生物与非生物之间有何区别?是什么把他们划分为两种截然不同的物质?答案自然是生命。那么问题就来了,生命有何特性?这种特性如何发挥作用?
作为一本科普书,《生物与非生物之间》介绍了人类生命观的变迁,读完就能回答这个问题。
人们的认识处于不断地发展中,受限于当时的认知水平,不同时期的人们对生命的认识并不一致。所以,对生命观做一个梳理还是很有必要的。
一、生命的特性就是自我复制
1953年,沃森和克里克发表论文,提出了著名的DNA双螺旋结构模型。他们在论文的最后暗示道,双螺旋结构暗示了遗传物质的自我复制机制。
这一发现轰动了整个科学界,因为他们揭示了近半个世纪以来,科学界苦苦追寻的生命谜题。
自此,20世纪的生命科学对于生命的特性给出的答案终于揭晓,生命就是一套自我复制系统,这一观念被广泛认可。
这个结论在今天的我们看来是常识,在生物教科书上也只是几句话带过,但是在半个多世纪里,它却耗费了无数科学家的心血。
沃森和克里克凭借双螺旋结构一举成名,并荣获了当年的诺贝尔医学奖,年纪轻轻的他们摇身一变成为科学明星,登上了科学的最高峰,被世人尊崇,荣光无限。但我们却不知道,他们的研究成果并不是他们独创,他们只是站在了无数巨人的肩膀上,所以成功来的特别容易。他们背后那些默默无闻的科学家更值得敬佩。
1、埃弗里的发现
19世纪末的时候,人们了解到的结构最为复杂的高分子化合物是蛋白质,所以人们普遍认为遗传因子就是某种特殊的蛋白质。当奥斯瓦尔德.埃弗里提出遗传因子并不是蛋白质,而是DNA的时候,所引起的轰动是空前的。
埃弗里的发现揭开了二十世纪生命科学的序幕,在他退休后不久,科学界便掀起了一股DNA研究的狂潮,科学家们开始疯狂的分析DNA的结果,解读DNA的密码。
2、查戈夫的谜题
查戈夫就是为DNA疯狂的科学家之一。他发现了DNA的结构之谜,也就是A的数量等于T的数量,C的数量等于G的数量。他百思不得其解,虽然离答案近了很多,他却并不知道这意味着什么。
3、罗莎琳德.富兰克林推算出的DNA结构
罗莎琳德.富兰克林的研究更进一步,她拍摄了DNA晶体的X衍射图片,发现了DNA的结构是C2空间群,这个发现距离揭开DNA结构之谜只有一步之遥,而罗莎琳德却并没有意识到。
最后,这个谜题被沃森和克里克揭开了。
4、沃森和克里克的结论
他们提出的双螺旋结构,也就是DNA的双链相互交缠,是互补的,能够相互复制,这使得DNA的整体复制成为可能,性状的传递也就轻而易举。生命的神秘就存在这个双螺旋结构之中。
这个结论当然无可置疑,因为它建立在许多科学家的研究成果之上,所以一经提出,就没有被怀疑。至今,这个理论已经成为常识,在每个学习生物的人看来都平常的不能再平常。
二、动态平衡的生命系统是生命的另一根支柱。
既然生命的特性是自我复制,那么新的问题又来了。熵增加原理会毫不留情的影响组成生命体的每一种成分,高分子化合物会氧化,发生断裂,蛋白质也会受损,生命体中时刻都会有零部件老化受损面临崩溃,那么自我复制系统能保证生命体的正常运转吗?
答案是否定的。
自我复制系统只能保证遗传信息的传递,并不能保证生命体的耐用与稳定,这时候动态平衡系统粉墨登场了。
生命体就像沙滩上的沙煲,许许多多的沙子组成了这个沙煲这个整体,但是海风海浪时刻都在侵蚀着它的稳固,不时会有沙子被吹走或者飘走,但同时也有源源不断的沙子被送进来。于是新的代替旧的,整个沙煲依然稳固。
这时候不得不提到舍恩海默了。
舍恩海默是第一个将做过标记的示踪同位素用于生物实验的科学家,他的创举在生命科学界具有划时代的意义,他最大的科研成果是提出了崭新的生命观,他提出了生命就是流动的现象,但不幸的是他的丰功伟绩随着他的自尽很快被人遗忘。
他做了很经典的小白鼠实验。他用重氮来标记氨基酸,并将它们喂食给小白鼠,回收小白鼠组织中的蛋白质,对其进行分析,他发现小白鼠摄入的氨基酸经过分解和分配,转化成了其他种类的氨基酸,这些氨基酸又组成了新的蛋白质。这就意味着经过标记的氨基酸被分解,成为某些零部件,同时还参与了其他零部件的组成,也就是说分解和替换发生在比氨基酸更细的层面。
做实验用的小白鼠,身体内的零部件已经被更换了大半,严格来说,已经不是我们喂食之前的小白鼠了。我们看到的小白鼠,就是流动现象的本身。
经过多次的实验,舍恩海默得出结论,生命就是代谢的持续性变化,这种变化正是生命的本质。他坚信,无论组成生命的分子是什么,都无法跳出流动的原则。
崭新的生命观就此诞生。
自我复制机制的确能定义生命,但是并不是唯一的指标,我们的生命还有另一根支柱,那就是动态平衡系统。生命体内部时刻都在进行着新陈代谢,各种零部件一直处于新旧交替之中,这样就保证了生命体的活力。
所以,舍恩海默说,生命就是出于动态平衡状态的流体。
三、生命与机器不同,它遵循的是不可逆的时间历程。
科学家们,曾经一度把生命当做一部由众多零部件装起来的精密机器,在他们看来敲除一部分基因和拆掉一部分零部件是一回事,所以,他们一直在做敲除基因的实验。但是,越来越多的实验让他们意识到,把生命比作机器本就是不妥当的。
被完全敲除了ES细胞里的GP2基因,小白鼠仍然能正常成长,而且和正常的小白鼠没有任何区别。但是如果只是被敲除一部分ES细胞的GP2基因,小白鼠的生长则受到很大的影响,它最终衰弱而死。
如果生命真的和机器一样,应该是完全敲除某些基因才会导致生命体受到威胁,而不是个别零部件坏掉就足以导致整个机器受损。
这说明,把生命比做成可以随时更换零部件的机器是十分不妥当的。
生命是单向的过程,是不可逆的,它不像机器,可以随时拆除任意位置的零部件而不影响到机器的运转。生命遵循的是时间法则,在生命中的某个时间段,某个零部件就发挥作用,如果被敲除,生命的动态平衡系统还可以再创造出替代的零部件,来保证系统的正常运转。但如果是基因被部分损坏,则它所应该发挥的作用就受到了抑制,动态平衡系统在弥补的时候会产生一定的误差,所以会离初衷越来越远,最后对生命体造成的将是不可逆的影响。
生命只有一次,不可能重来,如果某个阶段出现问题,迎接它的下一步将会是死亡。虽然动态平衡系统有着灵活的适应能力和惊人的修复能力,但是在人为的介入下,它也会出现差错,一旦出现差错,后果将是致命的不可挽回的。
所以,作者说,我们进行的种种实验,其实只证明了一件事那就是人类不可能像操纵机器那样操纵生命。
生命无法倒退,每个瞬间都是完成态。它就像折纸,有一个既定的方向,即使出现了偏离与失衡,也不能拆开,而只能沿着这个路线继续折叠下去。所以,生命不是机器那样可以随意任由我们人类操纵。人为的介入,代价高昂,后果惨重。
读完整本书后,如果问你生命是什么,不妨用无法拆开的折纸来回答。
从生命的自我复制特性到提出动态平衡系统,再到生命是不可逆的时间洪流,人类的生命观一直在进化,从单纯的形而下学的层面日益升级,最终形成了现在的人性化的形而上的观点。这是认识上的飞跃,也是生命科学的进步。
从最初追求技术上的进步,把生命当做机器,到现在尊重生命,一路上我们走过了太多的弯路,但好在我们正在回到正轨,对生命重新升腾起敬畏。