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“虐猫狂魔”薛定谔的世纪之问有望破解?

人体构造这一大自然的杰作曾引起我特殊的兴趣;其实,我对任何有生命的动物都怀有强烈的兴趣。我常常向自己提出这样一个问题:生命究竟是怎样起源的?这是一个十分大胆的问题,历来被认为是个不解之谜。
 
——《弗兰肯斯坦》
 
1818年,玛丽·雪莱创作了《弗兰肯斯坦》,它被认为是科幻小说的开山之作。
 
年轻科学家弗兰肯斯坦痴迷于科学,搜寻来人体骨骼和动物肌体,创造出一个人造人,却又因为它的丑陋可怖而抛弃了那个“怪物”。
 
第一部科幻小说未必是完美小说,但它的主题朴素地反映着,假如人类摆脱了科学的束缚,第一个想实现的是什么。《弗兰肯斯坦》的主题正是那个最根本的问题——生命源自何处?我们如何才能像上帝一样制造生命?
 
《弗兰肯斯坦》(1931)剧照
 
数千年来,这些问题让亚里士多德、达尔文、埃尔温·薛定谔等开拓人类知识边疆的伟大心灵苦苦思索,也成为物理学、化学、生物学、哲学等人类核心知识的交叉点。假如不是因为人类长久地沉迷于这个问题,那么诸多学科或许都不会诞生。而如何看待这个问题,也将影响我们如何看待自身与宇宙。
 
20世纪40 年代,另一位知名的物理学家埃尔温·薛定谔撰写了一本标题引人注目的书——《生命是什么》(What is Life?)。该书在一开头便谈到了这个问题,薛定谔写道:
 
在一个有机体的空间范围内,发生在时间和空间中的事件该如何用物理和化学来描述?初步的答案……可以概括如下:当今的物理和化学虽然在描述这些事件上无能为力,但并不代表这样的事件不能被这些科学所描述。
 
几十年过去了,虽然这些年来伴随着诺贝尔奖获奖名单不断加长,人类在分子生物学领域获得了巨大的进步,但是我们仍然困扰于薛定谔那简单而直接的问题,它的确让人感到困惑。
 
 
生命体和非生命体一样,都由没有生物活性的“死”分子构成,但是这些分子在一曲完整的“生命大合奏”中相互作用的独特方式,形成了十分独特的结果——包括我们在内的所有生命体的诞生。
 
尽管半个世纪以来分子生物学取得了巨大进步,但它没有让我们明白生命是什么。几十年前,当科学家发现DNA并对它的研究愈发细致,人们曾乐观地以为答案将随着基因的解码一同揭开。人类基因组计划在2000年完成,当时比尔·克林顿在白宫的仪式上宣称:“如今,我们可以学习上帝创造生命的语言。”
 
不过,所谓的“生命的语言”显然还没有得出令人满意的结果,我们知道大量的分子机制、代谢路径、膜的生物合成方法,我们了解了许多过程和部件。但是,我们依然不清楚是什么给予了细胞生命。那通往“应许之地”的大门却仿佛依然遥不可及。就像沙漠中的海市蜃楼一样,地平线处那象征着绿洲的棕榈树在闪烁着微光,当这一切仿佛触手可及的时候,这景象又消失了,徒留我们去体会对未知世界难耐的焦渴。
 
 
所以,到底是什么造成了这持久且令人不安的困境?
 
简单的事实就是,哪怕是像细菌细胞一样至为基本的生命系统,都是一个高度组织化、远离平衡态的功能性系统,而在一个细菌细胞中则存在成千上万个不同分子和分子聚合物之间的互动,有的分子本身就具有惊人的复杂性。这一切都发生在数千个同步进行的化学反应网络内。
 
哪怕是最简陋、最原始的细胞,都比人类当今最先进的机器更精密。如此精密的“纳米工厂”,为何能在40亿年前诞生在荒凉的地球上?像物理学家保罗•戴维斯说的,没有生命,这是理所当然的,但生命却出现了。
 
难不成,那些像精密工厂一样的活细胞完全是随机组装而成的?这种状况发生的可能性,用宇航员弗雷德·多伊尔的话说——和一阵狂风刮过垃圾场,垃圾就组成了一架波音747的概率差不多。
 
关于生命的主要问题就在于此,正如我们会觉得冷藏室、集能设备、电池、压缩机和制冷剂等部件能自发地组装成一台功能正常的电冰箱是一件难以置信的事情,即使所有的部件都已经齐备,一个自发形成的高度组织化、远离平衡态的微型化学工厂同样令人难以置信。不仅基本常识告诉我们一个高度组织化的个体不会自发形成,一些基本的物理学法则也反复说明着同样的道理——系统倾向于朝着混乱和无序的状态发展,而不是秩序和功用。难怪20 世纪伟大的物理学家们如尤金·维格纳、玻尔、薛定谔等都觉得这个问题十分令人困惑。生物学和物理学在这个问题上似乎互相矛盾。
 
1974年,在发现DNA 的20 年后,著名科学哲学家卡尔·波普尔认为生命起源的问题是“一个科学无法跨越的障碍”。
 
因发现DNA而广为人知的弗朗西斯·克里克曾在《生命》(1981)中兴致勃勃地设想,生命的产生可能符合“胚种论”——这个极端的观点认为地球上的生命起源于太空,是由太空的外星生命形式带到地球上播种的。胚种论的主要问题在于,它只不过是把问题转嫁到了一个无法定位的宇宙空间,而无论生命是在哪里产生的,根本的问题依然没有改变:生命是如何从无生命物质中产生的?
 
物理学和生物学在这些问题上没能取得理想的进展,但在物理与生物之间起到桥梁作用的科学——化学——能够回答这些有趣的问题,即便这答案还不够完备。对生命是什么的深刻理解,除了能回答我们是谁、是什么的问题之外,更将给我们带来对宇宙本质及其基本法则的洞见。
 
(本文部分整理自《生命是什么:40亿年生命史诗的开端》)
 
内容简介
 
革新薛定谔同名经典,与《自私的基因》一起入选“牛津科普里程碑”的大师小书。探寻生命起源的非凡旅程,没有一个公式的诗意科普。
 
“生命是什么?”当你脑中浮现这个疑问,意味着你来到了物理学、化学、生物学、哲学等人类核心知识的交叉口,也意味着你与亚里士多德、达尔文、埃尔温•薛定谔等开拓人类知识边疆的伟大心灵来到了同一个谜的面前。
 
生命,哪怕是至为简单的生命,都像精密的机器一样复杂。在这颗原本寂寥的星球上,无数复杂、美丽、多样的生命是从何而来?40亿年前,究竟发生了什么?
 
没有繁琐的公式,也不会赘述基因或者化学反应的种种细节,埃迪•普罗斯用他诗意而贴切的比喻,带你跨越学科的门槛,直面生命的本质问题,让我们看到在40亿年前生命诞生时刻的壮丽风景。
 
这场生命探索的旅程,将帮助我们更深刻地思考我们是谁,以及生命和宇宙的意义。
 
 
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