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生物是“分”出来的还是“合”出来的

有关人类生存世界的由来传说众多,比较有影响的大概有两大类:一是创世,即由天神(比如上帝或者女娲)创造了世界;二是衍生,即世界在人类出现之前呈一片混沌,后来因为某种机缘,出现了类似盘古的角色开天辟地,最终形成了现在的世界。这两类说法的共同之处在于,人类生存的世界不是“自古以来”就有的,而是因某种机缘而出现的。不同之处在于,前者认为世界是由超越于其外的力量创造的,而后者认为创世是由包含于其内的角色或机缘诱发的。

有关人类生存世界的起源问题,从现代科学的角度讲,可以追溯的是宇宙起源。目前比较受到认可的解释是“大爆炸”学说,即人类现在生存的世界起源于137亿年前的一次大爆炸。这也是开篇词中提到的,理解生命系统的11个时间节点中能够追溯的最早节点。对人类而言,现代人走出非洲是在万年的时间尺度上(目前所知大概六七万年),更广义的人类与近亲黑猩猩分道扬镳大概是在百万年的时间尺度上。而人类和黑猩猩同属的灵长类出现在千万年的时间尺度上……从这个逻辑往前推,似乎人类以及人类的近亲都是从一个共同祖先分出来的——这是达尔文“生命之树”的基本逻辑。

那么有趣的是,最初的那个“生命”,它的祖先是什么,又是从哪里来的?是从什么地方“分”出来的吗?

在人类生存的世界中,共存的不只有生物,还有山川河流。它们其实也有起源的问题。有证据表明,6亿年前的地球完全不是现在的样子(彩图3)。一般来说,对它们由来的研究是地质学家的事情。在过去几百年时间中,地质学家们其实已经有充分的证据证明,山川河流都是由各种各样的分子构成的,比如钟乳石就是碳酸钙堆积的结果。目前的结论是,构成世间万物的各种分子都是各种原子相互作用的形式。已知的原子只有100多种类型(被称为元素)。按照大爆炸学说,这100多种元素都是在宇宙起源的早期,由非常有限的几种最简单的元素(如氢、氦等)在高能状态下聚合而成的 。不同元素的原子再相互作用,形成各种分子,最后形成各种天体,包括天体中的各种成分,比如水。有一种说法认为,地球上的水是在地球形成之初,受到彗星撞击后留下的。这就不是“黄河之水天上来” 了,而是地球之水天上来。

彩图3 地球大陆板块的演变

从这个过程来看,宇宙万物好像又是因“合”而成的。

那么,作为“宇宙万物”中的一类,生命系统或者“生物”究竟是因“合”而成,还是因“分”而成的呢?

首先要看的是,在提到“生命系统”或者“生物”时,我们指的是什么。是一个人?是一棵树?还是一个细胞?一个人是由很多细胞聚集而成的,每个细胞最初都来自单个的受精卵细胞。从这个意义上,一个人是由细胞分裂和分化而成的。可现在人们知道,人体细胞的寿命因其所在部位不同而不同。

中国有句古话:身体发肤,受之父母。表2是选我的课的同学找来的一组数据。从上面的数据可以看出,“受之父母”的发肤在出生后没多久就被身体产生的新发肤替换掉了。按照这些数据,除了中枢神经细胞、晶状体细胞、卵细胞等少数类型的细胞之外,人体中的绝大部分细胞在出生10年后(比如骨骼细胞每年要被替换掉10%)就会被全部替换一遍。

表2 体内细胞被替换所需时间

数据来源:Milo R, Jorgensen P, Moran U, et al. BioNumbers: the database of key numbers in molecular and cell biology. Nucleic Acids Research ,2010,38(suppl-1):D750-D753.

用于替代的新细胞从哪里来?直接的回答是,原有的细胞分裂而来。

进一步问:分裂产生的新细胞的组分从哪里来?答:从人体摄入食物中的分子转化而来。

从这个意义上,一个人又是由摄入食物中的分子整合而来。

人们常常说,细胞是生物的基本构成单元。“细胞”的英文cell的原意就是“小房子”。最初,罗伯特·胡克(Robert Hooke)在显微镜下看到的植物组织是由一个个小房子样的单元聚合起来的,就将这些小单元称为cell。后来才知道,他当时看到的小单元的边界,只是植物的细胞壁。对植物(后来发现动物也一样)这样的多细胞生物而言,既然整体是以细胞作为构成单位的,那么细胞与多细胞个体的关系自然常常被类比成砖瓦与房子的关系。可是大家能想象一座房子的砖头瓦块不断被替换的场景吗?不知道大家会不会想到“忒修斯之船” 所表达的困境?

我曾经也被“忒修斯之船”的困境所困扰。在意识到“活”的本质是一种特殊的相互作用之后,我终于理解了,“忒修斯之船”的困境其实是人类感官分辨力局限的结果。

许多人都听过“眼见为实”这句话,可是在相信这句话的同时或许很少有人想到,世界比人类视觉所能触及的范围大了不知道多少倍。中国古人说“天圆地方”,西方中世纪有“地心说”,其实都是人类在感官所能分辨的空间尺度内对自然作出的解释。类似地,人的寿命只有几十年,人类视觉对长于0.2秒以上的变化才可能感知。因此,快于0.2秒(如化学反应)或者慢于100年(如地球板块变化或太阳系的形成和解体)的变化,显然超出了一个人所能感知的范围。这是感官分辨力在时间尺度上的局限。而世界上有无穷的变化是超出人类感官分辨力范围的。

《庄子·外篇·秋水》中说:“井蛙不可以语于海者,拘于虚也;夏虫不可以语于冰者,笃于时也。”如果仅仅基于感官经验对自然尤其是对生命系统进行辨识,并在“眼见为实”的基础上对它们之间的关系加以想象,出现“忒修斯之船”的困境实属在所难免。一旦跳出感官经验的束缚,不把细胞与多细胞个体的关系想象成或者类比为砖瓦与房子的关系,那表2中列出的作为人体构成单元的细胞的寿命与人体的寿命不同步、生物作为一个处在不断分分合合之中的动态存在,就不再是一件难以想象的事情。

在近40年的职业生涯中,我切身体会到一个难以摆脱的困境,那就是我们对世界的认知都来自先辈们对世界的描述。我们生下来所遇到的所有事物都是有名字的,所有的关系都是有解释的。可是,先辈们对世界的描述,尤其是他们在描述事物时所能掌握的信息,与现在相比完全是小巫见大巫。因此,他们所创造的概念以及为这些概念所赋予的内涵,在现在的视角下存在这样那样的局限是可以理解的,例如前文提到的词典中对“活”和“死”的循环定义。可是,不用这些概念,人们又无法沟通对个体、对世界的感知。这种情况显然不是在我这代人才出现的,大概自有语言以来人类就一直面对这种困境。

在对植物学发展史的研究中,我发现,历史上人们应对这种困境的办法其实也很简单,那就是在信息量增加到原有的概念框架所无法包容的时候,换一个概念框架。这就如同孩子长到3岁时穿不进1岁时的衣服怎么办?换一件更大的。

对于本章所讨论的生命系统究竟是从什么地方“分”出来,还是由哪些组分“合”出来的问题,新的“整合子生命观”给出的答案是:所有的生命系统是在不断的分分合合中可以被人类感官(多细胞生物)或者仪器(细胞或者生命大分子相互作用)所辨识的、具有一定稳健性的动态状态。对人体而言,“稳健性”的时间尺度根据讨论的对象不同而不同。对构成人体的大部分细胞类型而言,每个细胞稳健性的时间尺度不会超过10年,但作为一个细胞集合的人体,稳健性的时间尺度可以到几十年。如果仍然觉得这种现象很神奇而无法理解,一个简单的解释是,你可能陷入某种之前形成的思维定势。想想人类感官分辨力的局限,或许我们可以从过去的思维定势中跳出来。 vGJUyujNf6KFw7fTF0R9ursIyZDM0ufS23WH9gLiR/zMfXtooftexGXkYY/TfECk

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