生命到底是什麼？它與非生命的界限在哪裡？病毒是生命嗎？

病毒是生命嗎？能自我複製的計算機程序算生命嗎？將生命與非生命明確地劃分開來，這件事可能比我們想像的要難很多。本文從病毒學、化學、天體生物學、人工生命等角度，探討了定義何為「生命」難在何處，以及科學家在此問題上的進展。

撰文 Josh Gabbatiss

翻譯 撖靜宜

審校 張珂

什麼是生命，什麼不是？我們大多數人可能覺得這個問題並不需要很複雜的思考，很簡單啊，人是生命而石頭不是。

但科學家和哲學家們對此並沒有一個非常明晰的概念。為了思考究竟是什麼讓生物為「生」物，他們足足花了幾千年。從亞里士多德到卡爾·薩根，無數的偉人提出了一個個偉大的理論去定義生命，但是到目前為止沒有一個理論可以說服所有人。或者說，我們並沒有找到生命的「意義」。

而在過去的一百年間，定義生命甚至變得更加困難了。一直到19世紀，主流說法都認為，生命區別於非生命的因素，就在於無形的「靈魂」或是「精神」而不同。但目前科學界已經拋棄了這一理論，因為有更為科學的觀點取代了它。例如，美國航空航天局（NASA）就把生命定義為一種「符合達爾文進化理論並且可以自我維持的化學體系」。

但是，NASA的定義只是希望用簡潔的描述去定義生命的眾多嘗試之一。事實上，如今的科學界提出了超過100種的生命定義，這些定義大多關注生命的一小部分關鍵屬性，比如繁殖和代謝。然而，對與什麼才是定義「活著」的最重要的因素，不同科學家持有不同的意見。化學家認為生命應該被歸結為幾個特定的分子，然而物理學家則更偏向討論熱力學問題。

為了更好地理解為什麼定義生命如此之難，讓我們了解一下幾個工作在區分生命與非生命前沿的領域——

皰疹病毒（EB病毒）。圖片來源：Kateryna Kon/Science Photo Library

病毒學家：探索生命邊緣的灰色地帶

有些英文教材會用「MRS GREN」作為便於記憶的口訣，幫助孩子記住定義生命的7個元素：運動（movement）、呼吸（respiration）、感知（sensitivity）、生長（growth）、繁殖（reproduction）、排泄（excretion）和營養（nutrition）。但是這僅僅是定義生命的開始，絕不是終點。有很多用傳統的定義難以劃歸到生命的類別都擁有這7種特徵，比如一些晶體，以及具有傳染性的蛋白質——朊病毒；甚至一些計算機程序按照MRS GREN的歸類方法都可以被稱為生命。

經典的「臨界」個例就是病毒。「他們沒有細胞結構，不進行代謝，在沒有入侵細胞的情況下呈現惰性，所以有很多人（包括很多科學家）斷定病毒不是生命。」法國巴斯德研究院的微生物學家Patrick Forterre說。

但Forterre認為病毒是活著的，雖然他承認這個看法的確依賴於你如何確定分界點。

朊病毒幾乎被認為是「生命」。圖片來源：Alfred Pasieka/Science Photo Library

病毒幾乎缺乏所有我們認為是生命的條件，除了它們能通過編碼DNA或RNA來傳遞遺傳信息。DNA或RNA是生命構造的藍圖，被這個星球上所有的生命所共用，這便意味著病毒可以演化與複製，即便它們只能通過「劫持」其他活著的細胞來完成這些活動。

同我們知道的所有生命一樣，病毒攜帶了DNA或RNA，因此一些人認為病毒應當歸屬於生命，還有些人甚至聲稱病毒帶有讓我們了解生命起源的線索。如果是這樣的話，生命似乎便不再是非黑即白的實體，而更像一群物體模糊的集合，沒有明確的「活著」或「死亡」的邊界。

一些科學家贊同這種觀點，他們認為病毒「存在於化學與生物的邊界」。而這一觀點也催生了一個有趣的問題：什麼時候化學分子不再僅僅是各個部分的單純組合，而產生了生命的活力？

Harold Urey研究生命的起源。圖片來源：US Department of Energy/Science Photo Library

化學家：探索生命的「配料」

「如我們所知，生命建立在碳基聚合物的基礎之上。」斯克里普斯海洋研究所的Jeffrey Bada說。這些聚合物就是核酸（DNA的組分）、蛋白質和多糖，構成了現在豐富的生命。

Bada是Stanley Miller的學生，他參與了著名的Miller-Urey實驗。這個實驗在20世紀50年代進行，是最早探究生命如何從無生命的化學物質起源的實驗之一。他再次進行了這一著名的實驗，證明了在放電的條件下，原始地球上存在的化學物質可以產生更大範圍的生物相關分子。

但是這些化學物質是沒有生命的。只有它們開始進行一些特別的活動，例如排泄，或者自相殘殺時，我們才會認為它們是生命。那這些化學物質需要什麼條件才能一躍成為生命呢？Bada的答案出人意料。

「信息分子的錯誤複製可能是生命發生和演化的起源，這也因此造成了非生物化學向生物化學的轉變，」Bada說。複製，特別是錯誤複製導致了具有不同能力的「後代」的產生，這些分子後代開始為了生存而互相競爭。

「本質上來說，這就是分子層面的達爾文進化論。」 Bada說。

對於很多化學家而言，複製（病毒進行這一過程必須藉助生物細胞的力量）對於定義生命非常重要。這一事實也說明，可以進行複製的信息分子例如DNA和RNA，對於生物的未來也是必需的。

但是，從更廣的尺度上看，用某幾種特定的化學物質來定義生命似乎不妥。我們目前所知道的生命可能都需要DNA或是RNA，但是誰說得准在地球之外會不會有某些生命是不基於DNA或RNA的呢？

我們能在火星上發現生命么？圖片來源：Universal Images Group North America LLC/Alamy

天體生物學家：找尋奇怪的外星生物

預測外星生命也是一個棘手的任務。大多數的研究者，包括愛丁堡大學的英國天體生物學中心的Charles Cockell和他的同事們，都在通過地球上可在極端環境下生存的微生物來研究外星生命。他們認為，外星生命生活的環境可能會與我們迥然不同，但它們仍然很可能與地球上的生命共同擁有著生命的某種關鍵特徵。

「為了尋找可能超出我們目前定義的東西，我們需要保持開放的心態。」Cockell說。

如果直接把我們所了解的關於地球生物的知識套用到尋找外星生命的過程中，可能會產生令人疑惑的結果。例如NASA——他們原本認為自己對生命的定義已經相當不錯了，但1976年他們就被打臉過：當年，NASA發射的「海盜一號」成功著陸火星，並進行了三項用於測試生命的三個實驗。其中一個實驗似乎證明了火星上有生命——他們觀測到火星土壤的二氧化碳濃度較高，因此認為這說明有微生物在這顆紅色星球上生活和呼吸。

事實上，現在普遍認為，觀察者當時發現的二氧化碳釋放只是非生物的化學氧化反應，並不是當初激動人心的「似乎發現生命活動」的現象。

會有硅基生命演化出來嗎？圖片來源：Jeff J. Daly/Alamy

天體生物學家學習了之前的經驗，提高了用於尋找外星生命的標準。但是到目前為止還是一無所獲。

也許提高標準也會帶來壞處。薩根認為，目前對生命的搜尋仍然局限於地球上的碳基生命，以碳為中心，這種狹隘的觀念或許限制了對外星生命的尋找。

「也有人認為外星生命可能以硅為基礎，或者依賴不同於水的某種溶劑，」Cockell說，「甚至紅巨星，星際塵埃，氣體雲中都很有可能存在智慧生命。」

2010年，科學家發現，有一些微生物DNA中的磷可被砷取代（DNA為脫氧核糖核苷酸鏈，其中核苷酸中含有磷元素，其中磷氧鍵參與核苷酸連接成長鏈核酸），這一發現令天體生物學家非常激動。這些發現雖然後來受到了質疑，但無疑激勵了很多嘗試尋找不符合傳統規則的生命的科學家，很多人還是會繼續抱有希望。

人工智慧可能是某種不同尋常的生命。圖片來源：Science Photo Library

技術專家：建立人工生命

曾經人工生命只存在於科幻小說中，但是現在卻已經成為一個成熟的科學分支。

在某種程度上，人工生命包括生物學家在實驗室中將兩種及以上的已存在的生命形態組合在一起形成的新有機體，但是它也可以更抽象。

20世紀90年代，Thomas Ray就開始開發一套名為Tierra的計算機軟體，它演示了數字「生命形式」的合成與演化。如今，研究者還試圖開發計算機程序來真正地模擬生命，甚至有許多團隊開始開發帶有類生命特質的機器人。

「我們首先要明白什麼才是所有生命系統（而非僅僅我們地球的生命系統）都必須具備的特性，」美國里德學院的人工生命專家Mark Bedau說，「這就意味著，我們要嘗試給『生命』一個更廣泛定義的嘗試，而生物學只關注於我們比較熟悉的生命形式。」

合成生物學家一塊一塊地建立新生命，就如同搭樂高積木一樣。圖片來源：Brian Jackson/Alamy

即便如此，很多人工生命研究者依然在利用我們所知的關於地球上生命的知識來進行他們的研究。Bedau說，這些研究者所用的叫做「PMC模式」——其中P指程序（program，如DNA），M指代謝（metabolism），C指容器（例如細胞壁）。「值得注意的是，這不是通常意義上的生命的定義，只是一個最小化學生命的定義。」他解釋道。

這些研究非化學生命形式的人工生命研究者，他們的工作就是開發PMC模式的軟體或硬體。

「我認為，『生命』從根本上就不會有一個精準的定義，但是我們依然有一些可以瞄準的目標。」在南丹麥大學研究人工生命的Steen Rasmussen說。來自世界各地的團隊都在研究PMC模型中的各個單獨組分，並把它們放入系統以研究其性質。但是目前為止，沒人可以將這些組分裝配起來，成為一個有綜合功能的生命形式。

「這是一個自下而上的過程，需要一部分一部分地建立。」他解釋道。

人工生命的研究可能最終會應用到更廣泛的範圍，甚至製造出與我們的期望大相徑庭的生命。這類研究可能會幫助我們重新認識生命的定義。但是目前的研究者還沒有走到這個階段，Bedau說：「如何定義所有的生命形式暫時還不是讓研究者操心的課題。他們可能會在喝啤酒的時候聊聊這個問題，但並不會把探究這個問題當作他們的工作。」

斑馬並不能告訴我們生命究竟是什麼。圖片來源：Robert Harding/Alamy

哲學家：試圖解決生命的謎題

既然尋找和製造新的生命並不需要一個通用的定義，那這是不是意味著科學家可以停止思考生命的定義了？科羅拉多大學的哲學家Carol Cleland認為答案是肯定的，至少暫時是這樣的。

「如果你試圖用斑馬來概括哺乳動物的特徵，你會選擇哪種特徵？」她問道。「你可能不會選乳腺，因為一半的個體都沒有乳腺——只有雌性斑馬有。條紋可能是一個顯而易見的選擇，所有斑馬都有條紋，但是這僅僅是個巧合，有條紋這個特點並不是讓斑馬成為哺乳動物的理由。」

說到生命，也是一個道理。也許我們認為生命所必需的特質，實際上只是地球上生命所獨有的特質，畢竟從細菌到獅子都是從同一個祖先進化而來，這意味著在宇宙生命的圖表裡我們只有一個數據點。

正如薩根所說：「人們總是傾向於用自己熟知的事物來定義，但最根本的事實也許是超出我們意識範圍的。」

病毒應該被視為生命么？圖片來源：Jezper/Alamy

如果不找到其他的生命形式，我們就無法確定我們現在所認為的生命必需條件是否通用。製造人工生命或許可以提供一個新的方式去探索新的生命形態，但是至少在短期來看，任何在電腦中被憑空捏造出的生命都可能會受到我們現有的對於生命系統的偏見影響。

為了恰當地定義生命，或許我們還是需要尋找外星生命。但是諷刺的是，缺乏對於生命的明確定義，反過來又使發現外星生命變得更加困難。想像一下，如果在21世紀20年代，新的火星探測器登上了火星，卻從一個火星人身邊直直地開走了，只是因為我們無法辨認出它是有生命的。

「生命的定義也可能阻礙我們尋找新生命，」Cleland說，「我們需要擺脫現有的概念，這樣才能有一個開放的態度去尋找我們不了解的生命。」

http://www.bbc.com/earth/story/20170101-there-are-over-100-definitions-for-life-and-all-are-wrong

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