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在《生命是什么?》第二章谈遗传机制的开篇,薛定谔又提出:有机生命体以及它所经历的所有生物学相关过程,都必须要具备极大的“多原子”结构,以避免偶然的“单原子”事件产生太大的影响。“朴素的物理学家”认为这是非常重要的一点,因为这是有机体能符合精确的物理定律的保证。同时,有机体也能依据这些定律实现一些规则而有序的功能。
而在有机生命体中确也存在一些微小的原子群,它们小到无法满足精确应用统计定律的要求,却能在生物体内发生的非常有秩序和规律的事件中起到支配作用。它们控制着有机生命体再发育过程中形成的各种可观测的宏观性状,同时也决定了有机体的重要功能特征。所有的这些,都是一种非常精确而有序的生物定律的体现。
薛定谔实际上是按照物理学家的方式去解读生命现象,并认为生命的本质是其能够避免物理世界中所有物质都无法避免的命运——熵增。在他看来,生命通过从环境中摄入“负熵”的方式,减少熵增,即从环境中吸收物质和能量,再通过新陈代谢转化或调整它们。
问题来了。
科学研究早就形成了共识: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:系统顷向于朝着混乱和无序的状态发展,而不是秩序和功用(熵增过程即是一个自发的由有序向无序发展的过程)。
可是,尽管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。以色列化学家埃迪·普罗斯惊叹于这样一些事实:哪怕是像细菌细胞一样最基本的生命系统,都是一个高度组织化、远离平衡态的功能性系统。通过研究细胞的行为,我们可以发现它的功能或者说目的。每个细胞到头来都是一个为了生产更多细胞的高度组织化的工厂。
这就难怪,20世纪最伟大的物理学家如维格纳、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,也难怪“智能设计论”的鼓吹者们能到处兜售他们的观点。
科学探索业已表明:人类的身体与心灵都有其物质基础,并遵循一定的物理和化学规律。人体内的所有成分,也都是通过自然选择演化而来的。生命体那些令人惊讶的性质,最终似乎的确可以靠原子和分子物理学来解释,而无须借助任何全新的理论。然而,薛定谔本人并不那么乐观,他写道“……尽管就目前所知,生物体还没有摆脱‘物理规律’,但它有可能涉及我们迄今尚未发现的‘其他物理规律’……”
解释生物体的性质可能需要新的物理学来发挥作用。英国物理学家保罗·戴维斯坚信这一点。在2019年出版的《生命与新物理学》一书中,他写道:要想知道薛定谔提出的“生命是什么”这个问题的答案,意味着我们需要舍弃生物学家滔滔不绝历数的关于生命属性的传统清单,并开始以一种全新的方式思考生命状态。你可以问自己这样一个问题:“如果没有生命,这个世界会有何不同?”
戴维斯与薛定谔一样,认为生物体清楚地表明了更深层次的新物理学原理的存在,并且我们正处于揭示和利用这些原理的临界点。已然发现了更微妙的东西,它能将物质与信息、整体与部分、简单性与复杂性交织起来。
美国物理学家弗里曼·戴森也持类似观点。早在40年前他就开始思考生命的抽象定义。他把生命定义为一个物质系统,它可以获取、存储、运作和利用信息去组织自身的活动。他说,放宽尺度来看,生命的本质就是信息,但是信息并不与生命同义。为了活下来,一个系统不仅必须拥有信息,而且还必须处理和使用信息。生命是对信息的积极利用,而不是消极储存,这才构成了生命。
戴森在其著作《全方位的无限:生命为什么如此复杂》和《生命的起源》等书中,多处谈及关注生命科学的物理学大师。例如说到:在当代的物理学家中,惠勒是唯一认真考虑过“物理定律可能只是宇宙生命的偶然真理”的科学家。戴森还提到,他的杰出前辈薛定谔将其书名命名为《生命是什么?》,但是忽略了提出生命的两个基本功能——新陈代谢和复制——是否可以分离的问题。而另一位著名的前辈冯·诺依曼通过与计算机类比,提出了薛定谔未曾注意到的问题,并给出了一个暂时的答案。冯·诺依曼注意到,不管新陈代谢和复制之间的联系多么紧密,在逻辑上他们是可以彼此分离的。因此,在逻辑上可以假设,存在一种只包含硬件的生命体,它只能代谢而不能复制;同时我们也可以合理假设,存在一种只有软件的生命体,它可以复制,却不能代谢。如果生命体的功能通过这种方式进行区分,就可以预料到,后一类型的生物必须寄生于前一类型的生物。生命体功能的这种逻辑分析,有助于解释和纠正已经存在于薛定谔以及整个分子生物学历史中的偏见。(中)