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有关“活”的全新定义方式的特点与意义

可能有人会说,用结构换能量循环来定义“活”无非就是一种文字游戏。有必要做这种文字游戏吗?

从探索生命本质的角度,以结构换能量循环来定义“活”并不是一种文字游戏。这是对生命本质的一种非常有意义的新探索。在本章前面对历史的分享中,我们看到传统的对生命本质的探索都是以生物的存在为前提的。生命被作为生物的一种属性来看待。在这种逻辑下,没有生物也就无所谓生命。前面的分析表明,这种思维模式是从基于感官分辨力的亚里士多德时代承袭下来的。可是如果以实体存在的物体的属性辨识来区分生物与非生物,那么将最终陷入一个寻找最初具有“活”的属性的实体的Berzelius式的困境!传统的活力论之所以会陷入困境,其实正是亚里士多德思维模式的产物。遗憾的是,虽然Berzelius以有机物来定义生物化学组成特殊性和以活力论来解释生物与非生物之间的区别的努力都被实验证明是行不通的,可是人们似乎并没有意识到亚里士多德式的以生物体的存在为前提来讨论生命属性/本质的思维模式的局限。从这个角度看,把结构换能量循环定义为“活”,从“三个特殊”的角度来解释“活”与“非活”之间的区别,是一种既满足前面提到的生命系统的物质性、又满足生命系统形成的自发性,还反映生命系统特有的区别于非生命系统的动态形式的最简单的解释。

将提问的方式从“什么是生命”转变为“什么是‘活’”带来了探索视角的转变,因此而发现结构换能量循环并以此来定义“活”,为理解或者解释生命现象带来了一些始料未及的冲击:

首先,我们可以看到,在结构换能量循环中,无须负熵这个概念来解释IMFBC的形成。其次,一些之前被认为是天经地义的金科玉律面临挑战。比如,巴斯德时代提出来的“细胞源自细胞”,虽然为之后的生物学研究提供了一条简化的道路,可是也引入了一个亚里士多德式的逻辑困境,因为这个判断不可避免地引出细胞来源究竟是自发还是神创的争论。最后,原本只是作为生命大分子附属特点的分子间力被前所未有地赋予解释生命本质的关键角色。这些都是在没有结构换能量循环这个概念时无法想象的。

对于生物研究者而言,以结构换能量循环来定义“活”,并将这一循环能否形成作为区分非生命世界与生命世界的第一条边界,带来的最重要的观念冲击有两个:第一个观念冲击是,作为结构换能量循环的节点的IMFBC是特殊组分相互作用的动态产物。IMFBC不是一个固定的独立存在,而是一个特殊的组分相互作用状态。如果将结构换能量循环作为生命系统发生的最初形式,虽然这个循环以IMFBC为节点,但这个节点不是一种孤立的、相当于亚里士多德“生物”的实体存在,而是整个非可逆循环中一个环节,一个特殊的状态。从这个意义上,Jacob在他1970年出版的The Logic of Life中所创制的integron,即“整合子”一词特别适合用来描述这种以IMFBC为代表的结构换能量循环。考虑到结构换能量循环中IMF-BC是顺自由能下降方向而自发形成的,可以认为这个过程具有“吸引子(attractor)”属性。因此,如果要问在生物学中哪个概念可以相当于数学中的“数”、物理学中的“质点”和化学中的“分子”,能够作为整个学科的起点概念,我现在的回答,应该是用来描述结构换能量循环的整合子。当然,在有的情况下为方便起见,整合子也可以代指作为结构换能量循环节点的IMFBC的衍生形式。这一点我们在以后的章节中会继续讨论。

以结构换能量循环来定义“活”,对传统生物学产生的第二个观念冲击是,对于这个最初具有“活”的特点的循环而言,环境因子是维持其存在的必要条件,因此是结构换能量循环的构成要素。传统的生物学观念中虽然也重视环境对生物的重要性,但环境要素始终是作为生物体的外在因子,并不被视为生命系统的构成要素。有关这个问题,我们将在第五章进一步讨论。

此外,结构换能量循环还可以解决在有关“活”的定义上的一些困扰。比如,很多时候人们在讨论生物这种活的实体存在的特有属性时,常常会把生长作为一个特征。可是,在自然界中,未必只有生物具有生长的属性。比如大家很熟悉的钟乳石、雪花中的结晶就都可以生长。我们可不可以把钟乳石和雪花都认为是活的,甚至认为它们也是有生命的呢?如果用结构换能量循环作为标准,显然钟乳石和雪花都不具备非可逆循环的特征。因为它们的形成过程都是单向的!另外,有人会把水的气态、液态、固态之间的循环与结构换能量循环类比,因为水的相变基础也是分子间力,而且也是在外来能量的影响下出现的相变。但是以碳骨架作为特殊组分的结构换能量循环和水的相变有一个根本的不同,即两个过程的内在机制是不同的,水的相变机制只有一个,即温度的变化。至于在第一章中开头提到的诗人臧克家所提到的有关人的“活着”就更不会和结构换能量循环的内涵发生任何的混淆了。

我在思考结构换能量循环的属性时曾经注意到一种可能性,即这种循环和中国传统的阴阳太极的说法看上去好像不谋而合。因为看起来,图3-4所示的结构换能量循环的构成要素是异质的碳骨架组分,它们的相互作用可以形成IMFBC,这个过程似乎可以对应于黑白太极鱼所形成的太极图。可是,如果仔细分析一下中国古代典籍中对太极特点的描述,可以发现结构换能量循环与阴阳太极在本质上还是不同的。结构换能量循环是特殊组分在特殊环境因子参与下的特殊相互作用的结果。特殊组分是既存的,虽然它们可以形成IMFBC,但并不依赖于IMFBC 的存在而存在,甚至未必一定参与IMFBC 的形成。可是在《易传·系辞上》中有关太极的描述是这样的:“是故易有太极,是生两仪,两仪生四象,四相生八卦”。《道德经》也有与太极相关的表述:“道生一,一生二,二生三,三生万物。万物负阴而抱阳,冲气以为和。”在这里,太极或者“道”是与生俱来的,是“一”。阴阳两仪是由“一”而生的。这种说法和结构换能量循环中所揭示的特殊组分和IMFBC的关系恰好是相反的。太极和道的来源是需要解释的,而且好像是难以解释的;而特殊组分是无须解释的,因为它们的存在是有实验基础的。因此,结构换能量循环与中国传统的阴阳太极的说法不仅在实体内容上完全没有可比性,而且从内在逻辑上也是完全不同的。

基于上面的分析,我们可以看到,以结构换能量循环来定义“活”,提出了在大爆炸宇宙中普遍存在的碳骨架组分产物如何通过特殊的相互作用而获得“活”的属性的一种可能。结构换能量循环不仅在数学上能证明是可发生的,而且,钱紘也设计了一套实验方法可以对结构换能量循环的发生进行实验检验。在我看来,这类实验的思路并不复杂:首先通过计算的方式从目前已知的简单碳骨架组分中筛选可能以分子间力形成复合体的组分。然后再用计算的方式对这些组分进行模拟匹配——2014年已经有人用计算机模型模拟出了著名的Miller-Urey实验,为这个思路提供了一个成功的先例。再针对这些可能的组分标记,来进行结构换能量循环发生过程的实验检验——最近报道的超低温减缓化学反应过程可以观察到中间产物,为实验检验结构换能量循环的发生提供了全新的思路。只要有人看到这种新思路的价值而愿意投入资源进行研究,相信一定会有意想不到的收获。

尽管如此,结构换能量循环只是解释了具有“活”的特征的生命系统如何自发形成的可能机制。以结构换能量循环来定义“活”,并不能解释人们从对既存生命系统的研究中所发现的演化和多细胞生物发育中的单向性这些现象。这些问题有待后续的章节来加以探讨。 YqtxcKxZh4UQ+u1YKYcB3gmpK+2cjSVfUsrjCOYvweLzpWr5QxCJ6ly36IyBXnlm

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