一種顛覆性的淀粉制備方法引發(fā)了人們的關(guān)注。據(jù)這則來自科技日?qǐng)?bào)的報(bào)道介紹，9月23日中國科學(xué)院召開的本年度首場新聞發(fā)布會(huì)上，介紹了該院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在人工合成淀粉方面取得的重要進(jìn)展。這種顛覆性的淀粉制備方法，不依賴植物光合作用，以二氧化碳、電解產(chǎn)生的氫氣為原料，成功生產(chǎn)出淀粉。而這意味著，淀粉生產(chǎn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式向工業(yè)車間生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變成為可能。

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植模式中，淀粉主要由綠色植物通過光合作用固定二氧化碳進(jìn)行合成。改善光合作用這一生命過程，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化速率和光能的利用效率，成為了提升淀粉的生產(chǎn)效率的關(guān)鍵所在。但隨之而來的疑問是，在我們身邊無處不在的生命——活著——究竟意味著什么呢？從氣候變化到流行瘟疫，從生物多樣性的喪失到食品安全問題——面對(duì)一系列的未知世界，想要做出解答，進(jìn)而得以更好地生活下去，每個(gè)人都需要了解生物學(xué)，理解生命。

以下內(nèi)容選自《五堂極簡生物課》，小標(biāo)題為編者所加，非原文所有。已獲得出版社授權(quán)刊發(fā)。

原作者丨保羅·納斯

摘編丨安也

《五堂極簡生物課》，[英]保羅·納斯 著，于是 譯，博集天卷丨湖南科學(xué)技術(shù)出版社2021年8月版。

這是個(gè)大問題。我在學(xué)校得到的答案是生物必考題MRS GREN 清單之類的東西——生物體會(huì)表現(xiàn)出如下特征：運(yùn)動(dòng)（movement）、呼吸（respiration）、應(yīng)激反應(yīng)（sensitivity）、生長（growth）、繁殖（reproduction）、排泄（excretion）和吸收營養(yǎng)（nutrition）。這番簡潔明了的總結(jié)確實(shí)概括了生物體的行為表現(xiàn)，但對(duì)于“生命是什么”，卻算不上令人滿意的解釋。我想換一種思路。根據(jù)我們已經(jīng)逐步理解的五個(gè)生物學(xué)的重要概念，我將總結(jié)出一套可以用來定義生命的基本原則。這些原則將讓我們更深入地了解生命是如何運(yùn)作、如何開始的，以及將我們星球上的所有生命聯(lián)系在一起的關(guān)系的本質(zhì)。

當(dāng)然，很多人都試圖回答這個(gè)問題。薛定諤在1944年出版的極富先見之明的著作《生命是什么》中，闡述了他對(duì)遺傳和信息的看法。他提出了“生命密碼”的構(gòu)想，現(xiàn)在，我們都知道那就是寫在DNA中的信息。但在書的結(jié)尾，他暗示了一種近似活力論的結(jié)論：要真正解釋生命是如何運(yùn)作的，我們可能需要一種全新的、尚未被發(fā)現(xiàn)的物理法則。

幾年后，激進(jìn)的英裔印度籍生物學(xué)家J.B.S.哈爾丹也寫了一本題為《生命是什么》的書，并在書中宣稱：“我不會(huì)回答這個(gè)問題。事實(shí)上，我很懷疑這個(gè)問題會(huì)不會(huì)有完整的答案�！彼�把活著的感覺與我們對(duì)顏色、痛苦或努力的感知相比較，以示“我們無法用別的說法來描述它們”。我對(duì)哈爾丹的說法深有共鳴，但這也讓我想起了美國最高法院法官波特在1964年定義色情時(shí)所說的話：“我看到就知道了�！�

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、遺傳學(xué)家赫爾曼·馬勒（Hermann Muller）就沒這么猶豫了。他在1966年用簡單的一句話將生物單純定義為“具有進(jìn)化能力的東西”。馬勒正確地指出了思考“生命是什么”的關(guān)鍵，就在于確立達(dá)爾文的通過自然選擇進(jìn)化的偉大思想。進(jìn)化論是一套機(jī)制——事實(shí)上也是我們所知的唯一機(jī)制——能在不借助超自然的造物主的情況下，產(chǎn)生出多樣的、有組織、有目的性的活的實(shí)體。

我們應(yīng)該來如何定義生命？

擁有通過自然選擇進(jìn)化的能力，這是我用來定義生命的第一個(gè)原則。正如我在自然選擇那一章中所說的，它取決于三個(gè)基本特征。為了進(jìn)化，生物體必須能夠繁殖，必須有一套遺傳系統(tǒng)，并且，遺傳系統(tǒng)必須表現(xiàn)出變異性。任何具有這些特征的實(shí)體都可以且必將進(jìn)化。

我的第二個(gè)原則是，生命形態(tài)是有邊界的有形實(shí)體。它們與身外的環(huán)境分離，但又有互動(dòng)溝通。這個(gè)原則來自細(xì)胞的概念，細(xì)胞是能清楚體現(xiàn)生命所有標(biāo)志性特征的最簡單的實(shí)體。這個(gè)原則強(qiáng)調(diào)了生命的實(shí)體性，將計(jì)算機(jī)程序和文化實(shí)體排除在了生命形式之外，哪怕它們似乎也可以進(jìn)化。

我的第三個(gè)原則是，生命體是化學(xué)、物理和信息機(jī)器。它們構(gòu)建自身的新陳代謝，并以此維持自身的存續(xù)、成長和繁殖。這些生命體通過管理信息來自我協(xié)調(diào)和調(diào)控，以讓生命體作為有目的性的整體來運(yùn)作。

這三個(gè)原則共同定義了生命。任何按照這三個(gè)原則運(yùn)作的實(shí)體都可以被認(rèn)為是有生命的。

要想充分了解生命體的運(yùn)作方式，就要更詳盡地闡述構(gòu)成生命基礎(chǔ)的非凡的化學(xué)形式。這一化學(xué)的一個(gè)主要特征是，它是圍繞著主要由碳原子連接而成的大聚合物分子構(gòu)建的。DNA就是其中一種，它的核心目的是作為一個(gè)高度可靠的、長期存儲(chǔ)信息的載體。為此，DNA螺旋結(jié)構(gòu)將含有信息的核心元素——核苷酸堿基——置于螺旋體的核心位置，讓它們處于穩(wěn)定且良好的保護(hù)之下。正因?yàn)橛羞@樣穩(wěn)妥的保護(hù)，研究古代生物DNA的科學(xué)家們才能從生于遠(yuǎn)古、死于遠(yuǎn)古的生物體中獲取DNA并對(duì)其進(jìn)行測序，其中包括一匹在永凍層中冰凍了近百萬年的馬！

紀(jì)錄片《絕對(duì)好奇：細(xì)胞戰(zhàn)場》（2012）劇照。

但是，儲(chǔ)存在基因DNA序列中的信息不能一直處于隱藏狀態(tài)而不發(fā)揮作用。信息必須轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，以生成支撐生命的新陳代謝活動(dòng)和實(shí)體結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)存在化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定但相當(dāng)無趣的DNA中的信息必須轉(zhuǎn)化為有化學(xué)活性的分子：蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)也是碳基聚合物，但與DNA不同的是，蛋白質(zhì)上大部分化學(xué)性質(zhì)可變的部分位于聚合物分子的外部。這就是說，它們會(huì)影響蛋白質(zhì)的三維形態(tài)，也會(huì)影響它們與外部世界的相互作用。最終，這使它們能夠發(fā)揮諸多功能，構(gòu)建、維持和再造化學(xué)機(jī)器。與DNA不同的是，如果蛋白質(zhì)受損或被破壞，細(xì)胞可以輕而易舉地構(gòu)建一個(gè)新的蛋白質(zhì)分子來替代它們。

我想不出比這更優(yōu)雅的解決方案了：這些線性碳基聚合物的多種布局既能生成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的信息儲(chǔ)存裝置，又能產(chǎn)生高度多樣化的化學(xué)活動(dòng)。我發(fā)現(xiàn)，生命的化學(xué)的這一面既極其簡單，又卓越非凡。生命體將復(fù)雜的高分子化學(xué)與線性信息存儲(chǔ)相結(jié)合的方式實(shí)在令人嘆服，我推測，這個(gè)原理不僅是地球生命體的核心，也很可能是宇宙中任何地方的生命的核心構(gòu)造。

盡管我們和所有已知的生命形式都依賴于碳基聚合物，但我們對(duì)生命的思考不應(yīng)該受制于地球上的生物化學(xué)經(jīng)驗(yàn)。我們可以天馬行空地去想象，宇宙中其他地方的生命以別的方式運(yùn)用碳，甚或壓根就不是構(gòu)建于碳基之上的生命體。比如說，英國化學(xué)家和分子生物學(xué)家格雷厄姆·凱恩斯-史密斯（Graham Cairns-Smith） 就曾在20世紀(jì)60年代構(gòu)想了一種原始的生命形式，它會(huì)基于結(jié)晶狀黏土顆粒進(jìn)行自我復(fù)制。

凱恩斯-史密斯想象中的黏土顆粒是以硅為基礎(chǔ)的，科幻小說作家都很熱衷于幻想硅基外星生物。和碳原子一樣，硅原子最多可以組成四個(gè)化學(xué)鍵，我們已經(jīng)知道它們可以形成聚合物：硅酮密封膠、黏合劑、潤滑劑和廚具的主要成分都是硅。原則上，硅基聚合物可以很大，而且多樣，足以包含生物信息。

然而，盡管硅在地球上的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳，地球上的生命卻是基于碳的。這或許是因?yàn)樵诘厍虮砻娴默F(xiàn)成條件下，硅不像碳那么容易與其他原子形成化學(xué)鍵，因而不能為生命制造出足夠的化學(xué)多樣性。不過，如果在假想地外生命時(shí)徹底排除硅基生命，或完全基于其他化學(xué)成分的生命，覺得它們不可能在宇宙中其他地方的不同條件下茁壯生長成生命體，就太愚蠢了。

如何區(qū)分生命和非生命？病毒是一個(gè)很好的例子

思考生命是什么時(shí)，人們很容易在生命和非生命之間劃出一條鮮明的分界線。細(xì)胞顯然是有生命的，所有由細(xì)胞集合而成的生物體也是有生命的。但也有居于兩者之間、類似生命的形態(tài)。

病毒是個(gè)很好的例子。它們是有基因組的化學(xué)實(shí)體，有的基于DNA，有的基于RNA，包含了制造包裹每個(gè)病毒的蛋白質(zhì)外衣所需的基因。病毒可以通過自然選擇進(jìn)化，這一點(diǎn)符合馬勒的定義，但別的方面就不那么清晰了。尤其是從嚴(yán)格意義上說，病毒不能自我繁殖。相反，它們繁殖的唯一途徑是感染生物體的細(xì)胞，劫持被感染細(xì)胞的新陳代謝。

所以，當(dāng)你感冒時(shí)，病毒會(huì)進(jìn)入你的鼻腔細(xì)胞，利用它們的酶和原料來反復(fù)多次地繁殖病毒。隨著病毒大量滋生，鼻子里受感染的細(xì)胞破裂并釋放出了成千上萬的感冒病毒。這些新的病毒會(huì)感染附近的細(xì)胞，并進(jìn)入你的血液，繼而感染其他地方的細(xì)胞。這是一種非常有效的策略，可以讓病毒持續(xù)存在，但這也意味著病毒不能脫離其宿主的細(xì)胞環(huán)境單獨(dú)運(yùn)作。換句話說，它完全依賴于另一個(gè)生命體。你差不多可以這樣說：在宿主細(xì)胞中具有化學(xué)活性和繁殖能力時(shí)，病毒是活著的，但當(dāng)它在細(xì)胞外作為化學(xué)惰性病毒存在時(shí)，它又不算是活著的，病毒就在這兩種狀態(tài)間不斷切換。

有些生物學(xué)家就此得出結(jié)論，病毒的存續(xù)嚴(yán)格依賴于另一個(gè)生命體，這就意味著病毒不是真正的生命體。但我們還要記住很重要的一點(diǎn)：幾乎所有生命形態(tài)，包括我們?nèi)祟�，也都依賴于其他生命體。

紀(jì)錄片《人體奧妙之細(xì)胞的暗戰(zhàn)》（2012）劇照。

你很熟悉的身體，其實(shí)是一個(gè)由人類細(xì)胞和非人類細(xì)胞的混合物組成的生態(tài)系統(tǒng)。我們自身有30萬億左右的細(xì)胞，但生活在我們身上和我們體內(nèi)的細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌和單細(xì)胞真核生物等不同群落的細(xì)胞總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)字。許多人還攜帶著比它們更大的動(dòng)物，包括各種腸道蠕蟲，生活在我們皮膚上并在我們的毛囊中產(chǎn)卵的八條腿的小螨蟲。在這些與我們親密無間的非人類同伴中，有很多都嚴(yán)重依賴我們的細(xì)胞和身體，但我們也依賴其中的一些。比如，內(nèi)臟中的細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生某些我們自身的細(xì)胞無法制造的氨基酸或維生素。

我們也不應(yīng)該忘記，我們吃的每一口食物都是由其他生物體制造的。甚至有許多微生物，比如我研究的酵母菌，也完全依賴于通常由其他生物體制造的分子。比如那些包含葡萄糖和氨的分子，這些成分是制造含碳和氮的大分子所必需的。

植物似乎更加獨(dú)立。它們可以吸收空氣中的二氧化碳、地里的水，并利用太陽能(000591,股吧)來合成它們需要的許多更加復(fù)雜的分子，包括碳基聚合物。但即便是植物，也要依賴在根部或根部附近發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌，從空氣中捕捉氮。沒有那些細(xì)菌，植物就不能制造構(gòu)成生命的大分子。事實(shí)上，據(jù)我們目前所知，沒有任何一種真核生物能夠獨(dú)自辦成這件事。這就意味著，沒有任何一種已知的動(dòng)物、植物或真菌物種能夠完全從零開始、赤手空拳地完成產(chǎn)生自身細(xì)胞的化學(xué)過程。

因此，要說真正獨(dú)立的生命體——堪稱完全獨(dú)立，能無牽無絆地自由生活的——恐怕就是那些乍一眼看起來相當(dāng)原始的生命形式了。其中包括微型藍(lán)藻，通常被稱為藍(lán)綠藻，它們既能進(jìn)行光合作用，又能自己捕獲氮；還有古細(xì)菌，它們能從海底火山的熱液噴口獲取所需的能量和化學(xué)原料。這太令人震驚了：這些相對(duì)簡單的生物不僅比人類生存的時(shí)間長得多，還比我們更加自立。

我們?nèi)祟惖墓适�，到底是怎么開始的呢？

不同生命形式間的深度相互依存也反映在我們細(xì)胞的基本構(gòu)成中。產(chǎn)生我們身體所需能量的線粒體原本是完全獨(dú)立的細(xì)菌，它們掌握了制造ATP的能力。但在15億年前，命運(yùn)發(fā)生了一些意外的轉(zhuǎn)折，有些線粒體細(xì)菌住進(jìn)了另一種類型的細(xì)胞內(nèi)。隨著時(shí)間的推移，宿主細(xì)胞變得極其依賴這位入駐的細(xì)菌客人所制造的ATP，以至于讓線粒體成了永久住客，成為細(xì)胞內(nèi)的固定裝置。這種互利關(guān)系得以鞏固，很可能標(biāo)志著整個(gè)真核生物系的開始。有了可靠的能量供應(yīng)來源，真核生物的細(xì)胞就擁有了變得更大、更復(fù)雜的能力。反過來，這又促成了動(dòng)物、植物和真菌演化出今天這般繁茂的多樣性。

這一切都表明，生物體有一個(gè)分級(jí)的漸變光譜，從完全依賴他者的病毒，到更為自給自足的藍(lán)藻、古細(xì)菌和其他眾多植物。我堅(jiān)持認(rèn)為這些不同的形態(tài)都是有生命的，因?yàn)樗鼈兌际亲晕覍?dǎo)向的有形實(shí)體，可以通過自然選擇來進(jìn)化，雖然它們也在不同程度上依賴于其他生物體。

從這種更廣泛的生命觀出發(fā)，我們看待生命世界的眼光也會(huì)變得更豐富。地球上的生命都從屬于一個(gè)單一的、巨大的、相互關(guān)聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)，其中包含了所有生物。這種基本的關(guān)聯(lián)不僅來自生命體之間相互依存的深刻關(guān)系，還源于一個(gè)事實(shí)：追根溯源，所有生命體都有一些共同的進(jìn)化根源，因而在基因?qū)用嫦嗷リP(guān)聯(lián)。長久以來，生態(tài)學(xué)家一直很贊成這種深層關(guān)聯(lián)、相互關(guān)聯(lián)的生命觀。這個(gè)觀點(diǎn)最早源于19世紀(jì)初的探險(xiǎn)家、自然學(xué)家亞歷山大·馮·洪堡的思想，他認(rèn)為所有生命都被一個(gè)互相連接的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)在一起。這種相互關(guān)聯(lián)性是生命的核心，雖然這么說可能讓人意外，但應(yīng)該能讓我們有充分的理由停下來，更深入地思考人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)世界里的其他生命體造成了怎樣重大的影響。

生命之樹分杈繁密，生活在不同分支上的生物體的種類之多，令人震驚。但是，即便是這樣豐富的多樣性，在更重大、更基本的相似性面前也會(huì)遜色幾分。作為化學(xué)、物理和信息機(jī)器，所有生物體運(yùn)作的基本細(xì)節(jié)是相同的。比如，生物體都用相同的小分子ATP作為能量貨幣；都依賴DNA、RNA和蛋白質(zhì)之間的基本關(guān)系；都使用核糖體來制造蛋白質(zhì)。弗朗西斯·克里克認(rèn)為，從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的信息流是最根本的生命特性，所以，他把這種關(guān)系稱作分子生物學(xué)的“中心法則”。后來，有人指出了一些法則外的小特例，但克里克的核心觀點(diǎn)依然屹立不倒。

紀(jì)錄片《人體奧妙之細(xì)胞的暗戰(zhàn)》（2012）劇照。

所有生命的化學(xué)基礎(chǔ)中的這些深刻共性，指向了一個(gè)令人矚目的結(jié)論：如今地球上的生命只發(fā)生了一次。如果不同的生命形態(tài)各自獨(dú)立地出現(xiàn)了好幾次，并存活下來，那么，它們的后代能以如此相似的方式進(jìn)行基本運(yùn)作的可能性微乎其微。

如果所有的生命都棲居于同一棵巨大的生命之樹，那么，這棵大樹是從什么樣的種子生長出來的呢？不知何故，在很久很久以前的某個(gè)地方，無生命的化學(xué)物質(zhì)從無序狀態(tài)排列成有序組織，以使它們延續(xù)，自我復(fù)制，并最終獲得最重要的通過自然選擇進(jìn)化的能力。但這個(gè)故事，也就是我們?nèi)祟惖墓适�，到底是怎么開始的呢？

地球形成于45億多年前，太陽系誕生之初。在最初的5億年左右，地球表面特別熱，極不穩(wěn)定，不具備讓我們所知的生命出現(xiàn)的條件。目前發(fā)現(xiàn)的最古老的生物化石可以確定是存活于35億年前。這就意味著，生命的出現(xiàn)是在那幾億年中發(fā)生的。這個(gè)時(shí)間段非常漫長，并不是我們的大腦能輕易想象和理解的，但相對(duì)于地球上生命的歷史總長，幾億年只是一小段時(shí)間。

在弗朗西斯·克里克看來，在現(xiàn)有的時(shí)間總長內(nèi)，生命似乎根本不可能在地球上從無到有。所以，他提出生命肯定是在宇宙的其他地方出現(xiàn)的，被以部分或以完整的形態(tài)送到了地球。但這更像是逃避，而非回答生命如何從微不足道的起點(diǎn)開始出現(xiàn)這一關(guān)鍵問題。今天，我們可以對(duì)這個(gè)故事做出一番能讓人信服的描述，哪怕目前還無法全部得到證實(shí)。

死亡是生命的必由之路

最古老的化石看起來和今天的一些細(xì)菌非常相似。這說明當(dāng)時(shí)的生命形態(tài)可能已經(jīng)相當(dāng)完備，有被細(xì)胞膜包裹的細(xì)胞，有基于DNA的遺傳系統(tǒng)，有基于蛋白質(zhì)的新陳代謝。

但最先出現(xiàn)的是什么呢？以DNA為基礎(chǔ)的基因復(fù)制？以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的新陳代謝？還是將細(xì)胞封閉起來的細(xì)胞膜？在今天的生物體中，這些小系統(tǒng)形成了一個(gè)相互依存的大系統(tǒng)，并且必須作為一個(gè)整體才能正常工作。儲(chǔ)存在DNA中的基因只有在蛋白質(zhì)酶的協(xié)助下才能自我復(fù)制。但是，蛋白質(zhì)酶必須根據(jù)DNA中的信息指令來構(gòu)建。怎么能撇開一個(gè)去談另一個(gè)呢？還有一個(gè)事實(shí)是：基因和新陳代謝都依賴于細(xì)胞外膜把必要的化學(xué)物質(zhì)聚集在細(xì)胞內(nèi)，捕捉能量，并保護(hù)它們不受外界環(huán)境影響。但我們知道，今天的活細(xì)胞都是用基因和酶來構(gòu)建它們復(fù)雜的膜的�；�因、蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜組成關(guān)鍵的三位一體，所以很難想象其中的任何一個(gè)怎么單獨(dú)出現(xiàn)。只要你拿走一個(gè)元素，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)迅速崩潰。

在這三者中，解釋細(xì)胞膜的形成可能是最容易的。我們知道，構(gòu)成細(xì)胞膜的那種脂質(zhì)分子可以通過自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)來形成，這些反應(yīng)涉及的物質(zhì)和條件在年輕的地球上應(yīng)該已經(jīng)存在。當(dāng)科學(xué)家們將這些脂質(zhì)放入水中后，它們會(huì)有一些讓人意想不到的表現(xiàn)：它們會(huì)自發(fā)地組合成由膜封閉的中空球體，球體的大小和形狀與一些細(xì)菌細(xì)胞差不多。

膜封閉實(shí)體可以自發(fā)形成，如果這套機(jī)制足以采信，那么，就剩下DNA基因和蛋白質(zhì)誰先來的問題了。針對(duì)這個(gè)特殊的“先有雞還是先有蛋”的問題，科學(xué)家們找到的最佳答案是：沒有先后！反倒是DNA的化學(xué)表親RNA可能最先出現(xiàn)。

和DNA一樣，RNA分子也可以儲(chǔ)存信息。它們也可以被復(fù)制，復(fù)制過程中的錯(cuò)誤也會(huì)導(dǎo)致變異。這意味著RNA可以作為一種能進(jìn)化的遺傳性分子運(yùn)作。直到今天，基于RNA的病毒仍然如此行事。RNA分子的另一個(gè)關(guān)鍵特性是它們可以折疊，形成更復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，可以作為酶發(fā)揮作用�；�于RNA的酶完全沒有蛋白質(zhì)酶那么復(fù)雜，也沒那么多功能，但它們可以催化某些化學(xué)反應(yīng)。比如，對(duì)如今的核糖體的功能至關(guān)重要的幾種酶就是由RNA制成的。如果將RNA的這兩種特性結(jié)合起來，也許能夠產(chǎn)生既能作為基因又能作為酶的RNA分子：把遺傳系統(tǒng)和簡單的新陳代謝打包在一個(gè)袋子里。這就等同于有了一個(gè)能夠自我維持、以RNA為基礎(chǔ)的生命體。

紀(jì)錄片《人體奧妙之細(xì)胞的暗戰(zhàn)》（2012）劇照。

一些研究人員認(rèn)為，這些RNA生命體最早可能形成于深海熱液噴口周圍的巖石中。巖石中的微小孔隙可能提供了一個(gè)保護(hù)它們的環(huán)境，與此同時(shí)，從地殼中沸騰而出的火山活動(dòng)提供了穩(wěn)定的能量和化學(xué)原料。這種情況下，制造RNA聚合物所需的核苷酸有可能通過更簡單的分子組裝，完成從無到有的過程。起初，嵌在巖石中的金屬原子可能起到了化學(xué)催化劑的作用，使化學(xué)反應(yīng)無須生物酶的幫助就能進(jìn)行。

最終，經(jīng)過幾千年的試錯(cuò)和試對(duì)，這一過程可能最終催生出了由RNA構(gòu)成的機(jī)體，這些機(jī)體是有生命的，能自我維持和自我復(fù)制，并且，在未來的某個(gè)時(shí)候，它們可能會(huì)被納入膜封閉實(shí)體中。那應(yīng)當(dāng)算是生命出現(xiàn)的漫長道路中的第一個(gè)里程碑事件：第一批真正的細(xì)胞出現(xiàn)了。

我給你們描述的這番演變看似真實(shí)可信，但請(qǐng)記住，這也是高度猜測性的結(jié)論。第一批生命形態(tài)沒有留下任何痕跡，所以我們很難得知生命之初發(fā)生了什么，甚至很難確定35億多年前的地球本身到底處于什么狀態(tài)。

不過，一旦第一批細(xì)胞成功形成，接下來的事情就比較容易推想了。首先，單細(xì)胞微生物會(huì)在世界范圍內(nèi)蔓延，逐步在海洋、陸地和空氣中扎根。然后，20多億年過去了，體形更大、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的真核生物加入了它們的行列，但在很長一段時(shí)間內(nèi)，這些真核生物仍然是單細(xì)胞生物。真正的多細(xì)胞真核生物的出現(xiàn)要晚得多，還得再過十幾億年。如此推算便可知：多細(xì)胞生物在地球上存在了大約6億年，僅占生命歷史總長的六分之一。然而，就是在這段時(shí)間里，多細(xì)胞生物衍生出了我們周圍目力所及范圍內(nèi)形體最大的所有生命形態(tài)，包括高聳的森林、蟻群、巨大的地下真菌網(wǎng)絡(luò)、非洲大草原上的哺乳動(dòng)物群，以及距今年代最近的現(xiàn)代人類。

所有這些都是通過盲目的、未經(jīng)引導(dǎo)但又極具創(chuàng)造性的自然選擇進(jìn)化過程發(fā)生的。但是，在思考生命體的諸多成就時(shí)，我們應(yīng)該記住，只有當(dāng)一個(gè)種群中的某些成員無法生存和繁殖時(shí)，進(jìn)化才能有效地進(jìn)行。因此，盡管生命作為一個(gè)整體已自證是頑強(qiáng)的、持久的且具有高度的適應(yīng)能力，但單個(gè)生命體的壽命是有限的，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，其適應(yīng)能力是很有限的。這就是自然選擇出手的時(shí)機(jī)：消滅舊的秩序，如果種群中存在更合適的變種，就為新秩序鋪路。如此看來，死亡是生命的必由之路。

我們要關(guān)心一切生命，照料一切生命

自然選擇的無情篩選創(chuàng)造了許多意料之外的東西。最特別的產(chǎn)物之一就是人腦。就目前所知，沒有其他生物像我們這樣能意識(shí)到自身的存在。有自我意識(shí)的人類大腦一定是進(jìn)化出來的——至少有一部分經(jīng)過了進(jìn)化——為了讓我們在世界發(fā)生變化時(shí)有更多的余地來調(diào)整自身的行為。和蝴蝶，甚或其他所有已知的生物體不同的是，我們可以謹(jǐn)慎選擇并反思自身行為的動(dòng)因。

與其他生物系統(tǒng)一樣，大腦的運(yùn)作也基于相同的化學(xué)和物理過程。然而，不知為何，從同樣相對(duì)簡單的分子和眾所周知的動(dòng)能中，竟然涌現(xiàn)出了我們思考、辯論、想象、創(chuàng)造和受苦的能力。這一切是如何從我們大腦的濕化學(xué)中產(chǎn)生的？這給我們帶來了一系列極具挑戰(zhàn)性的問題。

眾所周知，我們的神經(jīng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元）間極其復(fù)雜的相互作用，這些神經(jīng)元會(huì)在相互之間創(chuàng)建數(shù)萬億個(gè)連接，被稱為突觸。這些深不可測、精妙繁復(fù)、持續(xù)變化、互相連通的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)建了信息通路，傳輸和處理豐富的電子信息流。

生物學(xué)中常見的研究方法是從較為簡單的“模型”生物入手，通過研究像蠕蟲、蒼蠅和小鼠之類的生物，我們可以了解到大部分情況。對(duì)于這些神經(jīng)系統(tǒng)如何通過感官從環(huán)境中收集信息，我們了解到的情況已經(jīng)相當(dāng)多了。研究人員已經(jīng)做了全面細(xì)致的工作，追蹤視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺信號(hào)在神經(jīng)系統(tǒng)中的移動(dòng)，還繪制了一些能夠形成記憶、產(chǎn)生情緒反應(yīng)和造成肌肉舒張等輸出行為的神經(jīng)元連接圖。

紀(jì)錄片《人體奧妙之細(xì)胞的暗戰(zhàn)》（2012）劇照。

這些工作都很重要，但只是個(gè)開始。對(duì)于理解數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元之間的相互作用，是如何結(jié)合并產(chǎn)生抽象思維、自我意識(shí)和看起來的自由意志的，我們還只是在起跑線上。為這些問題找到合情合理的答案，可能要耗費(fèi)21世紀(jì)這一百年，甚至可能需要更久。而且，我相信我們不能僅僅依靠傳統(tǒng)的自然科學(xué)方法來達(dá)到這個(gè)目的。我們將不得不吸取心理學(xué)、哲學(xué)和更廣泛意義上的人文科學(xué)帶來的各種真知灼見。計(jì)算機(jī)科學(xué)也會(huì)很有助益。當(dāng)今最強(qiáng)大的“人工智能”計(jì)算機(jī)程序就是用高度簡化的形式，為了模擬生命體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理信息的方式而構(gòu)建的。

這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)展現(xiàn)了越來越驚人的數(shù)據(jù)處理能力，卻沒有表現(xiàn)出任何類似于抽象思維或想象力、自我意識(shí)或知覺的東西。哪怕只是定義我們所說的這些心智特性都非常困難。在這個(gè)方面，小說家、詩人或藝術(shù)家可以通過貢獻(xiàn)創(chuàng)意想法的基礎(chǔ)，通過更清晰地描述情緒狀態(tài)，甚或通過追問存在的真正意義，助我們一臂之力。如果我們討論這些現(xiàn)象時(shí)，能在人文和科學(xué)之間有更多的共同語言，或至少有更強(qiáng)大的智識(shí)聯(lián)結(jié)，我們可能就可以更好地理解進(jìn)化是如何以及為什么讓我們發(fā)展成為化學(xué)和信息的系統(tǒng)，乃至以不可言說的方式意識(shí)到自己的存在的。要理解想象力和創(chuàng)造力是如何產(chǎn)生的，這本身就需要我們動(dòng)用所有想象力和創(chuàng)造力。

宇宙的浩瀚超乎想象。根據(jù)概率定律，在所有的時(shí)間和空間中，生命似乎不太可能只在地球上繁盛過一次，更不用說有意識(shí)的生命了。至于我們以后會(huì)不會(huì)遇到外星生命則是另一個(gè)問題。但如果我們真的遇到了，我確信它們和我們一樣，必然是自我維持的化學(xué)物理機(jī)器，經(jīng)由自然選擇進(jìn)化產(chǎn)生，是一種基于信息編碼構(gòu)建的聚合物。

我們的星球是宇宙中唯一能確定生命存在的角落。我們在地球上的生命是非凡的。生命不斷令我們感到驚喜，但是，哪怕其多樣性令人眼花繚亂，科學(xué)家們?nèi)灾铝τ谠忈屔�命的奧秘。正是這種對(duì)生命的理解，為我們的文化和文明做出了根本性的貢獻(xiàn)。我們對(duì)“生命是什么”的理解不斷加深，將有可能改善人類的命運(yùn)。但是，對(duì)生命的認(rèn)知絕不會(huì)止于人類本身。生物學(xué)已讓我們明白，我們所知的一切生物體都是相互關(guān)聯(lián)、密切互動(dòng)的。我們與所有其他生命都有深厚的關(guān)聯(lián)，在閱讀本書的過程中，爬行的甲蟲、感染的細(xì)菌、發(fā)酵的酵母、好奇的山地大猩猩和飛舞的黃蝴蝶一直陪伴著我們，同樣，生物圈中的每一個(gè)成員也始終在我們身邊。所有這些物種聚集在一起，都是生命世界里最偉大的幸存者，是同一個(gè)無法估量的龐大家族里最年輕的后裔，經(jīng)由一連串不間斷的細(xì)胞分裂，這個(gè)生命家族能回溯到時(shí)間的深處。

據(jù)我們所知，我們?nèi)祟愂俏ㄒ荒芸吹竭@種深層聯(lián)系，并思考這一切可能意味著什么的生命體。這讓我們對(duì)這個(gè)星球上的生命負(fù)有某種特殊的責(zé)任，因?yàn)樗鼈兌妓阄覀兊挠H戚，有些是近親，有些是遠(yuǎn)親。我們要關(guān)心一切生命，照料一切生命。而要做到這一點(diǎn)，我們首先要理解生命。

作者丨[英]保羅·納斯

摘編丨安也

編輯丨張進(jìn)

導(dǎo)語校對(duì)丨柳寶慶