生命之光——讀《生物與非生物之間》

最新 06-01

端午假期，用一個早上讀完了一本科普作品《生物與非生物之間》。當然，假期的早上么，大約是……兩個來小時，哈哈。

這是一本關於生命現象的科普讀物，作者福岡伸一是日本青山學院分子生物學教授，是耕耘於分子生物學多年的學者。福岡教授的研究工作都是在世界一流的生物學研究機構完成，畢業於京都大學，曾在美國洛克菲勒大學和哈佛大學醫學系任博士後研究員、京都大學副教授。他試圖在這本書里結合自己的研究經歷通過一種文學化的筆法梳理二十世紀以來生物學界對於生命現象認識的幾個過程，是一部篇幅不長，但非常優秀的科普作品。

我在買這本書的時候並沒有看到豆瓣上9.0的高分。我也承認，最初是沖著書中關於博士和博士後的犀利而有趣的吐槽而入手的。但是真正讀下去之後，還是讀到了一些有趣的信息，福岡教授輕鬆詩意的文筆和優秀的翻譯也使得整個閱讀過程變得流暢愜意。同時，結合我自己近幾年來所做的關於生物的課題和研究工作，也有了一點想要分享的看法。

何為生命？

人們對於生命現象本身的認知是遠遠滯後於其他科學技術的發展的。二十世紀前半葉，人們對於生命的定義是：

「生命是一套可以自我複製的系統。」

這個定義當然是顯然而便於理解的，細胞可以分裂，細菌可以增殖，任何我們見得到的生物都有著自發繁殖的傾向和行為，只不過形式不同而已。

然而這明顯是一個針對性太強、範圍太狹窄的定義。很快，病毒的發現就進一步推動了人們對於生命的認識。只能在宿主內完成複製和增殖、但脫離了宿主毫無生命跡象也絲毫無法自我複製的病毒究竟是不是我們認知意義上的「生命」？在很長一段時間內這都是生物學界爭論的一個焦點問題。人們也並不知道我們所謂的「複製」究竟是以一種怎樣的微觀機制完成的。在本書中，福岡教授就認為「病毒並不是生物」，而關於生命的以上定義，當然是過於簡單了。

直到1953年，劍橋大學的兩位研究員沃森和克里克在《自然》雜誌上發表了揭示DNA（脫氧核糖核酸）分子結構的經典論文，才開啟了研究生物自我複製機制的新時代。DNA是遺傳信息，即「基因」的載體，生物的自我複製行為是在DNA的「指導」下得以進行的，這種複製過程的物質基礎是DNA特殊的雙螺旋結構。

基於此，二十世紀後半葉，全世界數以千萬的生物學家和研究者們一點點弄清楚了生物體在微觀的細胞里實現自我複製的過程，以及每個我們能夠「看」到的生物大分子在其中扮演了怎樣的角色。可是這些結果更多的是一種庖丁解牛式的、還原論式的靜態的信息，展示了越來越多的微觀細節。而並沒有從概念上，針對生命現象給出新的認識和解讀。

早在1944年，身為物理學家的薛定諤（沒錯就是那個虐貓狂人薛定諤）在一本薄薄的著作《生命是什麼》中，提出了一個有趣的問題：

為什麼相對於我們的身體，原子的尺寸這麼小？

福岡教授認為，關於這個問題的認知進一步推動了我們對生命現象的認識。從統計物理的角度講，任何一種「行為」，或者說「現象」，都是大量無規則運動的微小原子在一定條件下運動的平均狀態的體現。參與運動的原子數量越多，則這種統計效應越顯著，形成的宏觀「行為」越清晰，就好像相機和顯示器的解析度一樣，顯色的點越多形成的圖像越清楚。如果我們認為大量原子宏觀上的「行為」是一種「秩序」的話，那麼需要形成一個行為如此複雜、如此「有秩序」的生物體，比如說人，在統計上確實是需要如此多數量的原子的。薛定諤從物理的角度給出了一個新穎的理解，生物體並不是一個個已經成型的微觀結構和分子，蛋白質、DNA、糖類、脂類等等的一種積累和組合，在微觀的層面，生命的每一個組分、甚至每個原子都在進行著運動，都處於動態之中。這無疑是一種認識上的突破，生命現象並不是簡單的一組原子在做著重複的複製，而具備更複雜的和環境的交互方式。

實際上在比薛定諤提出問題還早些的年代，已經有科學家通過實驗證明了一個類似的問題，卻並沒有得到人們深刻的認識。魯道夫·舍恩海默第一次用同位素標記的方法證明了，被小鼠吃掉的食物中的氨基酸，居然廣泛地分布在小鼠的全身各個部位，肝臟、腎臟、脾臟、血清等等的細胞中。而有趣的是，小鼠的體重並沒有發生變化。這意味著來源於外界的氨基酸是「替換」了機體原本的氨基酸，而不是僅僅被作為能量來源被消耗了！我們身體中的原子分子，每時每刻都在發生著更新和替換。由此，福岡教授重新定義了他所理解的生命現象：

「生命就是處於動態平衡狀態的流體。」

前些年有一個頗為文藝的說法在各大社交網站上流傳：「七年時間，全身細胞都會更換一遍，所有難過和開心，都能重新來過。」。這裡咱們不談文藝的事兒，從科學的角度，確實到也沒出框。

在書中，他用自己曾經做過的一個實驗工作進一步地試圖說明這個定義的意義。他們研究組發現，當小鼠的一個控制關於胰島分泌消化酶的一種必須蛋白的基因被敲除後，小鼠在體內不再有這種蛋白的條件下，長大後卻非常健康！並沒有受到缺乏蛋白的影響。更有意思的現象在於，如果只是敲除了小鼠一部分控制該蛋白的基因而不是全部，小鼠長大後卻體現出了致命的病態。

福岡教授解釋到，所有生命現象的實現都是一個時間上的動態過程，如果恰好在一個「合適」的時間影響了功能的進行，生命體會用其他的實現方式來替代這種功能的缺陷；而如果這個破壞發生在特定的時間上，那麼這個過程中產生的錯誤往往就很難被生命體自身的糾正。生命過程中的各種現象都是相互關聯的過程，每時每刻，其中的原子、分子，都在找尋著一種精妙的動態平衡，正是這一個個不斷在變化的平衡點，讓生命體擁有了多姿多彩的形態、行為，擁有了作為生命的一切。

「名為生命的動態平衡系統始終保持著微妙的平衡，同時沿著時間軸，朝一個固定的方向不斷摺疊。生命無法倒退，每個瞬間都是完成態。」

福岡教授如是說。

「第一推動」

從知識的角度講，福岡教授這本《生物與非生物之間》所講述的更多的是過去幾十年中非常經典的，關於生命基礎現象的分子生物學知識。時間走到了21世紀的今天，這些知識已經非常成熟，大多也能在我們的中學課本中找到。作為一本科普讀物，也不可能將很多尚不成熟的發現、觀點、爭論講述得太多。從科學的角度來說，這本書並不是針對「生命是什麼」這個問題最前沿的解答。

在近五十年的時間裡，也有非常多的新解釋湧現出來，化學起源說、RNA世界說，甚至是外來生命說，都試圖解釋這個「我們是誰？我們從何而來？」的終極問題。甚至我們再看書中福岡教授的定義「生命就是處於動態平衡狀態的流體。」，都會讓人覺得，這並不是個嚴格意義上的定義，而更像是一種描述。至今，在遍布全世界各地的實驗室、研究所、大學中，科學家們還在孜孜不倦地探索著這個問題的答案。

在我讀博士這幾年裡，一直在做的就是一個電氣工程和生命科學高度交叉的研究課題，我也很有幸在美國著名的生物電研究中心學習工作了兩年。就我自己目前淺薄的關於生命科學的認識，我覺得現階段我們關於生命是什麼的認識，多數還是對於已有生命現象的「描述」。也就是說，我們逐步搞清了蛋白質、DNA、RNA……這些各式各樣的亞細胞大分子在各種生命現象中的功能和作用，但是還並不清楚，他們是為什麼成了這個樣子。因此，我們關於「生命是什麼」的答案，最終還是要追溯到「生命從哪裡來」這個起源的問題之上。福岡教授也說到，生命的每一個瞬間都是完成態，那麼如果我們不探尋回去，就意味著我們始終看到的是一個「結果」，而不是「原因」。

我之所以如此設想，是因為當各種亞細胞大分子的功能被揭示後，我們驚訝地發現了一個自我耦合的現象，或者說，悖論。

我們都知道生命是通過各式各樣的蛋白質來實現各種生物化學功能的，而蛋白質是通過記錄在DNA上的基因來合成的，這些都是中學課本中講述的知識。然而有趣的是，DNA的各種生命過程，比如複製、比如合成蛋白質的過程，恰恰需要特殊的蛋白質參與！換句話說，沒有蛋白質，DNA就無法複製，一切生命現象也就無從談起；而沒有DNA，則蛋白質就是無源之水根本無法從氨基酸被合成。

這就是個典型的「雞生蛋還是蛋生雞」的悖論。

因此，如果沒有完美地解釋這個問題，我們關於生命體微觀現象的探究最終都會卡在這個悖論之上。在這種圖景里，生命的各種動態過程就像一個自我運動的機器，將其中的各種分子調動起來各司其職地運動著。那麼，究竟是「誰」，啟動了這個過程呢？

這就是生命現象的「第一推動」的問題。

也正是由於這樣的一個悖論，如果我們的研究工作不回溯到生命起源之初，那最後難免會落入「自我證明」的窠臼裡面，並不能真正解決這個問題。

泛泛地說，科學走到這個地步，已經對於人類自身的認識挑戰到了非常嚴酷的程度。「第一推動」究竟來源於哪裡呢？

基督教徒告訴你，啊！是上帝創造了我們！是全知全能的上帝給予了生命初始的原動力！在創世紀的七天里，上帝造就了這一切！有了光！有了生命！有了亞當夏娃！有了你我！

佛教徒告訴你，一切的萬物都無始而無終，一切的生命都是在某個不起眼的瞬間聚合在一起，在下一個瞬間煙消雲散，一切探究起源的問題都是沒有意義的，都是「空」的。

道教告訴你，一切都誕生於「一」，而這個「一」是什麼呢？名可名，非常名，不可言說啊不可言說。

中國傳統的神話故事告訴你，形成這一切的，是女媧娘娘輕輕地一揮手。

我想，科學從業者們、科學家們，可能很難想想一代一代的人們為了推動科學脫離各種玄幻的思想流派所做的努力，最終卻將科學自己的認識推到了離這些思想如此近的位置上。

多麼有趣！

也多麼沉重。

這些天來被廣泛關注和討論的「柯潔和AlphaGo」之戰，悲觀者認為這是人類智慧的終結。而我恰恰覺得，至少在我們有生之年，這種論調有點過於杞人憂天了。因為我們連我們自己都沒搞清楚。一個粗略的估計是，CPU或者GPU工作時的能耗超過200多千瓦，而按照一個成人正常攝入食物所含的能量而言，柯潔的大腦功耗也就是20瓦左右，AlphaGo消耗了大約是柯潔一萬倍的功率。

我們還遠遠不知道，生命究竟蘊藏了多大的能量。

科學之外

科學工作強調的一貫是一種「絕對理性」。實驗室的工作，也多數時候是單純而安靜的。每每走出實驗室，看到絢麗的晚霞，或者點亮的華燈，都會有一種回到世界的穿梭感。當自己從具體的工作中抽離出來，靜靜地看看周遭的世界時，似乎更能感受到這種美好，這種由生命構建的絢麗的美好。我們慶幸自己生存在一個生命的世界，慶幸自己是一種生命，慶幸自己生而為人。

福岡教授的書中還有很多有趣的關於人的描述。正如開頭所言，他關於博士研究生、博士後研究員、科研工作者的一條條犀利吐槽，在展示了這個較為封閉的生態圈中眾生的生活狀態的同時，也講述了科學史上關於生命現象各個工作中一些不為人知的歷史故事。任何工作，都是由人來完成的，作為一個個個體的你和我，當然也跳不出一些科學之外的紅塵紛擾。

另外，我還是特別喜歡福岡教授的文筆，以及他關於美國美麗景色的描繪。

「九十五號公路蜿蜒起伏，深入廣闊的森林地帶。以黃色的楓葉為主的落葉闊葉林與針葉林相互交錯，形成一道斑斕的帶狀風景。架設在小河上的橋裝著木屋頂，這是為了防止積雪壓垮橋樑。公路也經過海邊，穿過小小的海港小鎮。大西洋冰冷的海浪拍打著混凝土築成的防波堤。岸邊堆滿了用來抓龍蝦的框子。」

這樣的場景讓我不由自主想起了在美國那些日子一個人開車的時候。我也曾在九十五號公路上來回多次，有陽光明媚，有驟雨突襲。穿過那些鬱鬱蔥蔥的高大樹木，掠過藏在林間叢中的清澈小湖，雖然是一個人，還是感動於自然的平靜和美好。

那種雨後青草散發出的特有的，混著泥土和清香的氣息，是生命的氣息。

那些傍晚時分葦草中一閃而過的螢火蟲的光芒，是生命的光芒。

我想，這就是我們去研究生命是什麼的最大的意義了吧。