶结构”的破坏，意味着病变、衰老和死亡。 相关术语： 晶体（crystal）内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序。
非晶体（amorphous body）内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。
液晶（liquid crystal）是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。包括热致液晶和溶致液晶，分为向列相液晶，近晶相液晶，胆甾相液晶三种类型。
液晶相（liquid crystalline phase）具有高度不对称外形的有机化合物在一定温度和浓度时表现出的介于液态和晶态间的有序流体状态，又称介晶相(mesomorphic phase)。在液晶相中分子取向易受外界条件的影响而引起电性、颜色、透明度等变化。
热致液晶（thermotropic liquid crystal）由单一化合物或由少数化合物的均匀混合物形成的液晶。在高温时是各向同性的液体，低温时是各向异性的固体。
溶致液晶（lyotropic liquid crystal）是一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶，它广泛存在于自然界特别是生物体组织内。在溶液中溶质分子浓度处于一定范围内时出现液晶相，它的溶剂主要是水或其它极性分子液剂。这种液晶中引起分子排列长程有序的主要原因是溶质与溶剂分子之间的相互作用，而溶质分子之间的相互作用是次要的。
向列型（nematic）：分子呈棒状，分子的质心有长程的有序性，分子排列方式如同一把筷子。上下方向排列整齐，但沿前后左右方向排列可以变动并不规则。具有不易变形的棒状分子这种形态的化合物都能形成“向列型液晶”。它的分子成棒状，局部地区的分子趋向于沿同一方向排列。分子短程相互作用比较弱，其排列和运动比较自由，分子这种排列状态使其粘度小、流动性强。
近晶相（smectic）液晶内部包含许多棒状或条状的分子，它们有序排列成层，在每层中，分子的长轴相互之间是平行分布的。该长轴可以垂直于层面，也可以与层面倾斜成角。在同一层中，分子可以自由平移，体现了液体的流动性，但由于呈黏稠状，不允许在相邻层间移动。
胆甾相（cholesteric）：它的分子呈扁平层状排列，分子长轴平行层平面，层内各分子长轴互相平行（对应方向）相邻两层内的分子长轴方向有微小扭转角，各层分子指向矢，沿着层的法线方向连续均匀旋转，使液晶整体结构形成螺旋结构，使得该种晶体具有明显的旋光性、圆偏振光二向色性以及选择性光散射等特殊光学性质。
液晶相变（phase transition）：当外界条件（温度、压力、溶液性质等）发生改变时液晶物质会转变成无序的液体、固体沉淀、析出晶体，或转变为新的液晶状态。
生物液晶（Biological Liquid Crystals）：在健康的生物体系组织结构中液晶相广泛存在。人体组织如脑、血液、肌肉、腱、卵巢、肾上腺皮质和神经等就是由溶致液晶结构构成的，它们都呈现出光双折射的性质，这是液晶的特征。生物液晶与新陈代谢、消化吸收、知觉、信息传递等生命现象密切相关，细胞膜就是很好的例子。
肌肉纤维（muscle fibers）早就被认为是类似液晶的物质，它是由两种主要的肌原纤维-肌球蛋白和肌动蛋白所组成的丝。平滑肌与横纹肌之间在结构上的不同，类似于向列相与近晶相液晶之间的不同，在光学上它们都具有双折射现象。
胶原纤维（collagenous fiber）是构成眼睛角膜的主要组分，呈平行排列，形成厚度均匀的层状结构，每一层的斜断面排列成弧形或抛物线的圆形，相邻层之间的扭转结构显示出胆甾相-向列相液晶的共同特点。
感光体（photoreceptor）层状结构，是类脂和蛋白质的双分子膜所构成，因而与细胞膜一样，具有液晶态物质的特性，在临界温度磷脂双分子层双亲结构可以进行相转变，而对光、电、压力等外来刺激和化学环境的变化也十分敏感。
生物病变（pathological changes）：当生物某些代谢平衡受到干扰，变引起生物液晶遭到破坏引发了液晶相变，从而破坏细胞的功能，生物体即处于病态。如动脉粥硬化、镰刀细胞贫血症、胆结石、肾结石发生了液晶物质聚集沉淀、固体结晶析出等，癌细胞类脂相及凝集素蛋白质的液晶相变引起接触抑制消失、细胞融合等。 Margulis, Lynn. & Sagan, Dorion. (1995). What Is Life? Berkeley: University of California Press. Watson J D, Crick F H C. Molecular structure of nucleic acids[J]. Resonance, 2004, 9(11):96-98.
《癌图腾》老狼撰文，本文2011年9月首发于“干细胞之家”论坛
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