讀“生命之謎”的感悟

摘 要：本文通過(guò)對(duì)經(jīng)典科普書(shū)籍《從一到無(wú)窮大》第9章內(nèi)容的閱讀，從組成生命的最小單位，即細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，到它的生長(zhǎng)、繁殖的特征，逐步解開(kāi)“生命之謎”。通過(guò)閱讀悟出的道理是：不僅要獲取知識(shí)，還要理解這本書(shū)的知識(shí)靈魂，即提倡科學(xué)實(shí)驗(yàn)，尊重實(shí)驗(yàn)得出的客觀事實(shí)，并且敢于臆測(cè)的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：活機(jī)體;細(xì)胞;染色體;遺傳;基因;事實(shí);臆測(cè)

“生命之謎”是美國(guó)人G.伽莫夫所著《從一到無(wú)窮大》書(shū)中的第9章。該書(shū)由著名翻譯家暴永寧譯為中文版，被譽(yù)為是20世紀(jì)的經(jīng)典科普讀物，值得一讀！

人體由系統(tǒng)組成，系統(tǒng)由器官組成、器官由組織構(gòu)成，組織則由細(xì)胞構(gòu)成。細(xì)胞也被稱為“活機(jī)體”，是具有某個(gè)生物的特性，構(gòu)成該生物的最小單位。

通過(guò)書(shū)中給出的比較，我們可以了解細(xì)胞大小的概念。一個(gè)成人是由幾百萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞組成的。小一些的生物，例如螞蟻，也是由幾億個(gè)細(xì)胞組成的。

細(xì)胞繼續(xù)可分，它的構(gòu)成是怎樣的呢？一個(gè)有代表性的細(xì)胞是由具有相當(dāng)復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)的半透明膠狀物質(zhì)，即原生質(zhì)構(gòu)成。原生質(zhì)的外邊，對(duì)于動(dòng)物是由一層薄而又柔軟的膜，對(duì)于植物則是由一層有足夠厚和硬的壁包著。每個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有一個(gè)球狀物，即細(xì)胞核。

細(xì)胞的奇妙之處是：作為生物的最小單位，它具有從周?chē)镔|(zhì)獲取物質(zhì)的能力，并能夠使這些物質(zhì)成為自己的所需，達(dá)到自身的生長(zhǎng);當(dāng)它的體積變得足夠大時(shí)，又進(jìn)而能分裂成兩個(gè)細(xì)胞，即繁殖。

細(xì)胞核上面的網(wǎng)狀組織形成的一種絲狀或者棒狀的東西，稱為染色體。使我們感到神奇的是：一切物種細(xì)胞內(nèi)染色體的數(shù)目都是偶數(shù)，構(gòu)成完全相同的兩套，一套來(lái)自父體，一套來(lái)自母體。來(lái)自雙親的兩套染色體決定了一切生物的復(fù)雜的遺傳性質(zhì)，并且世世代代相傳下去。

在生殖過(guò)程中，來(lái)自雙親的兩個(gè)配子發(fā)育成新的生命，雖然不完全一樣，但不會(huì)生成別的物種，這就是遺傳。每一個(gè)新的生命都從父母那里各自得到正好半數(shù)的染色體。作為物種的大同之處，一定是在父母雙方的染色體中都具備的，而單獨(dú)個(gè)體的小異之處，一定是單方面得來(lái)的。研究這些特性及其世代延續(xù)，是新興的基因?qū)W的主要課題。

文章以大家熟知的色盲缺陷舉例，說(shuō)明遺傳問(wèn)題。其中：色盲丈夫和正常妻子的情況，與正常丈夫和色盲妻子的情況，因雌性細(xì)胞中有兩條X染色體，雄性細(xì)胞只有一條，另一條是Y染色體，所以結(jié)合后子女成為色盲的概率很低。像色盲這樣需要一對(duì)染色體全部有了改變才能表現(xiàn)出來(lái)某種后果的遺傳性質(zhì)，叫做“隱性遺傳”。通過(guò)舉例，深入淺出地告訴讀者，遺傳有一定的規(guī)律性，可以通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算。也就是說(shuō)，遺傳的規(guī)律可以通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，并由數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)來(lái)發(fā)現(xiàn)和歸納。

遺傳除了有顯性和隱性這兩種非此即彼的遺傳特性之外，還有中間型的一種，文中以花的“顏色染色體”為例說(shuō)明：如果花的兩條染色體相同，花的顏色就會(huì)是純紅或純白;如果一條是紅的，另一條是白的，是開(kāi)出粉色的花朵。而下代花的顏色分布，在白色和粉色花的下一代，含有各50%的粉花和白花，但是不會(huì)有紅花;同樣，從紅花和粉花可育出一半紅花和一半粉花，但是不會(huì)有白花。

即使用最大倍數(shù)的顯微鏡，觀察到所有基因的外表幾乎都是相同的，它們的不同作用深深地隱藏在分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的某個(gè)地方。在觀察中，一定要有對(duì)事實(shí)的判定。例如：某兩種染色體發(fā)生改變的情況下，總是一起發(fā)生或者消失，因此我們判定說(shuō)它們所對(duì)應(yīng)的基因在染色體中是近鄰;相反，經(jīng)常分開(kāi)出現(xiàn)的性質(zhì)，它們所對(duì)應(yīng)的基因一定處在染色體中相距很遠(yuǎn)的位置。所有這些，都是在告訴讀者：要想了解每個(gè)基因的“生活目的”，就要細(xì)心研究動(dòng)植物在一代代的繁衍中各個(gè)遺傳性質(zhì)的傳遞方式。

基因是決定生物一切性質(zhì)的組織中心，那么，基因本身又是什么？基因是生命物質(zhì)的最小單位，基因具有穩(wěn)定性，而且構(gòu)成基因的原子數(shù)量不是很大。有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)之間那個(gè)過(guò)渡的環(huán)節(jié)（活分子），看來(lái)就存在于基因之中。

該書(shū)在解釋“生命之謎”時(shí)，還使用了量化方式。例如：決定生物一切性質(zhì)的組織中心到底有多大的答案是：把染色體的體積，除以它所包含的基因數(shù)目。并由此得出結(jié)論：每個(gè)單個(gè)基因一定是由100萬(wàn)個(gè)原子組成的。

同時(shí)，認(rèn)識(shí)事物需要有“臆測(cè)”：可以把基因設(shè)想成由周期重復(fù)的原子團(tuán)組成的長(zhǎng)鏈。由這樣的設(shè)想，生物化學(xué)進(jìn)展到能確切以“手鐲”的式樣畫(huà)出遺傳結(jié)構(gòu)了。實(shí)驗(yàn)表明：一條染色體所決定的遺傳性質(zhì)竟有幾千種之多。對(duì)于基因，科學(xué)家們通過(guò)不斷地臆測(cè)，發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的規(guī)律。例如：生物體中遺傳性質(zhì)的自發(fā)改變總是以不連續(xù)的跳躍形式發(fā)生，叫做突變。

我們認(rèn)識(shí)自然需要借助于工具。使用顯微鏡作為工具，可以放大觀察并確認(rèn)許多客觀事實(shí)。例如：經(jīng)普通顯微鏡就可以查明，傷寒病是一種3微米長(zhǎng)，1/2微米粗的桿狀細(xì)菌引起的;猩紅熱是由直徑2微米左右的球狀細(xì)菌引起的。而顯微技術(shù)也是不斷進(jìn)步的，通過(guò)紫外線顯微技術(shù)，特別是發(fā)明了電子顯微鏡之后，微生物科學(xué)家們進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了病毒的結(jié)構(gòu)，并確認(rèn)病毒應(yīng)該被看作是生命體。它們遵從一切物理和化學(xué)的定律和法則。

另外，認(rèn)識(shí)自然還需要新的研究方法。除了顯微鏡，近來(lái)還把物理的研究方法“借來(lái)”研究生物科學(xué)。例如：利用量子力學(xué)的理論，了解到有些生物能夠感應(yīng)地球磁場(chǎng)。用磁力顯微鏡和電子順磁共振的方法，可以分析蜜蜂腹部細(xì)胞內(nèi)的磁鐵納米顆粒的物理性質(zhì)。另一個(gè)例子是：酵素的活性、嗅覺(jué)和光合作用。其中以嗅覺(jué)來(lái)說(shuō)，有些化學(xué)結(jié)構(gòu)相似分子，聞起來(lái)卻不太相同，可是相反的有些化學(xué)結(jié)構(gòu)看似差異不小的分子，聞起來(lái)卻很相似，古典理論對(duì)這些的解釋仍有不足，于是有科學(xué)家提出用量子振動(dòng)理論來(lái)解釋，振動(dòng)頻率接近的分子，聞起來(lái)就相似，彌補(bǔ)了古典理論無(wú)法解釋的問(wèn)題。

可見(jiàn)，生物科學(xué)“借用”其他學(xué)科的研究方法，能夠促進(jìn)解開(kāi)“生命之謎”。那么，人工合成生命的可能性又如何呢？書(shū)中介紹由無(wú)機(jī)物合成活機(jī)體的第一步是美國(guó)加州大學(xué)的科學(xué)家，這使得我們?cè)絹?lái)越感興趣了！這章的結(jié)尾這樣說(shuō)：將來(lái)一定能用簡(jiǎn)單成分合成病毒里的那兩種分子，把它們放在一起，就會(huì)出現(xiàn)人造病毒微粒。

因此，我們讀書(shū)不僅需要了解內(nèi)容，而且需要領(lǐng)悟其內(nèi)容的靈魂。在學(xué)習(xí)補(bǔ)充知識(shí)的同時(shí)，一定要感悟出能夠指導(dǎo)我們創(chuàng)新和超越前輩的方法。

作者簡(jiǎn)介：

江理華，北京市，清華大學(xué)。