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端午假期，用一个早上读完了一本科普作品《生物与非生物之间》。当然，假期的早上么，大约是……两个来小时，哈哈。 这是一本关于生命现象的科普读物，作者福冈伸一是日本青山学院分子生物学教授，是耕耘于分子生物学多年的学者。福冈教授的研究工作都是在世界一流的生物学研究机构完成，毕业于京都大学，曾在美国洛克菲勒大学和哈佛大学医学系任博士后研究员、京都大学副教授。他试图在这本书里结合自己的研究经历通过一种文学化的笔法梳理二十世纪以来生物学界对于生命现象认识的几个过程，是一部篇幅不长，但非常优秀的科普作品。 我在买这本书的时候并没有看到豆瓣上9.0的高分。我也承认，最初是冲着书中关于博士和博士后的犀利而有趣的吐槽而入手的。但是真正读下去之后，还是读到了一些有趣的信息，福冈教授轻松诗意的文笔和优秀的翻译也使得整个阅读过程变得流畅惬意。同时，结合我自己近几年来所做的关于生物的课题和研究工作，也有了一点想要分享的看法。 何为生命？ 人们对于生命现象本身的认知是远远滞后于其他科学技术的发展的。二十世纪前半叶，人们对于生命的定义是： “生命是一套可以自我复制的系统。” 这个定义当然是显然而便于理解的，细胞可以分裂，细菌可以增殖，任何我们见得到的生物都有着自发繁殖的倾向和行为，只不过形式不同而已。 然而这明显是一个针对性太强、范围太狭窄的定义。很快，病毒的发现就进一步推动了人们对于生命的认识。只能在宿主内完成复制和增殖、但脱离了宿主毫无生命迹象也丝毫无法自我复制的病毒究竟是不是我们认知意义上的“生命”？在很长一段时间内这都是生物学界争论的一个焦点问题。人们也并不知道我们所谓的“复制”究竟是以一种怎样的微观机制完成的。在本书中，福冈教授就认为“病毒并不是生物”，而关于生命的以上定义，当然是过于简单了。 直到1953年，剑桥大学的两位研究员沃森和克里克在《自然》杂志上发表了揭示DNA（脱氧核糖核酸）分子结构的经典论文，才开启了研究生物自我复制机制的新时代。DNA是遗传信息，即“基因”的载体，生物的自我复制行为是在DNA的“指导”下得以进行的，这种复制过程的物质基础是DNA特殊的双螺旋结构。
基于此，二十世纪后半叶，全世界数以千万的生物学家和研究者们一点点弄清楚了生物体在微观的细胞里实现自我复制的过程，以及每个我们能够“看”到的生物大分子在其中扮演了怎样的角色。可是这些结果更多的是一种庖丁解牛式的、还原论式的静态的信息，展示了越来越多的微观细节。而并没有从概念上，针对生命现象给出新的认识和解读。 早在1944年，身为物理学家的薛定谔（没错就是那个虐猫狂人薛定谔）在一本薄薄的著作《生命是什么》中，提出了一个有趣的问题： 为什么相对于我们的身体，原子的尺寸这么小？ 福冈教授认为，关于这个问题的认知进一步推动了我们对生命现象的认识。从统计物理的角度讲，任何一种“行为”，或者说“现象”，都是大量无规则运动的微小原子在一定条件下运动的平均状态的体现。参与运动的原子数量越多，则这种统计效应越显著，形成的宏观“行为”越清晰，就好像相机和显示器的分辨率一样，显色的点越多形成的图像越清楚。如果我们认为大量原子宏观上的“行为”是一种“秩序”的话，那么需要形成一个行为如此复杂、如此“有秩序”的生物体，比如说人，在统计上确实是需要如此多数量的原子的。薛定谔从物理的角度给出了一个新颖的理解，生物体并不是一个个已经成型的微观结构和分子，蛋白质、DNA、糖类、脂类等等的一种积累和组合，在微观的层面，生命的每一个组分、甚至每个原子都在进行着运动，都处于动态之中。这无疑是一种认识上的突破，生命现象并不是简单的一组原子在做着重复的复制，而具备更复杂的和环境的交互方式。
实际上在比薛定谔提出问题还早些的年代，已经有科学家通过实验证明了一个类似的问题，却并没有得到人们深刻的认识。鲁道夫·舍恩海默第一次用同位素标记的方法证明了，被小鼠吃掉的食物中的氨基酸，居然广泛地分布在小鼠的全身各个部位，肝脏、肾脏、脾脏、血清等等的细胞中。而有趣的是，小鼠的体重并没有发生变化。这意味着来源于外界的氨基酸是“替换”了机体原本的氨基酸，而不是仅仅被作为能量来源被消耗了！我们身体中的原子分子，每时每刻都在发生着更新和替换。由此，福冈教授重新定义了他所理解的生命现象： “生命就是处于动态平衡状态的流体。” 前些年有一个颇为文艺的说法在各大社交网站上流传：“七年时间，全身细胞都会更换一遍，所有难过和开心，都能重新来过。”。这里咱们不谈文艺的事儿，从科学的角度，确实到也没出框。 在书中，他用自己曾经做过的一个实验工作进一步地试图说明这个定义的意义。他们研究组发现，当小鼠的一个控制关于胰岛分泌消化酶的一种必须蛋白的基因被敲除后，小鼠在体内不再有这种蛋白的条件下，长大后却非常健康！并没有受到缺乏蛋白的影响。更有意思的现象在于，如果只是敲除了小鼠一部分控制该蛋白的基因而不是全部，小鼠长大后却体现出了致命的病态。 福冈教授解释到，所有生命现象的实现都是一个时间上的动态过程，如果恰好在一个“合适”的时间影响了功能的进行，生命体会用其他的实现方式来替代这种功能的缺陷；而如果这个破坏发生在特定的时间上，那么这个过程中产生的错误往往就很难被生命体自身的纠正。生命过程中的各种现象都是相互关联的过程，每时每刻，其中的原子、分子，都在找寻着一种精妙的动态平衡，正是这一个个不断在变化的平衡点，让生命体拥有了多姿多彩的形态、行为，拥有了作为生命的一切。 “名为生命的动态平衡系统始终保持着微妙的平衡，同时沿着时间轴，朝一个固定的方向不断折叠。生命无法倒退，每个瞬间都是完成态。” 福冈教授如是说。 “第一推动” 从知识的角度讲，福冈教授这本《生物与非生物之间》所讲述的更多的是过去几十年中非常经典的，关于生命基础现象的分子生物学知识。时间走到了21世纪的今天，这些知识已经非常成熟，大多也能在我们的中学课本中找到。作为一本科普读物，也不可能将很多尚不成熟的发现、观点、争论讲述得太多。从科学的角度来说，这本书并不是针对“生命是什么”这个问题最前沿的解答。 在近五十年的时间里，也有非常多的新解释涌现出来，化学起源说、RNA世界说，甚至是外来生命说，都试图解释这个“我们是谁？我们从何而来？”的终极问题。甚至我们再看书中福冈教授的定义“生命就是处于动态平衡状态的流体。”，都会让人觉得，这并不是个严格意义上的定义，而更像是一种描述。至今，在遍布全世界各地的实验室、研究所、大学中，科学家们还在孜孜不倦地探索着这个问题的答案。 在我读博士这几年里，一直在做的就是一个电气工程和生命科学高度交叉的研究课题，我也很有幸在美国著名的生物电研究中心学习工作了两年。就我自己目前浅薄的关于生命科学的认识，我觉得现阶段我们关于生命是什么的认识，多数还是对于已有生命现象的“描述”。也就是说，我们逐步搞清了蛋白质、DNA、RNA……这些各式各样的亚细胞大分子在各种生命现象中的功能和作用，但是还并不清楚，他们是为什么成了这个样子。因此，我们关于“生命是什么”的答案，最终还是要追溯到“生命从哪里来”这个起源的问题之上。福冈教授也说到，生命的每一个瞬间都是完成态，那么如果我们不探寻回去，就意味着我们始终看到的是一个“结果”，而不是“原因”。 我之所以如此设想，是因为当各种亚细胞大分子的功能被揭示后，我们惊讶地发现了一个自我耦合的现象，或者说，悖论。 我们都知道生命是通过各式各样的蛋白质来实现各种生物化学功能的，而蛋白质是通过记录在DNA上的基因来合成的，这些都是中学课本中讲述的知识。然而有趣的是，DNA的各种生命过程，比如复制、比如合成蛋白质的过程，恰恰需要特殊的蛋白质参与！换句话说，没有蛋白质，DNA就无法复制，一切生命现象也就无从谈起；而没有DNA，则蛋白质就是无源之水根本无法从氨基酸被合成。 这就是个典型的“鸡生蛋还是蛋生鸡”的悖论。 因此，如果没有完美地解释这个问题，我们关于生命体微观现象的探究最终都会卡在这个悖论之上。在这种图景里，生命的各种动态过程就像一个自我运动的机器，将其中的各种分子调动起来各司其职地运动着。那么，究竟是“谁”，启动了这个过程呢？ 这就是生命现象的“第一推动”的问题。 也正是由于这样的一个悖论，如果我们的研究工作不回溯到生命起源之初，那最后难免会落入“自我证明”的窠臼里面，并不能真正解决这个问题。 |
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