【“书香校园”征文校一等奖】姜喜萍:生命是什么

来源:作者:姜喜萍发稿时间:2020-06-22浏览次数:

其实我是在一次很偶然的机会听到关于这本书的名字的。我仍记得与这个带着疑问的名字相识从是在一节高中的物理课上。那时我的物理老师在讲授着热力学第零定律——即“温度”的定义。一个很笼统的解释是,温度是描述物体的冷热程度的物理量。具体表现是:热的物体温度高,冷的物体温度低。他提到了在一个气体体系中的气体分子,总是无止境地做自由运动。而这又使得系统的混乱程度向增大的方向进行——谓之“熵增”。当增加到达一个临界的顶峰时,混乱程度达到极值,在宏观世界中物质系统可以看做是“静止而均匀的”,然而微观世界里的分子原子们却依然是活力无限,几乎不可能“安安静静”的待在原地不动。当遇上生命这个既高度复杂又高度有序的体系时,我觉得所有的一切“无生命”的物理化学系统的复杂与之相比又显得无比简单。简单的体系,简单的现象无疑经过众多科学家的探索尝试可以归纳为简洁而优美的公式定理,而生命这个“无数简单体系”的集大成者到现在却使得生物学家忙得焦头烂额却依然无法完美的作出解释,甚至要探索找到生命的每一部分的科学解释都举步维艰。而《生命是什么》这本书却为世人寻求的这个问题开辟了一个答案的方向,写出了一个合理并且耐人寻味的开头。

未翻阅这本书之前,我对这里面涉及到的知识的只是像极了学过的杰出的物理学家汤姆逊提出的“枣糕模型”一样,我的意识仅仅是糕点里面夹杂的甜枣,自己只知其味却未知全貌。我从别人的口中知道了作者薛定谔是一个经典理论物理学家,也是量子力学的奠基人之一。他在1926年提出薛定谔方程,这个方程为后来量子力学的发展奠定坚实基础。说起薛定谔,大家肯定首先想到了就是“薛定谔的猫”了,这就是著名的薛定谔猫思想实验。而我除了这些众所周知的史料外,对他却知之甚少。一个理论物理学家为什么会考虑“生命是什么?”这样如此宏大的问题呢?生命本就像是一个巨大的谜团,里面的线索千丝万缕、错综复杂,连土生土长在生命科学这片领域上的生物学家苦苦探寻却依旧未果,为何薛定谔却要另辟新径坚持探索用物理学和化学的原理来解释?我觉得这就是科学探索在于未知的好奇的乐趣和魅力所在。读完这本书,结合现在已经学习了较多生命科学分支学科的基础知识来说,我觉得这本书里的涉及的很多物理化学定理对于生命现象本质的探寻仍然是一种光明的启示,而作者薛定谔也在尽量避免着他理论物理学家带有可能我们认为的枯燥难懂的“严格”和“严谨”,竭尽所能地用最通俗易懂的语言和较少的数学推理来把介于生理学和物理学之间的基本概念阐释清楚。

在读这本书之前,就像作者写在前面的那样,我们要明确这本书中涉及的即将讨论的重大问题,明确研究的一般性质和目的。我概括得出的中心问题,或称作关键点是:在时间和空间维度上的生命将如何发展和变化?发生在生命世界中的事件与时空的联系如何在物理学和化学中找到支撑点?带着这两个问题,我想在读完这本书后能找到答案或得到一些启发,更重要的是思考问题的角度和方向。


 

第一章 经典物理学家走进这个主题

 

“我思故我在。”

——笛卡儿

在本章里,薛定谔首先表明了自己的观点和看法的立场:一个朴素物理学家对这个主题的探讨。虽然他知道在这近几十年来关于真实有机体的结构和功能研究是“复杂,漫长且未解”的,并且已经难倒了众多生物学家,而这种复杂的状况像是精确地暗示着:现代的物理学和化学不能够解释说明生命有机体在时间和空间范围内发生的事情。但是他仍然坚持用他饱满的热情和毕生所学的物理学知识在通往有机体的奥秘之路另辟新径。他始终坚持将生命“化繁为简”,试图用物理学和化学的理论知识拓展延伸与生物学的事实作比较,不断地寻求和接近两者之间的最优解。作为物理学家的薛定谔,不是不知道他自己所接触所安排设置的原子和生命体内的原子排列及互作方式是不同的,相反,他深知这种不同。这种不同,是伟大的,是创新的,在他眼里就是生命的象征。所以即使他物理学家的身份同“有机体的结构和功能”这个研究方向显得有那么一点“格格不入”,但他依旧选择了站队在生命问题上研究着活细胞中的“非周期性晶体”而已经取得一定突破的有机化学家们。在薛定谔的眼里,看似偏离物理学家研究主流的“非周期性晶体”是生命的物质载体,较之物理学家“情有独钟又爱恨交加”的“周期性晶体”,在前者未知全貌的复杂相比后者的复杂变成了单调的重复,而前者构成的有机体称得上是自然界最伟大的富有创新意义的设计。

所以当我们读这本书,不必纠结于为什么一个物理学家要如此执着于用物理学定理尤其是统计力学的原理来解释生命的本质,不必纠结于到底这条探索之路是否是可行和简单的,不必纠结于最终的结果。我很认同薛定谔在书中的一句话:虽然我找不到其他的达到这个目标的更好方法,但这毕竟是我的途径。生命和生命现象本就十分神秘且不可思议,我们或许终其毕生也无法突破那一个无形的极限。但科学探究的过程就是这样的一个过程,就像是数学双曲线的图像那样,无限趋近却永远无法抵达。或许最终的最终我们发现并没有所谓的答案和正解,所以那曲曲折折,无关对错的求知过程才更弥足珍贵。

为什么原子如此之小?作者从这个问题出发,说明自己作为“朴素物理学家”的观点。从我们的视觉看,是的,肉眼看不到的东西就已经很“小”了。从微观世界看,一个宏观物体包含着数以亿计的原子颗粒,可以想象其体积之小。但仔细想想,我们不知不觉已经内定了衡量的标准即度量单位了,以我们肉眼所见之物作标准,原子当然小。但薛定谔跳出了这个惯用逻辑,他问“与原子相比,为什么我们的身体这么长?”这其实就是一种逆向思维。我们活着宏观的世界里,自然而然地习惯从宏观世界的角度观察微观世界,而当我们跳出这个条框尝试从微观世界中探索宏观世界,许多疑问有可能迎刃而解。从纳米为度量的角度看,其实原子也不那么渺小,而这个认知的转变,也使得物理学家们窥探到它的结构中有着更小的原子核,中子,乃至电子。有机体以数不清的原子组成,而原子必须有“自主意识”,才能使得有机体发展出有序的思维。所以有机体的活动需要精确的物理学定律。作者在本章节中讨论到这一个问题:为什么诸如人类大脑之类的感觉器官以及附属于它的感觉系统必须由大量原子组成?这个与简单的原子碰撞机器的本质区别在哪?而我理解的解释是:思想需要一个“有秩序”的体系作载体,而这个有机体又必须能感知外界物体并作出良好反应。综上所述,不难理解作者想表达的躯体系统与外界物体之间的相互作用具有物理学的秩序性的观点了。在有机体的生命过程中发挥重要作用的物理学和化学定律都包含于统计学中,物理学定律是以原子统计力学为根据的,因而只是近似的。

在热运动与磁运动之间相互作用制衡的证明上,薛定谔举了顺磁性作为第一个例子来说明精确性是以大量原子的介入为基础。磁化效应随着场强的增加而增加却也不断地遭遇着分子热运动的随机取向干扰。而分子的数量在其中是一个关键的因素。第二个例子是布朗运动和扩散。我们用肉眼观测到的雾气水珠的下沉,在显微镜下却是不规则运动,即布朗运动。而这也说明了我们的感官可以感知到分子的运动或碰撞。与布朗运动相类似,扩散也是宏观的高浓度流向低浓度,而一个个溶质分子却依旧做无规则运动。第三个例子说明了测量准确性的限度,讨论了比如扭秤实验测量弱作用力在存在热运动干扰下有无意义。

在本章的最后,作者谈到了“律”。他认为所谓的律,是一个关于物理学定律的不准确度的期望值。“定律”只有在一个拥有巨大的结构(包含了众多分子)的有机体中才能准确概述这个有机体的内在生命和生活期间与外界联系的相互作用。有机体因而实现其功能。

第二章 遗传机制

存在是永恒的;因为有许多法则保护了生命的宝藏;而宇宙从这些宝藏中汲取了美。

——歌德

作为一位物理学家谈及遗传学家的领域知识时,薛定谔是“谦逊有礼”的,他首先承认了自己在这个领域的“人生地不熟”,但很快入乡随俗地收集着种种例证来求证他的观点。从遗传密码到有丝分裂和染色体复制,从减数分裂和受精到单倍体个体研究,他仔细考察了遗传物质的结构,也懂得了这些结构的特性使得性状得以在一代代中接替下去,这便是遗传的持久性。当我们聚焦遗传的行为就会发现,个体生长通过有丝分裂。那么,其中作为遗传物质的载体的染色体是怎么发展变化的呢?有机体的细胞分裂次数并不是无限的,而且能继续分裂的细胞少之又少。一个原始的受精卵经过层层有丝分裂,染色体被复制成两倍,随着细胞分裂成两个子细胞而还原并维持原有染色体数量水平。我们知道所谓的组织,就是由一群结构和功能十分相近的细胞组成的细胞群,行使着一定的生理功能。那么这一群相似的细胞从何而来?是否有相同的起源?它们能“精确复制,稳定遗传”的奥秘是什么?其中的遗传密码在染色体上。基因序列通过复杂的机制被精准复制拷贝,每个单细胞都具有密码本的全套复制,因此,所有的体细胞都具有完全一样的染色体,其中的保证生存的必需基因会在个体体细胞中表达,而组织间的差异则是由于细胞后期分化即特殊基因表达的不同所造成的。所以,如果遗传是个体水平上的考虑,那么我刚刚举的组织的例子其实是不合适的。

那么,从时间的纵轴来看,上一代的特征通过什么途径传递给下一代的呢?作者接着讨论了染色体数减半的细胞分裂即减数分裂和受精即配子结合问题。我们常常诧异于父母的基因如此强大,遗传给孩子们相似的长相。五官既像父亲又像母亲、身高随父母甚至肤色遗传等等都是相同基因的传递使然,我们继承了父母的一部分特征,从这个宏观现象上,我们更能理解精子与卵细胞的结合意义非凡,一半来自父方和一半来自母方的遗传物质“奇妙”相遇,又碰撞出不同的火花,成为了不同的我们。对于有丝分裂和减数分裂的意义,我有一个很粗浅的想法:减数分裂造就了我们,有丝分裂成就了我们。而说起它们之间的共同点,基因重组中共同的方式就是交叉互换。这也是子代不会完全遗传而有差异即自己的独特性质——证明了“我是我,你是你,他是他”。

对于仅一个染色体组的单倍体个体,由于无法产生可育配子,所以它们丧失了繁育后代的能力。但这也不必感到惋惜,因为上帝在无情地为你关上一道门时也会为你开一扇窗。雄峰、雄蚁、蚜虫、苔藓等等,经过自然选择,它们的特殊才能保证生存繁衍。生命的本质联系在于基因,而基因的真实状态我们却无从得知。比如,基因本身的大小如何?当我们要进一步做基因的定位就会考虑到基因的体积问题。文中列举了两种测量方法,一种是采用繁育试验,另一种则是直接的显微镜观察。从结果上看,两种方法估算得出的基因数目接近相等。随着现在科学技术的发展,基因的测量也越来越简单和精准,在这个技术的基础上,基因功能的研究也更上一层楼。

第三章 突变

变幻中徘徊之物,固定于永恒的思想中。

——歌德

读完这个章节,我重点谈谈什么是“跳跃式”的突变和近亲繁殖的有害效应。突变,顾名思义就是与上一代相比性状发生了明显的改变。化学试剂诱发的突变、物理辐射诱发的突变等等,若我们统计其诱发突变率,我们不难发现其中的规律。正如书中所说,诱发突变率的规律虽然很简单但是却具有极大的启发性。我们得出两个定律。第一定律:突变频数的增加量随着射线剂量的增加而不断提升。第二定律:当给予等量的辐射剂量即使改变射线的性质,突变系数也保持不变。文中类比了一个例子,买两份橘子的价格与一份的并没有什么直接联系。我们只能根据实际情况而论,一般情况下是简单的倍数关系,当存在其他影响因素时增加或减少变得不好说。供不应求,价格上涨;供过于求,价格下调。对于突变而言,与之相交甚远的区域同样不受影响,所以,作者说第一定律也蕴含了一个事实:突变是个单一性事件,并且它只是在辐射期间发生在一条染色体上。突变也并不是由连续的小剂量辐射相互增强而引起的一种累积效应。

在了解了遗传学中显性基因和隐性基因的概念后,我们不难理解显性突变和隐性突变。隐性突变对于纯合体通常是不表现出性状的改变的,因而如同“隐身”;但突变依然潜在,自然选择也一直没有消除它们。从某种程度上来说,突变具有“潜伏性”。长时间大量累积的有害突变超过临界值后才会爆发出来,对生命体造成显著伤害。近亲繁殖的有害效应形成的原因也是如此。一个男人的身上携带有一个隐性突变基因,在他本人的身上不会得到体现,当他与一个与自己亲缘关系相近的女人结婚后,由于两个人的基因库存在交叉,增加了隐性致病基因的累加和纯合,使得后代得病几率大大提高。换原文的话说,就是“大小缺陷”的概率加起来会导致整个近亲繁殖的后代出现危害性状的概率大为增加,甚至使得他们严重衰退恶化。但突变本身像双刃剑,虽然大多数的突变都是不利的,但也存在有利突变,而这些突变若得以遗传下去,生物将不断得到进化。

第四章 量子力学的证据

你的如火焰般炽热的奔放的想象力,静默成一个映象,一个比喻。

——歌德

在这个章节里,作者试图在量子力学的领域收集证据,寻求和还原生命体本质的真相。薛定谔作为一名伟大的物理学家,已经意识到了经典物理学在解释某些物理现象和疑问上已经“捉襟见肘”“山穷水尽”了。在生命体遗传的持久性上,经典物理学也无法解释。作为量子力学领域的奠基人之一的薛定谔,用量子论的观点来对生命的遗传机制作出解释。马克斯·普朗克在1900年便发现了量子理论。以及同年三位科学家分别同时重新发现孟德尔定律,以及后来德佛里斯发表关于突变的论文,现代遗传学得以建立和开始。从时间关联上,这两大理论几乎同时产生,在其后几十年的时间里不断地产生相互联系。较之经典力学理论,量子论比较完美地解释了原子内部的能量问题。在经典力学理论里,原子外层结构中电子的高速绕核旋转所带的巨大能量和不断向外辐射的能量将使得原子结构在瞬间土崩瓦解而不复存在。但这显然不符合事实,原子在很长一段时间依然保持稳定状态。而量子论假设的一系列具有不连续的能量的能级,较完整地解释了原子跃迁和稳定存在的疑问。深入微观领域,我们会不仅有能量,还有很多其他的“量子化”的现象。

量子跃迁,在原子内部就是电子在较高能级与较低能级之间发生的迁移。由较高能级跃迁到较低能级,电子需要向外辐射一定的能量,反之需要吸收一定的能量。而究竟辐射或吸收多少能量,由发生跃迁的两个能级之间的能量差而定。其实不止是原子内部,分子中也有可能发生量子跃迁,但其实概率较低。正如作者强调的那样,“除非外界能够提供给分子跳跃到较高能级所需的能量差额,否则它们是具有相当的稳定性的”。这也一定程度上说明了能级差的存在有效地决定了分子的结构和功能的稳定程度。除了这个决定因素外,还有很多的影响分子稳定性的因素,影响比较大的,比如温度。分子长时间的稳定性有赖于温度的高低以及变化的剧烈程度。温度较高时,分子吸收外部能量较多使得自身“储存”的能量过多而开始活跃地发生各种变化。而处于低温下的分子则如同冬眠的熊,依旧活着但减少了日常活动。作者在论述分子稳定性的同时也对其中的不合理之处提出了两点更正。第一个改正就是有可能在最低能级上存在许多密集但能量差距不大的较高能级,它们同样是量子化的,由于一个能级跃迁到相邻能级的幅度非常小,所以处于低温下的粒子发生碰撞后也可能引起振动的激发。作者评价这个改正的意义和价值不大,我不这么认为。粗略地估算有时候并不能准确预测量子跃迁是否发生,在更精准的运算和观察上,我们仍需要借助能级图的“振动精细结构”来预测和验证。第二个改正则涉及到各种能级图的重要、复杂的特性。简单来说,就是两个能级之间的自由通路有可能被堵塞,即使有足够的能量供应量子跃迁也无法发生。

这也是在生物体中有“同分异构体”分子同时存在的原因之一。

第五章 对德尔勃吕克模型的讨论和检验

诚然,正如光明显出了自身,也显出了黑暗一样,真理是它自身的标准,也是谬误的标准。

——斯宾诺莎《伦理学》第二部分,命题43

在本章节里,薛定谔开始展开陈述对德尔勃吕克模型的讨论和检验,探讨遗传物质的一般图像,以及分析图像的独特性。他论述了一些传统的错误概念,也讨论了一些物质的不同“态”。在非周期性的晶体或固体的研究上,作者也收集到一些证据而大胆假设基因是一种非周期性的固体,这种基因不排除是整个染色体纤丝的可能。那么,我更好奇的是,基因的数目到底有多少呢?为什么生命体如此多变?生命体一生的生长发育、成熟、衰老和死亡过程的指导信息是怎样被精确刻画在一个小小的受精卵的染色体上的呢?要理解和破译生命体的遗传密码,我们首先想到的是数学上的密码——莫尔斯密码,采用点和划线两种符号通过增加第三个字符或规定逐渐增加每一字符的符号数目,就可以编号“爆炸式”增长的密码种类代号。基因是功能的最小表达单位,却不是最小不再可分的结构。脱氧核苷酸的不同排序是遗传信息编码的外在体现,连续排列的三个碱基按一定规则开始并互不重复的依次决定一个氨基酸,直到遇到终止子停止,不再编码任何蛋白质。这也让我回忆起学习生物化学时讨论过,为什么是三个碱基决定一个氨基酸,为什么氨基酸只有20种左右却要64个密码子代号来编码(除去有3种终止密码子不编码氨基酸)?为什么密码子与氨基酸的关系是多对一的关系而不是一对多?这都是生命在应对复杂生存环境下演变的结果,简而言之,这些遗传密码的复杂程度也好,密码子的简并性也好,都是细胞活下来的重要方式,记得一句话是这么说的:存在即合理。

我还比较感兴趣的一点是,X射线是如何诱发突变的?关于X射线诱发突变率的探讨,作者从之前的繁育试验结果入手,推断由单一性事件引起的突变的性质是一种电离作用或类似电离的过程。基因结构里的原子吸收电离或激发而释放的能量来克服阈值,发生“爆炸效应”,这也仅仅是对染色体的一种损伤。损伤经过累积使得突变得以表现。那么,有没有一种可能使突变后的基因又突变回原来的基因而能降低自身受到的损伤呢?这就是薛定谔在本章末尾提及的回复突变。虽然从简单的能量守恒来看,突变与回复所需要的能量是相等的,理论上发生的概率应该相差不大,但事实却大相径庭。虽然突变基因具有较低的稳定性,但再次突变方向的不确定性以及突变基因与原基因的之间由于初态构型造成的不同能级差可以解释为什么发生回复突变的概率是极低的。

第六章 有序,无序和熵

身体不能决定意识,意识也不能决定身体的运动、静止或其他活动。

——斯宾诺莎《伦理学》第三部分,命题2

在上个章节中可知,虽然德尔勃吕克的分子模型是极其普遍的,但却也没能回答遗传物质到底是怎样起作用。“对于基因的分子图像而言,微型密码与一个高度复杂而精细的发育计划一一对应,并且它还包含了促使密码起作用的程序。”从德尔勃吕克的遗传物质普遍图像看,生命物质在遵从现有的物理学定律的同时,或许还在遵循一些尚未发现的“物理学的其他定律”,但碍于现有科学技术水平有限而无法深入探究和发现。我们因此不必对现有物理学定律不能完美解释有机体而感到沮丧。

物质的有序和有规律的行为在生命中得到了完美体现。生命作为一个完整的体系,其中既包含一部分纯粹的机械运动行为,也涵盖了热力学平衡行为。以水稻的整个生命周期为例,从一颗小小的种子开始,生根、发芽、长出茎叶、开花、成熟、结果、衰老直至死亡,每一个过程都是循序渐进的,而不会由初生直奔死亡,精确遵循从有到无。生命以“负熵”为生,组成这个有机体系的生命物质避免了向平衡衰退,所以生命从来都是部分地保持现有的秩序,而不是直接地从有序转向无序的自然倾向。

薛定谔建构的理论,与热力学第二定律所决定的总趋势相反的,生命靠着摄取负熵来减少或保持它的熵。那么,熵是什么?负熵又是什么?有什么重要作用或意义?在纯粹的物理学中,熵是热力学中表征物质状态的参量之一,用符号S表示,其物理意义是体系混乱程度的度量。在生物学领域,作者把最后无限趋近的无序状态(熵增至最大)为之为平衡,虽然生命体无法逃脱最终归于无序趋于平衡的命运,但它们会从出生就开始“小心谨慎”地规避各种加快衰退到平衡的风险。它们规避的方法就是——新陈代谢。通俗地讲,就是靠吃、喝、呼吸以及同化(植物)。生命体只要“活着”,体内就无时无刻不进行着新陈代谢反应。在新陈代谢的过程中,生命体与外界进行物质交换、能量转化以及信息传递。而新陈代谢的本质——“负熵”则是其中产生的一种积极物质,能够不断地消除生命体活动源源不断产生的正熵,维系着生命的存在。

第七章 生命是以物理学定律为基础的吗

如果一个人从不自相矛盾的话,一定是因为他从来什么也不说。

——乌纳穆诺

在本章里,作者综合了前六章关于生命物质结构和功能机制的所有论述,总结陈述了物理学普通定律是无法涵盖生命物质结构的工作方式的,并提出推断在有机体中可能存在目前尚未被人们的新定律。可以很准确地说,世界上再也没有像生命一样的构造的物质,可以展现出“生机”。这也很“勉强”地说明了为什么一般的物理学定律无法深入解释生命体,因为生命的出现的同时其存在的复杂的自然规律就同时诞生了。就像作者举的铜和铁的例子,在人们的眼里,是制锅的原材料;而在工程师的眼里,是一圈圈的线圈,是热引擎的动力核心。由于不同的构造,同样的元素却可以成为功能截然不同的东西。无生命和有生命之间关系与此相似,但却比这个例子中锅和电动机的距离差距更大,在现在看来更是一条无法逾越的鸿沟。但在生命面前的我们,不是工程师,连工程师可能都不能完全清楚其中的原理机制我们作为“门外汉”更无从得知。

生物学状况和物理学状况在近一两百年的发展中可以看出,生物学发展得其实是要比物理学缓慢一些的。引入统计力学理论之后,物理学定律的严格有序性就可以从原子和分子的无序中推导出来,也使得产生序的两种方式在科学家们中各站阵营。其实,我觉得不管是“有序来自无序”还是“有序来自有序”,都不能各自完美地解释生命现象。尽管物理学家曾经非常支持“有序来自无序”,而观点“有序来自有序”在现在与生命联系更加紧密。虽然说条条大路通罗马,我们倘若从两个不同的方向出发,殊途同归虽然可喜,但无法交汇也不必惋惜。同理,我们可以依托生命物质的结构解释生命现象,而不必对物理学的一般定律的无法解释生命的局限性而感到灰心丧气,毕竟还有“新奇且未知”的真理等待着被人发现。

薛定谔说,即使在生命领域发现了新原理,这个新原理也并不会违背物理学。他认为,生命涉及的新原理不会是别的原理,只会是真正的物理学原理,是量子论的再次重复。对于物理学家而言,“有序来自有序”其实容易接受,因为他们始终坚信这条了解生命的真正线索不是新生事物,而是隐藏已久的真正的物理学原理。为了说明这一点,作者引入了普朗克的“钟表装置”,运用钟的运动来类比解释生命现象。从能斯特定理出发,我们可以认为钟摆实际上可以看做是在绝对零度下工作的,因为即使降温钟摆仍能继续摆动。因此,在达不到的绝对零度之外的所有情况之下,无论是有生命还是无生命的熵变都不为零,即使宏观的有序也包含了微观的无序。有机体与钟表之间的联系,就在于两种相似的“动力学式”的工作中。非周期性晶体的DNA作为重要的遗传物质保障着有机体不断地产生“负熵”,使得有机体摆脱热运动的无序,避免了向平衡衰退。而钟表也是因为构成的固体中存在海特勒-伦敦力而有效地避免了热运动的无序趋向,同时维持一定形态。所以薛定谔以一个很形象的比喻来描述染色体纤丝——“有机体的机器齿轮”。

第二部分 意识和物质

在这个部分里,作者总共分成了六个章节,分别是意识的物质基础、了解未来、客观性原则、算术悖论:意识的单一性、科学与宗教和感知的奥秘。从章节的先后顺序来说,我们也大致可以看出这是一个循序渐进,逐步深入的探讨过程。

意识是什么?当我们刚接触这个词时,是很难想象。因为,意识并不像我们日常生活中所接触到的东西一样,比如房子、米饭、树木等等都是可接触的,真实可感的,它们有一个共同的名字“物质”。所谓物质,就是不依赖于人类的意识而存在并能为人类的意识所反映的客观实在,而意识是人脑的机能和属性,是客观世界的主观印象,使世界二重化为客观世界和主观世界。物质决定意识,意识对物质具有反作用,是物质与意识的辩证关系。在哲学的基础上,我们得出,只有人类才具有意识,也只有人脑才能产生意识。我们就会自然而然地将大脑的神经系统与意识联系起来,想要找到意识的起源。但实际上,不是每一个神经过程或大脑活动都与意识紧密相随,有许多反射过程就不属于意识的范畴,虽然它们也通过了大脑。意识究竟在神经系统的那一部分产生以及如何产生至今仍然未能完全得知。

谈到伦理观的问题,作者也讨论了挺多。以前面描述过的意识理论为基础,他尝试科学地解释道德观。在漫长的演化长河中,物种似乎向更高目标发展中体现出的“道德伦理”也更加强烈。这不并是作者主观臆断,也不是有意为之。举个文中的例子,人类发展越来越好在某种程度上也表明了人类正在从利己主义向利他主义转变,这正体现了人类的社会属性。在动物世界里,利己主义虽然能“明哲保身”但对一个集体却极为不利,有时甚至会造成致命的生存威胁。我们人类自然是崇尚道德和追求无私的,所以我们才会写诗歌颂蜜蜂、蚂蚁和白蚁等,因为它们身上几乎找不到利己主义的影子。我们从中也可以看出自然界的生存法则之中,“团结”才能让本物种绵延不断地传宗接代下去。

其实当下的我们,可以不断地寻求蛛丝马迹来还原一个历史的真相,但我们却无法准确地预测未来将要发生的事。所以,要怎样才能更接近未来呢?薛定谔说,了解未来。在最初的阶段,为什么人们不愿意接受达尔文的进化论?其中的缘由在于达尔文主义中蕴含的悲观情绪。比起达尔文的自然选择,适者生存,优胜略汰,人们更喜欢拉马克提出的“用进废退”假说,因为拉马克主张的“获得性状遗传”在繁殖传代中有着更加“积极乐观”的情感。但正如前文所言,物质决定意识,而不是意识决定了物质,即使人们的感情倾向于拉马克,但“获得性状遗传”已经被科学地证明了其中的错误,最终人们还是不得不转向达尔文进化论来继续寻求生命的答案。

拉马克学说认为的是,当一个器官被使用,那么这个器官将在以后的每一代中得到相应的改进,而且将这个改进一并传给后代。达尔文觉察到其中的逻辑错误,从而提出新的观点:这个器官首先在多变的自然环境中不会一层不变,当受到某些因素的干扰可能经历了偶然的变化,而自然的选择作用不断地积累有利的变异,一代一代继续下去才形成了持续的进化。行为影响选择本身并没有错,错的是行为本身不能被遗传,有利性状本身不是被选择遗传,而是性状遗传后才被选择。这种被选择短时间是不可能被察觉的,因而我们只能在长时间视角下看到习惯和技能的遗传固定。那么,还有一个问题,习惯和技能的遗传固定是不断进化的表现,进化是无止境的吗?联系我们自身最关心的问题:人类还可以进一步进化吗?答案是未知的。

正如同作者所言,这在很大程度上取决于我们自己和我们所做的事。即使我们“自认为”不可逆转的事件,也不应该任由它们的发生。通俗地讲,如果我们不需要它,就不要采取行动,如果我们需要它,就必须采取行动。回顾一下世界文明发展进程,可以发现历史和政治的发展并不一帆风顺,朝代的更替在很大的程度上是由人们的主观意识付之于行动而不是“天意为之”。综合上述,我们不难理解和接受“作为一种在大时空范围内的历史过程,生物的未来不是不可更改的,也不是按照自然法则预先决定的”的观点。虽然文中也提及了人类智力进化中存在“使人愚钝化”的危险,但竞争是相对的,也是绝对的,这也决定了其中产生的益处和危害是一起出现的。所以,我据此得出了不太准确的个人观点是,人类一直存在就会不断地进化,而进化带来的风险也一直都在,或大或小我们都无法准确得知。

全书感悟

读完薛定谔的《生命是什么》,我收获了很多,就像我在前面已经说过了的,这本书里的涉及的很多物理化学定理对于生命现象本质的探寻仍然是一种光明的启示。我们无法忽略现有物理学定律与生命本质之间存在的隔阂,所以才努力寻找新的的定律来减小乃至消除这个隔阂。《生命是什么》作为20世纪的伟大科学经典之一,作为一部为门外汉而写的通俗作品,然而事实证明它已成为分子生物学诞生和随后DNA发现的激励者和推动者。虽然薛定谔已经用他不失准确科学又尽量通俗易懂的语言来阐明这本书的内容,但即使是八十多年后的今天,作为众多读者中的一名,我不会因为害怕被人说成愚钝而掩饰自己不能完全读懂这位伟大物理学家的思想的事实。

生命之神秘,古今人之向往,欲解其奥秘,知其意义。“道生一,一生二,二生三,三生万物”这是老子《道德经》里的一句话,其中也隐藏着万物相通的道理。科学本来就是像大海一样汪洋一片,只不过科学无界而海洋有岸罢了。物理学、化学、数学等等与生命科学有不可割舍的联系,科学的曙光在交叉领域之中正冉冉升起,而宏观上的学科分类是为了更好的总结和突破。从物理和化学的角度看生命,研究生命,并尝试解释生命,我觉得并不是不可行,而是受限于现有的理论研究水平和技术方法手段,在看不见的未来面前,正确的风险评估可以使我们规避失败,但我坚信勇敢尝试也正是新的发现的前提和开始。

很喜欢最近看到的一句话:未知全貌,不予置评。而我只是在看完这本书受益良多有感而发,其中可能存在有偏差甚至是错误的理解,而未能与作者相通之处也是我所遗憾和需要更深入思考的。正如习近平总书记所说,“学到的东西,不能停留在书本上,不能只装在脑袋里,而应该落实到行动上,做到知行合一、以知促行、以行求知,正所谓‘知者行之始,行者知之成’”作为将来要从事生命科学研究的生科学子,我深知理论联系实际,实践是检验真理的唯一标准。生命是什么是一个宏大的问题,薛定谔也陈述了物理学或是生命科学本身也无法彻底阐明其中的机制,它没办法用简单的一个或几个定律解答,其中的复杂更不是一本书所能承载的。所以读这本书,我们无从得到生命是什么的正确答案。答案本身并不是不重要,或许追求的过程才更为紧要。正如生命,我们无法得知生命的过程会历经什么,所以才值得冒险值得追求值得探索,而生命的两端——生和死,却是早已注定。抛开所有科学的关于生命的定义,我心中所想的生命,是彩色的,像是美丽的彩虹,又带有云朵的缥缈。我们只有不断地努力探索,一步步靠近真理,才能真正看到层层缥缈后的神秘的彩色如何构成这无与伦比的美丽。


(姜喜萍 生化交叉班 2017级本科生)