生命是什么？

連長明

“什么是生命？我們解剖了人體，卻沒有發(fā)現(xiàn)生命。什么是意識？我們解剖了大腦，卻沒有發(fā)現(xiàn)意識。生命和意識真的超過‘組成他們的部分之和么？我們對他們的尋找就沒有意義了么？”

1944年，英國著名的量子物理學(xué)家薛定諤出版了一本生物學(xué)著作：《生命是什么？》，從物理學(xué)角度分析究竟什么是生命，上述這段話就是其著作中提出的問題，這些問題直到今天仍然需要我們追索。

作為一名已經(jīng)深入到物質(zhì)最底層的量子物理學(xué)家，薛定諤覺得，物理學(xué)一定能對理解生命的本質(zhì)有幫助。他在這本書里試圖用物理和化學(xué)的基本知識，來了解和說明生命的現(xiàn)象。薛定諤認(rèn)為，生命是以原子為基礎(chǔ)組成，有排列次序的巨大有機(jī)體，而這有機(jī)體的運(yùn)作規(guī)則和描述，可用組成原子接近統(tǒng)計(jì)的整體行為來看。

生命為何要先組合成巨大有機(jī)體，小原子或分子當(dāng)生命有何不可？薛定諤闡述道，小分子的運(yùn)動(dòng)，除了自己的動(dòng)能外，還有環(huán)境的隨機(jī)力量推著，如布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散。有機(jī)體必須要大到一定程度，才能有精確的行為。如果生命不是大到可使其他運(yùn)動(dòng)力量足以被忽略的程度，那么，當(dāng)我問你要去哪里時(shí)，你可能會跟我說：“我會試著去街對面的小超市，但我不確定我能不能走到！因?yàn)槠渌α恳矔⑴c影響我往那個(gè)方向走?！?/p>

在薛定諤的時(shí)代，科學(xué)家還沒有完全理解遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么。人們還不知道DNA是長鏈條雙螺旋結(jié)構(gòu)，也不知道 DNA 的內(nèi)部組成成分，不知道遺傳物質(zhì)是核酸。當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件僅僅能識別染色體。

薛定諤注意到，生物學(xué)家會用X射線引發(fā)突變。他進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，X 射線能夠影響到的原子數(shù)量很少，也就是說，一個(gè)突變涉及的原子數(shù)量很少。但為什么卻會引起這么大的影響？X 射線照過去，就會讓果蠅要么長不出翅膀，要么沒有眼睛。

薛定諤推測，原子本身不可能帶有太多的信息，真正的遺傳密碼是在基因之中，遺傳性狀的穩(wěn)定性來自于基因的結(jié)構(gòu)。物理學(xué)家熟悉的晶體的結(jié)構(gòu)不可能是大量信息的載體，生命的密碼應(yīng)該是建立在非晶體的結(jié)構(gòu)之上。

薛定諤在本書中提出的另一個(gè)革命性觀點(diǎn)是“負(fù)熵”。按照熱力學(xué)第二定律，熵增是一定會發(fā)生的，熵增過程是一個(gè)自發(fā)的由有序向無序發(fā)展的過程，最終歸于熱寂。那么，生命為什么能夠做到從無序到有序，并能夠生生不息？

薛定諤認(rèn)為，生命體是處于一個(gè)開放狀態(tài)下，不斷地從環(huán)境中汲取“負(fù)熵”，這種“新陳代謝”使得有機(jī)體成功地消除了當(dāng)它自身活著的時(shí)候產(chǎn)生的熵。

在薛定諤之后，生命科學(xué)出現(xiàn)了分子生物學(xué)的革命，標(biāo)志是DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。分子生物學(xué)的出現(xiàn)，受到薛定諤等物理學(xué)家的極大影響。

《生命是什么？》發(fā)表年代距今已超過70年，當(dāng)年薛定諤雖精準(zhǔn)預(yù)測遺傳分子的運(yùn)作過程，但仍因?yàn)楝F(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)展而有一些疏漏，沒想到這本為非專家所寫的書，最后卻成為發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)、并導(dǎo)致分子生物學(xué)誕生的關(guān)鍵著作。這本書實(shí)在有遺傳研究上舉足輕重的地位。