生命到底是什麼？不同學科的科學家眼中有不同答案

示意圖：人類皰疹病毒。病毒是生命嗎？

生命到底該如何定義？朊蛋白是生命嗎？

　　新浪科技訊 北京時間1月10日消息，我們中的絕大部分人在生活中要想區分什麼是「活的」，什麼不是「活的」應該不會是一件非常困難的事情，你看：一個人是活的，但是一塊石頭則不是活的。太簡單了！

　　但是在科學家和哲學家們的眼裡，這件事卻沒有那麼簡單。他們花費數百年的時間來思考：究竟什麼讓一樣東西成為「活的」。人類中的那些最偉大的頭腦們：從亞里士多德到卡爾薩根，都曾經在這個問題上做過大量思考，但直到現在卻都還沒有一個具有共識性的結論。這也就意味著，從文字定義的角度來說，我們迄今仍然還沒有一個達成共識的關於生命的定義。

　　在過去的100年間，我們對於生命的定義變得更加困難了。一直到19世紀以前，人們一直認為生命是非常特殊的，而之所以如此，是因為我們的身體內隱藏著一種看不到的「靈魂」。但在科學界，這樣的說法現在已經逐漸消失了。現在的人們看待這一問題的視角更加科學了。比如說美國宇航局將生命定義為「能夠自我維繫，且能夠進行達爾文進化的化學系統」。

　　但美國宇航局也僅僅是許許多多試圖將所有生命現象歸入一個簡單定義中的機構中的一個。事實上，人們已經提出了超過100個有關生命的定義，其中大部分著眼於一些生命所具有的關鍵特徵，比如繁殖以及新陳代謝。

　　讓事情更加糟糕的是，不同學科的科學家在「究竟什麼才能真正被用來定義生命」這一重要問題方面的想法是很不同的。一個化學家傾向於將生命看做大量分子的結合，而物理學家則更多會從熱力學角度去進行討論。

　　為了對「什麼是生命」這一問題有一個更好的理解角度，讓我們先來聽聽那些在這一領域前沿工作的一些科學家們的看法吧。

　　病毒學家的觀點：

　　病毒學家正是這樣一群人。他們的工作正是探尋處在我們所知的生命範疇邊緣的那些灰色地帶。

　　在西方的小學裡，孩子們會學習到一個說法，叫做「格雷女士」（MRS GREN）。這其實是一個記憶口訣，老師希望藉此幫助孩子們記住定義生命的7個關鍵特徵：運動（Movement）、呼吸（Respiration）、感受性（Sensitivity）、生長（Growth）、繁殖（Reproduction）、排泄（Excretion） 以及營養（Nutrition）。

　　這當然是不錯的認識開端，但卻談不上嚴謹。有很多我們不會將其視作生命的東西卻可以滿足這些定義條件。比如有些叫做「阮病毒蛋白」的感染性蛋白顆粒，甚至是某些計算機程序，如果按照MRS GREN定義方法，那就都成為生命了。

　　經典的分界線還是在病毒這裡。法國巴黎巴斯德研究所的微生物學家帕特里克·伏特里埃（Patrick Forterre）表示：「它們不是細胞，它們沒有新陳代謝，並且除非它們遇到合適的細胞，否則它們將一直都是休眠的。因此很多人，包括很多科學家都認為病毒並不是生命。」

　　但在伏特里埃看來，病毒的的確確就是生命。不過他也承認，病毒是否能夠被歸入生命範疇，很大程度上要取決於你將生命定義的邊界放置在何處。

　　儘管病毒看上去幾乎缺乏一切在我們看來屬於加入「生命俱樂部」所必須的條件，但它們的確擁有遺傳物質DNA或者RNA。這是生命的藍圖，整個星球上所有生命之間都是相通的。這就意味著病毒可以進化和複製——儘管它們必須藉助其他細胞才能完成這一過程。

　　病毒攜帶有DNA或RNA的事實讓很多人認為病毒應該能夠被歸入生命進化樹中去。甚至有科學家認為病毒可能隱藏著地球上生命最初誕生的奧秘。如果情況的確如此，那麼生命在其最初的階段就完全不是非黑即白的狀態，而是某種不甚清晰的，介於生命與非生命之間的模糊邊界。

　　一些科學家已經接納了這一觀點。他們將病毒視作是「介於化學體和生命體之間的邊界上」。而這就引出了一個十分有趣的問題：究竟從何處開始，所有化學成分的總和開始超越化學本身而進入生命的範疇了呢？

　　化學家的觀點：

　　化學家們的工作是探索構建生命的「菜單」。

　　美國斯克里普斯海洋學研究所的傑弗里·巴達（Jeffrey Bada）表示：「我們所知的生命是基於碳元素的大分子聚合物。」正是基於這些聚合物——它們被叫做氨基酸（構建DNA的基本構建），進一步出現了蛋白質和多糖，隨後整個豐富多彩的生命世界出現了。

　　巴達是美國著名化學家斯坦利·米勒（Stanley Miller）的學生——對，就是那個在上世紀1950年代構建名垂青史的「尤里-米勒實驗」的那個米勒。該實驗是人類首次嘗試證明生命物質可以從非生命的化學物質中誕生。巴達在他老師的工作基礎上更進一步，證明了在按照設想中早期地球大氣成分配置的混合氣體中放電，可以產生豐富得多的與生命有關的各類複雜分子。

　　但這些化學分子仍然是沒有生命的。只有當這些化學分子開始具備了排泄功能，或者開始互相廝殺，這時候我們才會給予它們「生命」的榮譽稱號。那麼這個關鍵的開關究竟在何處？究竟如何才能讓這些化學物質一躍而成為生命？巴達對此給出的答案令人驚訝。

　　他說：「遺傳信息分子的不完美複製可能標誌著生命和進化本身的起源，因而也是非生命的化學過程向生命演化的關健過渡。」化學複製的開端，尤其是非完美的，有差錯的複製將產生完美程度，或者說「能力」不同的「後代」。這些分子「後代」將會相互競爭，爭奪生存的機會。

　　巴達說：「這基本上就是分子層面上的達爾文進化。」

　　但在很多化學家看來，只有複製——也就是病毒必須要藉助感染細胞才能完成的過程，才能真正定義生命。一個事實是，攜帶遺傳信息的分子 ：DNA和RNA分子讓這種複製成為了可能，因此它們也應該被認為是構成生命的關鍵要件。

　　但如果我們將視野放的更加寬廣，那麼這種將特定化學分子視作生命標誌的做法很有可能就會失效。想想看，地球上的生命或許都有DNA或者RNA作為遺傳物質，但是有沒有我們目前還不了解的生命形式，它們是否也就一定是這樣的呢？

　　天體生物學家的觀點：

　　天體生物學家的工作是搜尋外星生命。

　　要想預言那些我們從未了解的地外生命是非常困難的。很多研究人員，包括英國愛丁堡大學天體生物學中心的查爾斯·考克爾（Charles Cockell）和同事們，都嘗試利用地球上生活在極端環境下的微生物作為可能地外生命形式的參考原型。他們推測認為，生活在地外世界的生命，其生存環境或許會和地球環境很不相同，但可能仍然會保留有一些與地球上的生命所共同的特徵，因此我們是可以識別出來的。

　　但考克爾也表示：「我們必須保持開放的頭腦，以便應對任何可能出現的，完全不符合以上定義範疇的生命形。」

　　甚至在嘗試將我們現有的關於地球生命的知識推廣至地球之外的生命時，我們也常常會遭遇令人困惑的結局。比如美國宇航局在1976年將海盜-1號飛船降落到火星地表時，他們當時認為他們自己對於什麼是生命是相當清楚的。這台著陸器攜帶了三種測試火星地表有無生命現象的測試儀器。一種測試的結果顯示火星上似乎存在生命：火星土壤中的二氧化碳水平很高，這說明在火星近地表的土壤中有微生物在呼吸——這是我們在地球上得到的研究經驗。

　　事實上，現在我們已經十分清楚，產生這一結果的原因與生命現象毫無關係，而只是非常一般的氧化化學反應結果。

　　正是在這樣的一次次嘗試中，天體生物學家們不斷利用這些經驗，使我們搜尋生命所使用的生命定義更加精準化，但直到目前為止，我們仍然沒有發現任何地外生命的跡象。

　　或許天體生物學家們也並不應該將生命的定義給的太過精準。卡爾·薩根曾經將我們默認生命就應該是基於碳元素的觀點稱作是「碳沙文主義」，並認為這樣的做法是作繭自縛，只會限制我們搜尋外星生命時的視野。

　　考克爾表示：「已經有科學家指出，外星生命也有可能是硅基生命，或者也並不需要依賴水的存在，而是某種其他的溶劑。已經有很多關於某種地外的雲霧狀智慧生命形式設想的討論。」

　　在2010年，有一條新聞說科學家們發現了一種細菌，其DNA內含有砷的成分，而通常這種結構是由磷構建的。這一消息讓很多研究天體生物學的科學家們感到興奮不已。儘管這一發現後來受到了質疑，但很多科學家仍然對於發現不同於傳統規則的新形式生命抱有希望。與此同時，一些科學家則開始考慮那些根本不基於化學的生命形式的可能性。

　　技術專家的觀點：

　　技術專家們想要製造出人工智慧生命。

　　人工智慧一直以來都是科幻電影和小說中的寵兒，但現在，關於製造人工智慧生命的話題已經成為一門嚴肅的科學。

　　從一個層面上說，人造生命可以是生物學家們在實驗室里將現存多種生物的組織器官部件結合起來，並重新組裝的工作。但這一名詞也可以更加抽象一些。

　　從上世紀1990年代開始，托馬斯·雷（Thomas Ray）編寫了著名的程序「Tierra」。這款軟體生成的程序能夠互相競爭，爭奪CPU時間和訪問主內存，也可以自我複製且有一定幾率在複製過程中發生變異，並有一個殺手程序負責淘汰那些失敗的變異。在這種情況下，這款軟體生成的程序被認為是可進化的。這是某種形式的「電子生命」嗎？在那之後，科學家們一直在改進程序，希望有朝一日能夠創造出真正模擬生命的軟體來。另外，世界上也有多個團隊正致力於研發具有某些生命特徵的機器人產品。

　　美國俄勒岡州波特蘭里德學院的人造生命專家馬克·貝都（Mark Bedau）指出：「首要的想法是想要理解適用於所有生命的基本特性，而並非僅僅是地球上的生命形式。這就需要對於什麼是生命這一問題採取一種非常寬廣的視野，而生物學往往只著眼於那些我們早已熟悉的生命形式。」

　　的確，我們絕大部分研究人工生命的科學家，他們腦海中的原型都是生活在地球上的生命形式。這也是他們經驗的基礎。貝都將這種做法總結為「PMC模型」——P是程序（program），比如說DNA，M是新陳代謝（metabolism），而C則是容器（container），比如說細胞壁。他說：「必須指出，這並非生命的普遍定義，而只是最小的生命化學定義。」

　　而對於那些致力於非化學體系人工生命研究者們，他們的任務則是創造軟體或硬體版本的這種PMC模型組件。南丹麥大學的斯迪恩·拉斯穆森（Steen Rasmussen）表示：「從根本上來說，我不認為生命存在某種截然的定義，但我們仍然要盡量達成這一點。」來自全世界各地的科學家們正致力於發展PMC對應的各個組件，創建能夠展示一個或多個此類性質的系統。然而到目前為止還沒有人能夠將所有這一切組合到一起，並形成某種具備完備功能的組合生命體。

　　拉斯穆森表示：「這是一種從底層開始向上組裝的過程，一件一件組建起來。」

　　人工生命研究或許最終將會在一個更加宏觀的尺度上獲得成功，從而創建出某種完全不同於任何地球上現存生命形式的新型生命體。這樣的研究將重新確認我們對於生命的定義。但到目前為止科學家們還尚未抵達這一步。貝都表示：「他們目前還不必擔心該如何去定義所有生命，或許他們會在喝啤酒的時候就這個話題聊上幾句，但他們並不需要在工作中論述這個問題。」

　　哲學家的觀點：

　　哲學家們一直以來都想解開生命之謎。

　　那麼，即便是那些致力於搜尋，乃至製造新型生命的研究人員們都還沒有著手去思考生命的普適性定義，科學家們是否應該繼續嘗試朝著這樣一個目標努力呢？美國科羅拉多大學波爾多分校的哲學家卡羅爾·克萊蘭德（Carol Cleland）認為答案的肯定的——至少暫時是這樣。

　　她問道：「如果你需要根據一隻斑馬來概括所有哺乳動物的特徵，你會選擇從哪裡入手？」她說：「答案當然不會是它們的乳腺，因為只有一半的斑馬才有。看起來它們身上的斑紋是一個不錯的選擇，但這些斑紋沒有代表性，斑馬並非是因為有了斑紋才被歸入哺乳動物的。」

　　在嘗試給出生命普適性定義的問題上也是一樣。或許我們認為非常必要的條件可能只不過是地球生命所特有的特徵。畢竟，從細菌到獅子，所有生命都具有一個共同的祖先，這一點就意味著我們對於宇宙中生命的描繪其實說到底只有一個樣本。

　　用卡爾·薩根的話來說：「人們傾向於用自己所熟悉的方式來解釋。但真正的真相或許是我們所不熟悉的。」

　　在我們真正發現並對不同於我們的新的生命形式開展研究之前，我們無法確知我們認為是生命要件的那些特徵是否的確是宇宙普適性的。創造人造生命或許為我們提供了一種探尋新的生命形式的途徑，但至少的比較近的一段時期內，我們很容易想像，那些在計算機里被構思出來的虛擬生命體，必定多多少少會受到創造它們的人，也就是我們人類，對於世界上所熟悉的那個生命系統認知的影響。

　　因此，如果想要真正定義生命，我們或許需要在找到外星生命之後才有可能。

　　但是具有諷刺意味的是，在發現外星生命之前，我們努力嘗試找到生命的確切定義，但這樣的努力本身卻可能最終妨礙我們最終找到外星生命。如果2020年代的新一代火星車在火星表面直接碾過一個火星人而沒有任何反應，原因僅僅是因為我們沒有辦法識別這是一個生命，那將是何等的悲劇啊！

　　克萊蘭德說：「我們給出的定義實際上會阻礙對新生命的搜尋。我們需要跳出現有的概念，這樣才能打開新生命發現的大門。」（晨風）