生命是什么

1、科学并不是完美的，也不是万能的。科学的发展本身就有其历史上的偶然因素。数学从几何学开始，是因为古代的人们要丈量土地。物理学从牛顿力学开始，也是因为我们作为人类，能够感知到的现象，首先是苹果落地、行星转动，然后，我们才开始去探索我们看不到的东西，比如电磁、原子、量子力学。我给学生讲课的时候，曾经告诉学生，你们不要觉得物理学天经地义就应该是这样的。设想人类不是像现在这样大，假设我们像细菌一样小，生活在别人的细胞里，却和人类一样聪明，那么，我们先发明的物理学会是什么，是牛顿力学吗？学生都摇头。我们先发明的数学会是微积分吗？学生也摇头。其实，这正是科学不断进步的原因。科学的进步是从承认自己的无知开始的，科学是从猜测开始的，并在发展中不断地修正自己原有的观点。这正是薛定谔的《生命是什么》给我们的启示。

2、生命形态是有边界的有形实体|Pixabay

3、你很熟悉的身体，其实是一个由人类细胞和非人类细胞的混合物组成的生态系统。我们自身有30万亿左右的细胞，但生活在我们身上和我们体内的细菌、古细菌、真菌和单细胞真核生物等不同群落的细胞总量远远超过这个数字。许多人还携带着比它们更大的动物，包括各种肠道蠕虫，生活在我们皮肤上并在我们的毛囊中产卵的八条腿的小螨虫。在这些与我们亲密无间的非人类同伴中，有很多都严重依赖我们的细胞和身体，但我们也依赖其中的一些。比如，内脏中的细菌会产生某些我们自身的细胞无法制造的氨基酸或维生素。

4、哥白尼觉得这套理论过于繁琐，他提出了“日心说”。“日心说”只是一种假说，而且并不能更好地解释天体运行，因为哥白尼假设天体运行轨道是圆形的，现在我们都知道，天体的运行轨道其实是椭圆形的。后来，丹麦科学家第谷观测了大量天体数据，他的助手开普勒利用这些数据，提出了我们现在熟知的行星运动三大定律。再到后来，牛顿认为，三大定律揭示的只是表面现象，还没有解释天体运行的本质。他认为，一个更基本的东西就是引力。牛顿提出的万有引力定律，把开普勒的三大定律做了更简洁的概括，把当时人们所能想到的力学运动都统一起来了。

5、引证：巴金《秋》四：“眼前是光明的，是自由的空气，是充满丰富生命的草木。”

6、有些生物学家就此得出结论，病毒的存续严格依赖于另一个生命体，这就意味着病毒不是真正的生命体。但我们还要记住很重要的一点：几乎所有生命形态，包括我们人类，也都依赖于其他生命体。

7、但不变的一点是，其作品背后的驱动力，始终是为了告诉读者，生物学是如何看待世界和影响世界的。

8、在某种程度上，人工生命包括生物学家在实验室中将两种及以上的已存在的生命形态组合在一起形成的新有机体，但是它也可以更抽象。

9、立铭本书起名《生命是什么》，有向偶像薛定谔的《WhatIsLife？》致敬之意。薛定谔的这部名著启发了分子生物学时代的许多科学名家，最出名的当属DNA双螺旋结构的发现者之一沃森。我想，立铭花如此多心思打造这一本中文同名著作的“野心”也在与此，他一定希望本书能启发中国下一代科学家在青少年时代就能领略到真正的科学思维。我至今记得自己在年轻时阅读薛定谔这本著作时对科学产生的懵懂而向往的情愫。我相信立铭也做到了这一点，因为即使中年如我，在阅读本书过程中脑子里也在不断蹦出新的问题：假设宇宙中另存一个物理上一摸一样的太阳系，该太阳系里的星球能进化出和我们地球一样的生命类型吗？人类出现在那里的机率是否可以通过德雷克公式推导出来？自称掌握了基因编辑这把上帝的手术刀的人类真的可以跳出自然选择吗？在生命产生初期，是否产生过不基于DNA传递遗传信息的生命形式而被筛选掉了？最早的产生的细胞里的基因组到底有多大？进化论是否是放之宇宙而皆准的生命法则？

10、在过去两年多时间里，王立铭一样逃脱不了这个困扰。理解生命的尺度差异巨大，我们在探讨“生命是什么”时，究竟该如何制定讨论的框架？挑选什么样的话题？遵循什么样的内在逻辑？

11、现代物理学的起源，是从观察天体开始的。好奇心是人类的天性，我们的祖先在远古时代就开始观测天象，并试图理解宇宙的秩序。早期的理论是“地心说”，即认为地球是宇宙的中心。但是，这一假说和一些观测到的天文现象不符，比如，在黎明和傍晚的时候，我们会看到金星会倒着往回走，从东方升起又再回去，如何解释这一现象？天才的天文学家托勒密修正了“地心说”，提出每个行星都在“本轮”上匀速转动，而本轮中心又在“均轮”上绕地球转动。这套理论较好地描述了天体运行的轨道。这就是在观测数据的基础上提出对原有理论的修正。

12、有机体究竟是如何挖掘这种负熵的？薛定谔无法给出答案。他只能给出如下建议：在生命系统中，“我们必须努力找到一种新的物理定律”。如今看来，这种极端的解决方式已经不必要了。

13、我想不出比这更优雅的解决方案了：这些线性碳基聚合物的多种布局既能生成化学性质稳定的信息储存装置，又能产生高度多样化的化学活动。我发现，生命的化学的这一面既极其简单，又卓越非凡。生命体将复杂的高分子化学与线性信息存储相结合的方式实在令人叹服，我推测，这个原理不仅是地球生命体的核心，也很可能是宇宙中任何地方的生命的核心构造。

14、HaroldUrey研究生命的起源。图片来源：USDepartmentofEnergy/SciencePhotoLibrary

15、好科普难写，中文世界的原创科普可以达到英文优秀科普著作高度的更少。我个人认为，立铭的作品是中文科普世界里凤毛麟角的存在。这部书的架构和逻辑在英文科普著作里也少见，可见立铭对此做过仔细推敲琢磨。好的科普书重要的作用不是科普知识点，因为知识早晚变得陈旧，重要的是普及科学的思维和判断方式。这一点读者应能从立铭讲故事的字里行间体会到，他总是努力地给读者展现精彩科学发现背后的内在逻辑，从推理到实验验证，丝丝入扣。

16、物理学家有一句玩笑，说在物理学家看来，所有的问题都是物理学的问题。薛定谔觉得，物理学一定能对理解生命的本质有帮助。

17、一切都是生命，也就是过程，过程基本都有三个阶段：发生、存续、消亡，其基本特点是：物质不灭(核反应除外，事实上这个也符合哥德尔定理)，但物质的结构发生改变(无论在哪个阶段)，所以所谓的生命(我们关心的)从逻辑上来看就是物质的结构。

18、我们是谁？我们从何而来，又将向何处去？这不仅仅是科学，甚至也是艺术，长久以来共同关注的“天问”，却至今没有一个确凿统一的标准答案。生命主题之宏大，之深刻，对于任何一个书写者都是不小的挑战。

19、“信息分子的错误复制可能是生命发生和演化的起源，这也因此造成了非生物化学向生物化学的转变，”Bada说。复制，特别是错误复制导致了具有不同能力的“后代”的产生，这些分子后代开始为了生存而互相竞争。

20、生命是什么？如果是对“生命”这个概念的解释，那么这可能是我们能想象的最难回答的问题之学术界也的确没有统一答案。但如果这是个开放的问题，我们便可以在很多有趣的维度解释并充分演绎。立铭此书便是要以一己之力从多个维度提取出最重要而又互相承接的维度，并在20万字里把《生命是什么》以层层递进的方式解析。本书的主题比起立铭前两部书更宏大而深刻，所以我称之为“野心”之作。

21、但是，储存在基因DNA序列中的信息不能一直处于隐藏状态而不发挥作用。信息必须转化为行动，以生成支撑生命的新陈代谢活动和实体结构。储存在化学性质稳定但相当无趣的DNA中的信息必须转化为有化学活性的分子：蛋白质。

22、但是，从更广的尺度上看，用某几种特定的化学物质来定义生命似乎不妥。我们目前所知道的生命可能都需要DNA或是RNA，但是谁说得准在地球之外会不会有某些生命是不基于DNA或RNA的呢？

23、《生命是什么？》精简凝练，易于理解。这本书诞生于二战的硝烟中，收录了1943年薛定谔在都柏林圣三一学院空前受欢迎的演讲稿。奥地利被纳粹德国吞并后，被迫流放的薛定谔受邀前往爱尔兰，协助创办了都柏林高级研究所(DublinInstituteforAdvancedStudies)。(今年9月，圣三一学院为了纪念演讲75周年，举办了一场名为“75年薛定谔——生物学的未来”的大会。)

24、生命应该运动吗?“那么冰冻的动物怎么算?”你也许会这么问。“那看上去可不是生机勃勃的样子。”许多复杂的生命体在经历冻融之后仍能存活(譬如人类的人工授精卵细胞以及摇蚊的幼虫)。理论上来说，用那种在原子力显微镜中使用的纳米镊子，我们也能一个分子一个分子地组装出一个冷冻生命体来。

25、特别是到了19世纪末，在检测了市面上能找到的数百种化学物质之后，英国科学家内斯特·欧福顿(ErnestOverton)发现，并不是把细胞丢在什么溶液里它都会像变戏法一样长大缩小的。各种各样的盐溶液都没有问题，但是如果换成脂类分子溶液(比如大家耳熟能详的胆固醇)，这种戏法就不灵了。那么根据上面的逻辑继续推论，我们还可以进一步猜测脂类分子也能自由通过细胞膜。这样在脂肪和水的环境里，细胞膜就像筛子一样，完全起不到“分离之墙”的作用，当然也就谈不上能控制细胞的大小了。在此观察的基础上，欧福顿天才地设想，这层薄薄的细胞膜可能是脂类分子构成的，特别是胆固醇和磷脂这两种脂类分子。

26、每当我感慨人类这些辉煌成就的时候，就常常被一个问题困扰，人类的生命是完美无缺的吗？当人们尽情展现人类壮丽的生命的时候，又不得不面对这样一个现实，人类生命并非完美无缺，事实上，健全与残缺一起，才构成了人类生命的全部。

27、因此，《生命是什么》这本书的切入角度，或者说分析的抓手就是“演化”。

28、乔治·丘奇：美国著名学者、现代生物学领域最重要的意见领袖之一。他是遗传学与分子工程学的双料专家，哈佛大学和麻省理工学院的双料教授，美国科学院与美国工程院的双料院士，学术研究与科技创业的双料成功者；而这一切的代价，就是要两个行政助理才能管理得过来、精确到分并塞得满满的日程表。

29、在逻辑上很容易想通这层薄膜的意义——它远比简单的一层屏障重要得多。

30、人工生命的研究可能最终会应用到更广泛的范围，甚至制造出与我们的期望大相径庭的生命。这类研究可能会帮助我们重新认识生命的定义。但是目前的研究者还没有走到这个阶段，Bedau说：“如何定义所有的生命形式暂时还不是让研究者操心的课题。他们可能会在喝啤酒的时候聊聊这个问题，但并不会把探究这个问题当作他们的工作。” 

31、今天我们都知道，DNA里藏着生命的密码|Pixabay

32、《生命是什么》是浙大生命科学研究院教授王立铭的第三本科普著作。这次大胆的尝试，既有来自他对理解生命的信念，也来自他对科学写作的自信。

33、生命体从开始孕育诞生以来，就潜藏着不完整与不完美的种种危险，残缺是自有生命以来就伴随着自然界的，也是自人类诞生以来就一直伴随着人类的。当生命还孕育在母体之内时，就已经受到遗传、疾病和外界环境的影响，潜在着残缺的危险性。当人出生之后，这些因素因为失去了母体的保护而变得更加直接和明显，残疾的危险性就更大了。因此，生命的美从来就是残缺的。

34、不同生命形式间的深度相互依存也反映在我们细胞的基本构成中。产生我们身体所需能量的线粒体原本是完全独立的细菌，它们掌握了制造ATP的能力。但在15亿年前，命运发生了一些意外的转折，有些线粒体细菌住进了另一种类型的细胞内。随着时间的推移，宿主细胞变得极其依赖这位入驻的细菌客人所制造的ATP，以至于让线粒体成了永久住客，成为细胞内的固定装置。这种互利关系得以巩固，很可能标志着整个真核生物系的开始。有了可靠的能量供应来源，真核生物的细胞就拥有了变得更大、更复杂的能力。反过来，这又促成了动物、植物和真菌演化出今天这般繁茂的多样性。

35、正如我们之前看到的，六次产业革命与相应量化技术的进展之间密切相关。再现复杂性可能就是现今这场革命的组成部分。同时，随着我们进一步了解生命的本质，它也将成为我们所由衷赞叹的一部分。

36、周东，译言东西文库专职译者，古登堡项目负责人。

37、我们正在这个镜像世界的创世故事中华丽登场……

38、这番简洁明了的总结确实概括了生物体的行为表现，但对于“生命是什么”，却算不上令人满意的解释。我想换一种思路。根据我们已经逐步理解的五个生物学的重要概念，我将总结出一套可以用来定义生命的基本原则。这些原则将让我们更深入地了解生命是如何运作、如何开始的，以及将我们星球上的所有生命联系在一起的关系的本质。

39、为此，薛定谔援引了另一位前量子物理学家德尔布吕克(MaxDelbrück)的实验，德尔布吕克通过高能辐射诱导基因突变，估算出基因的大小约为原子的1000倍。薛定谔认为这种尺寸过小，无法使其在统计波动的影响下继续保持这种“规律活动”(持久的遗传)。

40、这些发现立刻引发了完全不同的两种解读。在一部分人看来，地球生命可能就来自这些从天而降的陨石，考虑到早期地球经历了密集的陨石雨轰击，来自天外的生命物质很可能足够多，因此构成了地球生命的物质基础。

41、从生命的起源，到人类对自由意志的追寻，作者的文本写作一气呵成。这也是王立铭作品中最突出的特点，坚持以问题为驱动，层层递进，丝丝入扣，从而构建一个完整的封闭式的逻辑链条。

42、薛定谔在本书中提出的另一个革命性观点是“负熵”。按照热力学第二定律，熵增是一定会发生的，熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程，最终归于热寂。那么，生命为什么能够做到从无序到有序，并能够生生不息？薛定谔认为，生命体是处于一个开放状态下，不断地从环境中汲取能量，这种“新陈代谢”使得有机体成功地消除了当它自身活着的时候产生的熵。普利高津后来提出了“耗散结构”，试图解释无序如何能达到有序，但他的理论并不完美。这一机制到底是怎么作用的，我们尚未完全理解。

43、曾经人工生命只存在于科幻小说中，但是现在却已经成为一个成熟的科学分支。

44、薛定谔进而又提出，这种基因编码分子(薛定谔等人对基因编码分子是较大的蛋白质的观点持怀疑态度)的构型存在多种可能的形式，能够编码大量信息，这种形式的多样性可以提供细胞的“密码本”。虽然每个原子的位置都很重要，但模式却不会重复——薛定谔因此将分子形容为一种非周期性(不规则)固体。

45、如果是这样的话，那么单个基因突变是如何在分子水平上导致某种特定的宏观结果(如某种表型、可观察到的遗传性状)的呢？答案可能指向薛定谔的猫的幽灵——薛定谔在1953年提出这只猫的宏观生死取决于单个量子事件。

46、从行文风格也可以看出立铭是有人文情怀的作家，他的作品充满了积极对待未知世界的态度和一个更好未来的信念。这部作品的风格让我想起我最喜欢的法国科学大师、优秀的科普作家弗朗西瓦.雅克布(FrancoisJacob，1920-201965年因操纵子模型获诺贝尔奖)。他在1973年出版的科普著作《生命的逻辑》探讨的角度和思路与立铭本书有交相辉映之处。

47、PhilipBall带领我们重温这本提炼了现代分子生物学关键概念的著作。

48、作者又从普遍的能量使用方法中，推出了两个非常重要的基本概念——ATP及其合成酶。在王立铭的叙述中，关于它们的科学研究留下了不少科学家悲伤和无奈的故事，但到了结尾也有反转的惊喜。

49、对于地球生命来说，在生命体和周围环境之间存在着不言而喻的清晰界限。皮肤毛发包裹着人类的躯体，水里的鱼虾顶着闪闪发光的鳞片或者厚厚的硬壳，树木的躯干上也裹着斑驳嶙峋的树皮。很难想象会存在一种生命，和环境之间有着缓慢过渡的边界。就像我们看不到人体的内脏飞得满房间都是，也不会看到树木若有如无的魅影笼罩成了一片树林。

50、但科学家和哲学家们对此并没有一个非常明晰的概念。为了思考究竟是什么让生物为“生”物，他们足足花了几千年。从亚里士多德到卡尔·萨根，无数的伟人提出了一个个伟大的理论去定义生命，但是到目前为止没有一个理论可以说服所有人。或者说，我们并没有找到生命的“意义”。

51、这不是能量的问题(有机体的能量摄入和能量输出必须达到平衡，不然就会燃烧殆尽)，而是熵的问题(熵是衡量原子无序性的物理量)。热力学第二定律指出，熵在所有变化过程中一定会增加——但有机体却能躲过这种熵溶解。按照薛定谔的说法，有机体依赖“负熵”，通过负熵维持结构中的组织和细胞功能，同时将产生的热量传递到周围环境中。

52、 我不敢说生命是什么，我只能说生命像什么。

53、实际上，这样一种细胞膜不光是逻辑上容易理解、实验上得到了证明，它还非常容易形成。这最后一点对于解释地球生命的起源——也许包括宇宙许多生命形态的起源——非常重要。只要把一些具备类似油水兼具性质的分子放在水里，它们可以自发形成一层薄膜，包裹成一个空心球的形状。也就是说，只要在原始海洋里的某个地方，不管是终日喷涌的海底火山，还是狂风暴雨的海洋表面，某个化学反应能够批量制造出脂类分子，最早的细胞结构就可以自发形成，剩下的问题无非是怎么用这种结构把能量分子以及遗传物质包裹起来而已。

54、尽管我们和所有已知的生命形式都依赖于碳基聚合物，但我们对生命的思考不应该受制于地球上的生物化学经验。我们可以天马行空地去想象，宇宙中其他地方的生命以别的方式运用碳，甚或压根就不是构建于碳基之上的生命体。比如说，英国化学家和分子生物学家格雷厄姆·凯恩斯-史密斯(GrahamCairns-Smith)就曾在20世纪60年代构想了一种原始的生命形式，它会基于结晶状黏土颗粒进行自我复制。

55、进化本身虽然并非是从低级到高级，但复杂生命的产生却是长期进化的结果。生命进化漫长的历史中最杰出的产物毫无疑问当属人类的大脑。至此，作为神经科学家的立铭用整个下半部进一步展示大脑的功能：感知、学习记忆、社交，并由此一直讨论到哲学上都极有难度的更抽象的概念：我，自由意志。从视觉的神经解码，到语言的生物基础，再到多重人格症以及人工智能，这些精彩的故事呈现出一个已经非常精彩且在未来会更加精彩的科学世界。

56、夜晚，我们仰望满天繁星，当流星在天空划过一道美丽的弧线，我们不会想到，有一个只能用头脑工作的人，正在为揭开宇宙的奥秘而沉思；阳光明媚的日子，当我们泛舟湖上，在碧波清风中流连的时候，我们也不会想到，在幽深的湖底探寻的是一个身体截瘫的人。

57、诺贝尔奖获得者、遗传学家赫尔曼·马勒(HermannMuller)就没这么犹豫了。他在1966年用简单的一句话将生物单纯定义为“具有进化能力的东西”。马勒正确地指出了思考“生命是什么”的关键，就在于确立达尔文的通过自然选择进化的伟大思想。进化论是一套机制——事实上也是我们所知的唯一机制——能在不借助超自然的造物主的情况下，产生出多样的、有组织、有目的性的活的实体。

58、当然，很多人都试图回答这个问题。薛定谔在1944年出版的极富先见之明的著作《生命是什么》中，阐述了他对遗传和信息的看法。他提出了“生命密码”的构想，现在，我们都知道那就是写在DNA中的信息。但在书的结尾，他暗示了一种近似活力论的结论：要真正解释生命是如何运作的，我们可能需要一种全新的、尚未被发现的物理法则。

59、然而，尽管硅在地球上的含量远远高于碳，地球上的生命却是基于碳的。这或许是因为在地球表面的现成条件下，硅不像碳那么容易与其他原子形成化学键，因而不能为生命制造出足够的化学多样性。不过，如果在假想地外生命时彻底排除硅基生命，或完全基于其他化学成分的生命，觉得它们不可能在宇宙中其他地方的不同条件下茁壮生长成生命体，就太愚蠢了。

60、朊病毒几乎被认为是“生命”。图片来源：AlfredPasieka/SciencePhotoLibrary

61、从某种意义上说，每一个细胞都可以看作一个有着自己独特生活经历和命运的生命体。祖先细胞的DNA分子完成自我复制后各奔东西，携带着祖先的记忆，伴随着细胞本身一分为完成生命的繁衍复制。在每一个细胞内部，能量货币ATP驱动着各种各样生命活动的进行，它让红细胞能够吸满氧气在血管里畅游，让神经细胞释放高高蓄积的离子水位产生微弱的生物电流，让草履虫的纤毛轻轻摆动，让大肠杆菌修补外壳上破损的脂多糖。而到生命的尽头，细胞或因为外敌的入侵不幸罹难，或按照自身的生命密码启动了自杀程序，曾经辉煌壮丽的生命大厦轰然倒塌，曾经严整有序的形态、结构和生物分子慢慢破损消亡。

62、再现复杂性同时也解决了像骡子(一种由公驴和母马交配诞下的无生育能力的后代)这类生物所面对的尴尬：它们显然是生命，但由于无法生育因此欠缺了一条关键的生命特征：自我复制。

63、话说回来，要说服大家相信一个看不见摸不着的东西仅仅因为逻辑上的理由就必须存在，确实还是需要些勇气的。读者们可能会想到一个类似的例子：物理学中“以太”的概念。而且别忘了，以太的概念最终被证明是多余的。所幸从18世纪开始，生物学家们观察到了一个很有趣的现象：把动物红细胞从血液里提取出来，丢进各种各样的溶液中，如果溶液里盐分很足，细胞会缩成一小团；如果溶液里盐分很少甚至没有，细胞又会肿胀得很大。这个现象当然可以有各种各样的解释，但是最简单的解释就是把细胞想象成一个薄膜包裹的盛水口袋，水可以在薄膜两边自由地流动，但是盐分子不可以。如果外界环境盐分太足，就会形成外高内低的盐浓度差，也就是说，内高外低的水浓度差，因而水会顺着这种浓度差，从里往外渗出来，让口袋变小；反过来水就会渗进口袋。

64、科学研究从来就不是一蹴而就的坦途，曲折反复、浴火重生是常态。但是无论如何，从知道有一层逻辑上必须存在的膜，到搞清楚这层膜到底是什么，三百年还是太长太长了，长到在对科学史盖棺定论的时候，我们必须为此给出一个合理的解释。

65、迷信认为生来就注定的贫富、寿数等：天命。命相(xiàng )。命运(迷信指生死、贫富和一切遭遇；喻发展变化的趋向，如“人民一定能掌握自己的命命”)。

66、作者：冰心(谢婉莹，1900年10月5日－1999年2月28日)，福建长乐人，中国民主促进会成员、诗人、现代作家、翻译家、社会活动家，被称为"世纪老人"。1919年8月，冰心在《晨报》上发表了第一篇散文《二十一日听审的感想》和第一篇小说《两个家庭》。1923年，陆续发表总名为《寄小读者》的通讯散文，成为中国儿童文学的奠基之作。1946年，在日本被东京大学聘为第一位外籍女讲师。1999年2月28日21时12分，于北京逝世，享年99岁。

67、但是，他们的残疾之躯同样展现着生命的活力，他们的思想同样闪现着智慧的光芒。人的生命的潜力是多么巨大，残疾带给人的痛苦也许远远超过其他困境带给人的痛苦，我想，残疾人甘愿忍受痛苦。展示自己生命力量的欲望，或许是健全人所难以想像的。

68、现在，生命科学正在经历第三次革命。这次革命最大的特点是：生命科学和物理、化学、工程不再是简单的交叉，而是我中有你、你中有我，共同发展，共同驱动。

69、引证：老舍《骆驼祥子》九：“正和一切的生命同样，受了损害之后，无可如何的只想由自己去收拾残局。”

70、“我认为，‘生命’从根本上就不会有一个精准的定义，但是我们依然有一些可以瞄准的目标。”在南丹麦大学研究人工生命的SteenRasmussen说。来自世界各地的团队都在研究PMC模型中的各个单独组分，并把它们放入系统以研究其性质。但是目前为止，没人可以将这些组分装配起来，成为一个有综合功能的生命形式。

71、但镜像生命不是天马行空的妄想，它是一种真实的可能性。为了让你信服，我会告诉你如何才能将它变为现实。不过在一开始，我们需要先对生命本身的复杂性有一个更加深入的认识。

72、“如我们所知，生命建立在碳基聚合物的基础之上。”斯克里普斯海洋研究所的JeffreyBada说。这些聚合物就是核酸(DNA的组分)、蛋白质和多糖，构成了现在丰富的生命。

73、薛定谔的负熵说暗示我们，生命是开放系统里打破平衡的秩序的集合，而DNA密码只是维系生命机制的一部分。可惜的是，薛定谔并未触及物理学家西拉德(LeoSzilard)在麦克斯韦妖上的研究成果，西拉德的思维实验揭示了如何借助看似宏观统计噪声的分子水平信息来降低熵的混乱程度。

74、预测外星生命也是一个棘手的任务。大多数的研究者，包括爱丁堡大学的英国天体生物学中心的CharlesCockell和他的同事们，都在通过地球上可在极端环境下生存的微生物来研究外星生命。他们认为，外星生命生活的环境可能会与我们迥然不同，但它们仍然很可能与地球上的生命共同拥有着生命的某种关键特征。

75、这个设想一举解决了关于“分离之墙”的两个问题。大家都知道“油水不相容”，这是因为水分子带有强烈的极性，它的氧原子上带有强烈的负电荷，氢原子上则带有正电荷，因此水分子之间能够通过正负电荷的吸引形成稳定的结构。与之相反，大多数脂类分子的电荷分布很均匀，一旦放入水中，不仅不能和水分子形成电荷吸引，反而还会破坏水分子之间的稳定关系，就像把玻璃弹珠扔进一堆方方正正的乐高玩具一样不合时宜。因此脂肪分子不溶于水，而且在水中还会自发聚集成团，尽可能减少表面积，减少暴露在水分子面前的机会。这样一来，由脂类分子构成的膜当然就不会在水中分崩离析，而且天然地形成致密的结构，包裹住细胞内的生命物质。

76、人工智能可能是某种不同寻常的生命。图片来源：SciencePhotoLibrary

77、我还想提到一个鲜为人知的人，最近我在《德国》杂志上见到了他。他就是德国探险家约享·哈森迈尔。哈森迈尔七岁时在父亲的书柜里发现了一本《与珊瑚和鲨鱼作伴》的书，他入了迷。十年以后，他开始了洞穴探险的生涯。后来，他发现了二百多个洞穴和洞穴的延伸，并受法国政府的委托在地中海进行了水下探险。不幸的是，有一次他受美国电视公司委托在奥地利的沃尔夫冈湖底拍摄时遇险，身体高位截瘫。

78、动植物的生活能力：生命。救命。逃命。拼命。命脉。性命。相依为命。

79、经历了40多亿年的时间，演化历史上的许多重要事件早已灰飞烟灭，“但今天每一种地球生命的体内都蕴藏着来自古老祖先的遗传信息，都记录着过去几十亿年地球气候环境变迁的历史，以及对生物特征的修饰和筛选”。在王立铭看来，把其中的要点解析出来，就能找到他想阐释的地球生命现象的底层逻辑和普遍规律。

80、这时高特和格兰戴尔又想起了欧福顿理论中一个总是被人忽略的小细节。欧福顿预测，细胞膜的物质成分是磷脂和胆固醇，而这两种脂类分子都有一个异乎寻常的特性：分子骨架的绝大多数地方都是电中性的，因此天然排斥水分子。但是两种分子的顶端却恰好都有一个带有电荷的“头”，因此是可以和水分子亲密结合的。也就是说，这两种分子兼具了油和水的性质，头像水，尾巴像油。这样一来，这个双层膜的现象就很好解释了。两层膜对称排列，都是头朝外，尾巴朝内，那么分子骨架上电中性的部分被完全隐藏在了内部，而分子头部带电荷的部分又可以用来结合水分子，一举两得。这样的结构，甚至比单纯用脂肪分子堆积一个实心小球还要稳定！

81、但是这些化学物质是没有生命的。只有它们开始进行一些特别的活动，例如排泄，或者自相残杀时，我们才会认为它们是生命。那这些化学物质需要什么条件才能一跃成为生命呢？Bada的答案出人意料。

82、引证：郑观应《盛世危言·学校》：“所拘者又复高谈性命，衍说仁义，细析毫芒，而至于钱谷财赋之事，茫然罔晓也。”

83、生命体能将复杂的高分子化学与线性信息存储结合在一起|Pixabay

84、2010年，科学家发现，有一些微生物DNA中的磷可被砷取代(DNA为脱氧核糖核苷酸链，其中核苷酸中含有磷元素，其中磷氧键参与核苷酸连接成长链核酸)，这一发现令天体生物学家非常激动。这些发现虽然后来受到了质疑，但无疑激励了很多尝试寻找不符合传统规则的生命的科学家，很多人还是会继续抱有希望。

85、这是个大问题。我在学校得到的答案是生物必考题MRSGREN清单之类的东西——生物体会表现出如下特征：运动(movement)、呼吸(respiration)、应激反应(sensitivity)、生长(growth)、繁殖(reproduction)、排泄(excretion)和吸收营养(nutrition)。

86、而在过去的一百年间，定义生命甚至变得更加困难了。一直到19世纪，主流说法都认为，生命区别于非生命的因素，就在于无形的“灵魂”或是“精神”而不同。但目前科学界已经抛弃了这一理论，因为有更为科学的观点取代了它。例如，美国航空航天局(NASA)就把生命定义为一种“符合达尔文进化理论并且可以自我维持的化学体系”。

87、生命科学和物理学有什么共通之处？既然生命体系是大自然的一部分，那就逃不掉最基本的物理定律。蜻蜓的翅膀和波音747的翅膀同样符合流体力学原理。菠萝、向日葵和松果都有螺旋圈，而这种螺旋圈都符合斐波那契数列规律，暗合黄金分割的美学原理。细胞里的内质网(endoplasmicreticulum)，是一种遍布于整个细胞内部的膜状网，连接并围绕着细胞核。科学家发现，内质网的结构很像是为了多停车辆而建造的螺旋型多层停车场。按照微分几何的描述，这种结构能使能耗最小化，而且还更稳定。

88、引证：《二十年目睹之怪现状》第八十回：“生命注定的何必去寻。”

89、　　要记住：不是每一道江流都能入海，不流动的便成了死湖；不是每一粒种子都能成树，不生长的便成了空壳!生命中不是永远快乐，也不是永远痛苦，快乐和痛苦是相生相成的。等于水道要经过不同的两岸，树木要经过常变的四时。在快乐中我们要感谢生命，在痛苦中我们也要感谢生命。快乐固然兴奋，苦痛又何尝不美丽

90、生命是什么？关于这个问题，不同的人给出了不同的回答。信徒以为生命是上帝的作品。文学家以为生命是情感的载体。化学家认为生命是一系列化学反应，早期的生物学家并不追问生命的本质，他们关心的是生命是如何进化的。如今，分子生物学家会把生命的基石理解为一系列基因和蛋白组。

91、七指生物学上认为生命是蛋白质存在的一种形式。

92、这些评价虽然稍显无情，但并非无稽之谈。那么，这本书为何能在当时产生如此大的影响呢？修辞理论家LeahCeccarelli认为这主要归结于薛定谔的写作风格：薛定谔成功地把物理学和生物学这两门科学联系起来，且没有偏向任何一方。

93、——以上内容节选自《再创世纪——合成生物学将如何重新创造自然和我们人类》

94、问题是，从氨基酸到更复杂的蛋白质、RNA、DNA的过程就不那么自然而然了。是什么驱动力让它们从混乱的状态中产生秩序，好将大厦的材料组装起来，保持稳定的结构？答案是能量。

95、这就是物理学发展的一般规律：先做观测、积累数据，然后提出假说。假说可能是粗糙的、表面的，但是，随着数据越来越精确、越来越丰富，会出现更加简洁、深刻的理论。在这一过程中，新的分析工具也会被开发出来，比如，牛顿就发明了微积分。

96、自上世纪30年代以来，生物学从一门偏描述性的科学逐渐发展成一门探索机制的科学。正是因为许多像遗传学家摩尔根(ThomasHuntMorgan)的果蝇实验之类的研究，科学家开始从基因传递的角度去理解遗传，把基因看作染色体上的大分子。

97、如果把生命比作一座大厦，那么构成大厦砖头瓦块的就是氨基酸、蛋白质、RNA、DNA等物质。氨基酸是地球物质最重要的基础，米勒的烧瓶实验尚且可以轻易地造出它们，意味着想要得到这些生命的原材料还不是太难。

98、前些时，我读了几本史蒂芬·霍金的书。这位英国剑桥大学的著名学者，却是个患有脊髓侧索硬化症，已经完全失去了行动自由和生活自理能力的人，甚至连说话也只有他的秘书才能听懂。而正是这样一个严重残疾的人，用他的意志、毅力和智慧，顽强地在深奥的天体物理学领域里探索着，他那无懈可击的计算、精确的推论，常常与实验观察数据惊人地吻合，这使他的理论建立在科学的基础之上，也使他本人成为国际上有影响力的学者。

99、对此，薛定谔提出可以从量子力学的角度解释这个问题。分子中的原子通常以多种方式稳定排列，且每种构型都有对应的能量，这也是薛定谔对不同等位基因的设想。不过，其间的“量子跃迁”通常受到高能垒的抑制。

100、薛定谔是一位物理学家。他希望从物理学的角度去理解生命是什么。为什么薛定谔认为物理学能够对理解生命的本质提供独特的启发？这要从什么是物理学讲起。

101、即便如此，很多人工生命研究者依然在利用我们所知的关于地球上生命的知识来进行他们的研究。Bedau说，这些研究者所用的叫做“PMC模式”——其中P指程序(program，如DNA)，M指代谢(metabolism)，C指容器(例如细胞壁)。“值得注意的是，这不是通常意义上的生命的定义，只是一个最小化学生命的定义。”他解释道。

102、许多人将生命理解为一种全或无、非黑即白、非正即反、非此即彼的现象，泾渭分明毫无重叠。然而，让我们来设想这样一种可能性：生命或许是一种连续的、可标准化、也可度量的属性。同样的，许多思想家也试图将生命奉为“复杂性的巅峰”。但让我们试着将这句话中的“复杂性”换成“再现复杂性”(replicatedcomplexity)或是“互信息”(mutualinformation)吧。两张由大量随机分布的墨点所组成的图像看上去可能同样复杂，相似之处与不同之处一样多。同样的，两块石头的原子排布形式也许看起来也是一样的复杂。但是如果我们看到的是呈镜相对称的复杂墨点，譬如罗夏墨迹测验［1］中的图案，抑或是一块“有生命的石头”(生石花［2］)，我们就会产生这样一种感觉：这么多信息应该不是通过一种可预测的方式从上一张到下一张、从上一片叶子到下一片叶子、或者从每一片叶子中的上一个细胞到下一个细胞这样复制或传递的。两种复杂的随机图案可能是无机无生命世界的一个微不足道的产物，但两种看起来几乎近似的复杂范式则往往是生命的一个标志。