《生命和家园 11》

1944年，薜定谔在爱尔兰的都柏林居住有六年时间了。他将前一年讲课的内容整理出来，写了这本书《生命是什么》。书里的观念启发并激励了好几代生物界学人。它的影响力不亚于他在量子物理的波动力学。薜定谔首先认为生命体是一个众多原子的体系。热力学告诉我们一个封闭的粒子系统最终达到一个完全无序，熵极大的热平衡状态。但是，生命体具有高度的组织结构，运行协同又有序。事实上，生命体是一个开放的系统。它不停地从环境吸收能量，降低熵值，实现一个有序的状态。生命体又具有负反馈机制，以确保状态的稳定性。这就像一个走钢丝的杂技演员。他不停地微微晃动身体和钢丝，调整体位应对身体的倾斜，以保持在钢丝上的运动稳定状态。生命现象就是能量流动维系下的热力学非平衡状态。生命的产生就是从无序到有序的过程。

普里高津对非平衡态的热力学系统进行了深刻的阐述。一个开放性的系统在外力作用下可以形成自组织，自相似的稳定动态结构。当外部环境条件改变时，系统的状态可以做出适度调整。这些都能恰当地描述了生命体的对外部外境的应激反应和适应性。非平衡态系统对环境条件的反应是多样的。它可能从一个稳定的动态跃迁到另一个稳定的动态，也可能进入到混沌的无序状态。前一种情况可以解释生命现象中的演化，而后一种情况就是生命个体的解体和生命种类的消亡。除了生命现象，普里高津理论也描述非生命现象，比如龙卷风和飓风等气旋的形成，纳米材料的自组织结构，以及自催化化学反应。而生命现象最终由自然物理法则支配。细胞里由蛋白质参与的新陈代谢活动就是一种自催化化学反应。原始生命的诞生完全来自于非生命物质的物理化学活动。我忍不住要多说一句，任何社会和文明都应该是开放的，都会有兴衰的过程。

薛定谔在书中又谈论到遗传机制问题。生命物种的繁衍依靠母代将物种特征的信息，遗传密码传给子代。薛定谔认为遗传密码就是一种分子。晶体的周期性重复的结构过于简单。他认为遗传分子必须是非周期性，以携带足够的遗传信息。这个分子结构的变化导致生命物种的变异和演化。同时它又要是相当稳定的。薜定谔认为只有量子力学才能解释这类分子。当我们用分子键联理论来和现代的分子生物学知识描述遗传基因时，薛定谔是完全正确的。

1994年，美国宇航局的生命起源课题组在征求萨根的意见后，将生命笼统定义为一个能够自我维续和实现达尔文演化的化学系统。虽然我们无法给生命体一个精准的定义，但是有一个基本的描述。生命体应该是一个具有新陈代谢活动，和复制与遗传功能的体系。以生物个体的基本单元细胞作为参考，这个生命体有一个隔离外部环境的屏障（比如细胞膜），参与新陈代谢的物质（比如蛋白质），和复制与遗传物质（比如DNA）。单独的酶蛋白分子不是生命体。病毒也不能算生命体。它们没有新陈代谢功能，必须在宿主细胞里才能完成复制过程。有趣的是，自然环境中的病毒还可以组成规则的晶体结构。我猜一定是密积堆垒的面心立方或者六角柱形。虽然还没有共识，类病毒的结构很可能是地球上物质从非生命到生命演化的中间过程。通过对病毒的研究，我们可以了解地球上生命起源和进化。

地球孕育出生命，生命又改变了地球。从这开始，我们可以追溯这一段还在进程中的波澜壮阔的生命与地球的历史。

—写于2022年10月15日（图片来自网络）