计量生命的恼人难题

科学领域有一句名言：如果某个东西真实存在，我们就应该能够测量它（甚至有可能对它征税）。但我们能计量生命，或者测量“活着的程度”吗？这似乎是一个抽象的问题，但它近年来显露出一定的直观性。1997年，美国和欧洲的航天机构携手将卡西尼号探测器发射到土星及其卫星上。科学家最感兴趣的是“土卫六”，它是土星最大的卫星。克里斯蒂安·惠更斯于1655年发现了土卫六，之后天文学家一直对它好奇不已，这不仅是因为它的大小，还因为它被云层覆盖。在卡西尼项目实施之前，云层下面是什么，一直是个未解之谜。卡西尼号探测器伸出一根被贴切地称为“惠更斯”的小探针，它穿过土卫六的云层，安全到达这颗卫星的表面。“惠更斯”的探索显示出土卫六上有海洋和沙滩的景观，但这里的海洋是由液态乙烷和甲烷构成的，岩石则是由水冰构成的。土卫六上非常寒冷，平均温度为零下180摄氏度。

天体生物学家也对卡西尼号的任务抱有热切的兴趣。现在我们已经知道，土卫六的大气是一层厚厚的石化烟雾，它的云层充满了有机分子。然而，由于极度寒冷，就像我们知道的那样，该星体上不可能有生命存在。有一些猜测认为，某种奇异的生命形式可能会用液态甲烷代替水，但大多数天体生物学家并不认为这种做法可行。然而，即便土卫六上没有任何生命，它仍然与生命之谜密切相关。实际上，它构成了一个天然的化学实验室，已经在45亿多年间稳定地“烹制”出复杂的有机分子。说得再生动一些的话，土卫六就像一项失败的大型生物实验，它让我们直击“生命是什么”这一问题的核心。从化学意义上讲，如果土卫六在通往生命的盘绕长路上已经走了一段，却未能像地球那样抵达终点——产生生命，那么土卫六距离标志着“生命始于这里”的终点还有多远呢？我们可以认为现在的土卫六已经在某种程度上相当接近终点了吗？我们真的可以发现隐藏在它那朦胧云层下面的“近乎生命”的东西吗？

说得更明确一些，我们有可能建造某种生命计量仪，从土卫六的充满有机分子的大气中取样，并给出一个数值吗？想象一下，科学团队在未来完成了一项研究任务后宣称，“在超过45亿年的时间里，土卫六成功走完了通往生命之路的87.3%”，或者“土卫六只完成了从有机构成要素到简单活细胞这段漫长旅程的4%”。

这些说法听起来太荒谬了。但这是为什么呢？

当然，我们根本没有生命计量仪。更重要的是，我们完全不清楚这种计量仪的运作原理是什么。它到底能测量什么呢？理查德·道金斯引入了一个有趣的比喻来阐述生物演化过程，他称之为“不可能的山峰”。 ^[5] 复杂生命的出现不可能一蹴而就，它必须从非常简单的微生物开始，经过漫长的自然选择才能逐渐演化为复杂生命。在道金斯的比喻中，今天的复杂生命形式（比如人类）的祖先几十亿年来一直在攀登越来越高的山峰（这意味着在演化过程中生命形式变得越来越复杂）。非常有道理！但生命产生的第一步，或者从非生命到生命的转变，是怎么发生的呢？从简单化学物质的混合到最初的活细胞形成，中间的路径是什么，也要攀登化学意义上的“不可能的山峰”？似乎必然如此。要从简单分子的随机混合物转变成一种功能完备的生物，显然不可能通过化学层面上惊人的一跃来实现，必定要经过一段漫长的旅程，而且有各种中间步骤。没人知道那些步骤是什么（也许不包括后文中将要提到的最初步骤，参见第6章）。事实上，我们甚至无法回答一个更加基本的问题：从非生命到生命，从无生命的物质到生物，是一段漫长、渐进、不间断的进阶之路，还是一系列不连贯的重大变化，就像物理学所说的相变（比如，从水变成蒸汽）那样？没人知道答案。然而，无论是哪种情况，生命产生之前的“不可能的山峰”这个比喻是有用的，随着山峰越来越高，化学复杂性也越来越大。让我们回到被送至土卫六的假想生命计量仪，它如果存在，可能会被视为一种复杂性测高仪，测量土卫六的大气已经攀爬到了产生生命这座“不可能的山峰”的哪个高度。

显然，如果只关注化学复杂性，我们在解释“生命是什么”的问题时就会错失某些东西。一只刚死的老鼠与一只活老鼠的化学复杂性是一样的，但我们不会认为前者活着的程度是99.9%。显而易见，它就是死了。 我们又该如何看待那些正在冬眠而没有真正死去的微生物呢？比如，当遇到恶劣环境时，细菌芽孢会处于蛰伏状态，直到它遇到更好的环境并再次活跃起来；被称为缓步动物（俗称“熊虫”）的八足微型动物，会在极低的液氦温度下进入休眠状态，在温度升高后又“活过来”。当然，即便是这些适应能力很强的生物，也有生存力的极限。生命计量仪能告诉我们什么时候细菌芽孢或缓步动物将越过生命的临界点，再也不会醒来吗？

这不只是一个哲学难题。土星还有另一颗冰卫星，近年来得到诸多关注。这颗被称为“土卫二”的卫星会被其岩质核心内部的潮汐力加热，这种潮汐力是它围绕土星运行产生的。所以，尽管土卫二距离太阳非常遥远，表面又覆盖着冰层，但它的冰壳之下有海洋。不过，它的冰壳并不是完整无缺的。卡西尼号探测器发现，土卫二的冰壳上存在巨大裂隙，它一直在通过裂隙向太空喷射物质。这些物质都是有机分子，它们是否暗示了在寒冷的冰壳下面有生命存在呢？我们如何才能知道这一问题的答案？

NASA正在规划一项任务，计划在21世纪二三十年代飞到土卫二上空，主要目的就是寻找生物活动的痕迹。但他们面临着一个急迫的问题：应该用哪些仪器来完成探测工作，它们应该寻找什么呢？我们能为这次旅程设计出一种生命计量仪吗？尽管不可能用它精确测量“活着的程度”，但至少能够区分“远非生命”、“近乎活着”、“活着”和“曾经活着但现在已经死了”？甚至，我们要开始思考：在上述状态下，“生命是什么”这一问题有意义吗？

计量生命的难题还涉及一个更广泛的问题。人们一直对研究太阳系外行星的大气层的前景兴奋不已，试图通过了解足够多的细节，揭示太阳系外的生命迹象。但有说服力的确凿证据是什么样的？有些天体生物学家认为，大气中的氧泄露了真相，暗示光合作用是一个必备条件；其他人则认为，甲烷或者氧与甲烷的混合物才是必备条件。事实上，科学家尚未达成共识，因为非生物机制也能产生所有的常见气体。

1976年，事先定义生命的弊端给人们上了有益的一课，当时NASA的两个探测器海盗1号和海盗2号在火星着陆。这是美国航天局第一次也是迄今为止最后一次试图在另一颗行星上开展真正的生物实验，而不只是研究生命产生的条件是否存在。海盗号开展的实验中有一项被命名为“标记释放”，是由目前在亚利桑那州立大学任兼职教授的工程师吉尔伯特·莱文设计的。该实验的做法是，把培养基倒在火星的泥土上，观察培养基是否会被火星上的任何微生物消耗，并被转化成二氧化碳废气。培养基中的碳元素是经过放射性标记的，只要培养基释放出二氧化碳，就能被探测到。科学家确实探测到了二氧化碳。此外，当培养基被加热时，化学反应停止了，就好像火星上的微生物被热量杀死了。两个海盗号探测器在不同的地点重复该实验，均获得了相同的结果。直到今天，吉尔伯特仍然宣称他在火星上探测到了生命，并认为历史终将证明他是正确的。相反，NASA的官方说法是，海盗号探测器没有发现生命，“标记释放”实验的结果是由不寻常的土壤条件造成的。这很可能是NASA不想再重复这项实验的原因。

NASA和参与这项任务的科学家之间的尖锐分歧表明，如果只依靠化学标准，那么事实上，我们将很难判断另一个世界是否存在生命。我们都知道，设计海盗号探测器的初衷是寻找生命的化学踪迹。如果我们确信地球生命是唯一可能的生命形式，我们就有可能设计出用于探测足够复杂的有机分子的设备，而这些分子只能通过已知的生物过程产生。比如，如果该设备发现了核糖体（一种制造蛋白质的分子机器），生物学家就会确信，实验样本要么现在是活的，要么在不远的过去活过。但是，我们又该如何看待已知生命使用的更简单分子呢，比如氨基酸？情况不太令人满意：一些陨石中就含有氨基酸，而它们是在太空中形成的，并不需要经历生物过程。最近，科学家在距离我们400光年之遥的一颗恒星附近的气体云中发现了乙醇醛这种糖分子，但它本身离生命的显著特征还差得非常远，因为简单的化学反应就能产生这类分子。所以，我们有可能概括出化学复杂性的范围，但从氨基酸和糖到核糖体和蛋白质，这条分子链上的哪个环节才是生命产生的决定性因素？甚至，我们是否有可能纯粹依据化学指纹图谱来确定生命的存在？ 很多科学家喜欢把生命视为一个过程，而不是一种事物，也许这样的过程只在行星尺度上有意义。 ^[6] （参见第6章的迷箱12。） 4rkPgU1sGW2O8l+aL4LukWN3zraXWFnVwhBaH2ZyMGgOeBfFB2t1EipUl9pG2JwT