生命的邊界

這是一本關於生命的科學及歷史科普書。主題是生命的特性、起源及其定義，非常深刻的話題啊，作者一方面列舉了大量與之相關的科學知識，已知的各類研究成果，一方面闡述了歷史上比較有影響力的種種說法和猜測，還有法律、神學、哲學界的一些觀點。光參考文獻列表就是一百多頁，天吶。 具體點，比如關於死亡，有生物可以被切成兩半後獨立生存，有生物可以停止一切生命活動多年後復活，有人在法律上死了兩次，等等好些知識點。然後問，何爲死亡？結果是，哲學家陷入瘋狂，死亡本身也變得蒼白。 爲了研究生命，從解剖生理學，深入到組織細胞學，再深入到生物化學，物理學，最終看見了原子和電子，而原子和電子是沒有生命的。可以用層次說來理解，大量原子和電子發生的大量行爲，超越了它們自身的層次，向上體現出了物理學，再一層層向上，金子塔尖是生命。人工智能，神經網絡訓練也是分層的，大量的基礎節點分成若干層，從無意義的0和1中生成了智能。 還有個奇特的聯想，歷史上曾有個假說，世界上所有海底都覆蓋滿了粘性，具有生命力的原生質，這個說法是錯的，但在當時很有影響。洛夫克拉夫特，克蘇魯神話，沉沒之城，深潛者，文化來源可能就在這裏。科學的真實恐怖，遠勝於迷信的虛假恐怖。

《生命的邊界》圍繞一個根本而具哲學意味的問題展開：究竟何謂生命，以及生命究竟可以被定義到何種極限。作者卡爾·齊默從三個維度來探討： 1. ​​生死之間的模糊地帶​​——病毒是否算生命？高度昏迷患者是否仍“活着”？科學家用單個細胞培育出的迷你大腦又該如何定位？這些案例讓“活着”與“死亡”不再是涇渭分明的二元，而是一條需要重新界定的邊界。 2. ​​生命在極端環境中的延展​​——從火山口到深海熱泉，甚至其他星球，科學家如何在最嚴苛的條件裏尋找生命蹤跡，又如何把地球生命送往太空進行實驗，以測試生存極限。 3. ​​生命與技術的交匯​​——作者走進實驗室，見證人造大腦、基因編輯細菌、以及某些魚類“丟棄”雄性 DNA 的獨特繁殖方式等前沿成果，藉此討論人類改造生命的可能性與倫理邊界。 通過詩意的文字與豐富的科學案例，齊默不僅梳理了當下生物學對“生命”概念的爭議與探索，也邀請讀者思考：當科學不斷突破傳統界線時，我們應如何更新對生命與死亡的理解。

何謂生命？怎樣就算“活着”？這或許是生命科學領域最複雜、最 具哲學性的問題之一。儘管人類對生命已經有了相當程度的瞭解，但“生命的邊界在哪裏？”這個問題仍然處於一個模糊的灰色地帶。如果你把這些問題拋出給一名生物學家，談話有時就會變得相當“尷尬”。病毒算有生命嗎？一個處於高度昏迷狀態，已經不可能再恢復意識的人還算活着嗎？科學家用一個細胞創造出來的，有神經活動的迷你版大腦呢？ 除了生死之間的模糊地帶，生命的邊界還體現在另外兩個維度：通過數十億年的演化，地球上的生命將其生存能力拓展到了怎樣的極限？火山口等極 端環境中，甚至其他星球上存在生命嗎？ 在《生命的邊界》中，科學作家卡爾·齊默用詩意的語言，從宏觀到微觀，從過往到當代，從日常現象到前沿科學，引領讀者多角度地探尋生命的邊界和極限：走進科學實驗室，目睹科學家創造出人造的大腦並把它們送上太空；與巨蟒親密接觸，探索它們的新陳代謝有哪些祕密，使它們能靈活應對飢一頓飽一頓的生存挑戰；見證交配之後就“踹掉”雄魚DNA的性寄生魚的神奇繁殖方式；自己動手，通過演化來改造細菌，嘗試治療嚴重的疾病；以火山口作爲實驗室，研究外星生命出現的可能性…… 與此同時，作者也從科學、哲學、倫理等領域的角度深入地審視了生命的另一極——死亡。

《生命的邊界》美國著名科學作家卡爾·齊默所出的科普書。主要探討一個根本問題：到底什麼是生命？怎樣纔算“活着”？作者通過很多科學例子尋找答案。病毒到底算不算生命？一個永遠昏迷的人還活着嗎？科學家在實驗室裏造出來的、有神經活動的小小“大腦”又算什麼呢？ 書裏還提及巨蟒怎麼調節新陳代謝、一種交配後就“拋棄”雄性DNA的魚怎麼繁殖，甚至去火山口尋找外星生命的線索。生命的邊界其實很模糊，沒有一個簡單答案，也無從追尋。從科學、哲學和倫理多個角度去思考生命和死亡，是對自身思索，是爲了更好的活在當下。非生命的物質總是向着熵增演化，屋子不收拾會變亂，熱水會慢慢變涼，太陽會不斷燃燒衰減，直到宇宙的盡頭——熱寂。人活着，就是在對抗熵增定律，生命以負熵爲生。在這個世界上，無論做什麼、最終均無價值，最終都是灰飛煙滅。生之前、死之後，人都一無所有。生死之間，擁有的僅有時間、只有當下。真正的參透，就是徹底的悠閒自由的感受，就是對當下時刻的清醒與從容。面對世事紛繁複雜、管控非理性的慾望，運動讀書、健康認知，物質極簡、精神豐富，才能讓我們安然渡過餘生、到達自己的人生彼岸。

我以熱忱開始，讀到第一章作者講受精卵有69條染色體突然興致寥寥，草草翻完全書。 字裏行間可以感覺到作者圓熟的寫作技巧和渾厚的敘述功底。只是，越讀越感覺作者應該是作爲一個科學研究史作家而不是科普作家。也可能是因爲我同類主題的書讀了較多的緣故。 就這樣結束吧。

《生命的邊界》作者是科學作家卡爾•齊默。本書中，他從科學的角度探討“何爲生命？”以及“生命的邊界在哪裏？”等一系列哲學問題。 他用詩意的語言，從宏觀到微觀，從過往到當代，從日常現象到前沿科學，引領讀者多角度地探尋生命的邊界和極限。 前言，邊緣地帶 我們如今生物科學所學的知識，都源自生物學神殿中的那些生物學家，大部分人的觀點後來都被證明是正確的：比如達爾文和他的生命之樹、孟德爾和他的遺傳豌豆，還有路易·巴斯德和他的致病細菌。當自然哲學家們審視這個由運動的物質組成的世界時，他們提出了這樣一個問題：生命與宇宙的其他部分有什麼不同？這個問題讓科學家們有了許多發現，但也曾讓人犯下過許多錯誤。今天，儘管對生命體已經有了相當多的瞭解，但科學家們仍然無法就生命的定義達成共識。 本書中，作者引導我們開展一段旅程探尋這些特徵，瞭解以最獨特、最極端的形式展現這些特徵的生命。最終，這段旅程將把我們帶到生命疆域的邊界，那有生命和無生命之間模糊的邊緣地帶。 第一部分，生死之間 一，生命的起點，探討類器官 科學家們先後培養出了肺、肝臟和心臟的類器官，2013年培養出了大腦的類器官。當一個大腦類器官長到幾周大的時候，它的神經元就已經足夠成熟，可以產生動作電位，這些動作電位會沿着軸突向下傳導，並觸發相鄰的神經元放電。類器官中的細胞時不時地會自發放電，產生靜息性的神經活動。可以利用這些神經元來研究突變引起的腦功能障礙，雖然，一層薄薄的神經元與真正的大腦相去甚遠，比如，雷特綜合徵神經元間的聯繫比較少，從大腦發育的最初階段就開始影響大腦皮層。 多年來，空間站上的宇航員一直在開展實驗，觀察細胞在近地軌道上如何生長。在微重力環境下，會發生一些奇怪的事情。有時，細胞的生長速度比在地球上更快，有時還會變得更大。 對大腦來說，辨識其他生命是一項更大的挑戰。大腦很擅長在倏忽間分辨一個物體是在做生物性的運動還是普通的物理運動，只需要極少量的信息就能觸發大腦中的相關神經環路。 對生命體的感知能力比人類這個物種存在的時間更久遠，動物利用視覺捷徑來辨識其他生命體已有數百萬年的歷史。人類這支譜系中，大腦演化得越來越大，還演化出了語言能力，以及一種洞察他人想法的能力。 對於生命是如何開始的，人們看法不一，也由此形成了一些與懷孕有關的習俗和法律。自從生命的分子基礎變得明確之後，科學家們一直都在反對關於生命的尖銳且極端的主張。隨着類器官變得越來越複雜，要確定人類應該對其承擔的道德義務可能會非常困難。也許有一天，類器官真的可以獲得對生命最基本的感覺。 二，抗拒死亡 對“活着的含義是什麼？”這個問題的理解，一部分來自對自己生命的認識，還有一部分則來自人們能夠區分生命體和非生命體的直覺。但它也源於我們對生與死之間差異的理解。事實上，人類並不是通過邏輯和演繹才領悟到這一點的。 約10萬年以前，智人的成員開始舉行葬禮。儀式體現出了舉行儀式的人所擁有的想法。他們理解死亡的方式是其他靈長動物都不曾有過的：疾病和傷害是造成死亡的原因，不可逆轉。隨着人類的演化和人類社會的發展，人們對死亡有很多解釋，但人們在做出這些不同的解釋時也有一些共同點。人們不會只是簡單地把死亡看作一種身體上的變化，他們還會將死亡視爲一種社會變革。 第一位以科學方式研究死亡本質的醫生是格扎維埃·比沙，他的總結是：身體的任何一個部位都無法壟斷生命的力量，這些力量分佈在全身一個相互關聯的系統中，“生命，是抵抗死亡的各種功能的總和。”有一些物種被歸類爲可復活物種中，比如蠅、真菌、細菌和其他一些物種。 心臟與大腦和肺共同構成生命三支柱，20世紀，科學家們從細胞層面描述了整個情形。如今，腦死亡的病人，心臟依然在跳動，靠呼吸機作用，這是“活着”的狀態，而非生命，“在機械通氣的支持下，符合腦死亡標準的病人在生物學意義上都是活着的。”如今的共識是：就人來說，生物體作爲一個整體的基本功能是由大腦執行的。因此，腦死亡——永久喪失這些功能，是我們人類死亡的標準。 第二部分，生命的特徵 三，晚餐 通過與巨蟒親密接觸，探索它們和其他生物的新陳代謝有哪些祕密。 人類擁有直覺，能夠對我們人類同胞的生命做出迅速判斷。當被問及生命有哪些特徵時，通常有這些答案：新陳代謝、信息收集、體內穩態、生殖以及演化。每項特徵在不同物種中呈現出的形式可能極其豐富多樣，但即便是在最極端的差異下，也有一定的統一性。 生命的燃料含碳、氫、氧、氮、磷元素，被稱爲ATP（三磷酸腺苷）。蛇和其他動物會利用食物中的糖和吸入的氧氣在細胞內製造ATP。植物則利用光合作用來製造糖，然後再用糖來製造ATP。海中的細菌利用陽光來製造ATP，而在地下深處的細菌則利用儲存在鐵原子中的能量來製造ATP。一旦生命體積累了足夠的ATP，它們就可以將其用作燃料，通過使其化學鍵斷裂，釋放出其中的能量。細胞需要儲備大量的鉀離子以便隨時取用。細胞使用了鑲嵌在細胞表面的分子泵，每個分子泵由3個彼此鎖定的蛋白構成，細胞就用這種分子泵把更多的鉀離子轉移進細胞內。 鉀泵的3個蛋白由它們各自的DNA片段編碼，也就是說，這些蛋白都由各自的基因進行編碼。在製造鉀通道的每個階段，細胞都要消耗很多ATP。所有生命體都這樣：它們要以新陳代謝爲代價才能繼續進行新陳代謝。 在吞下一隻老鼠後的12小時裏，蟒蛇開啓了全身器官中的數千個基因。許多基因都是一些在演化上非常古老的信號通路的一員。這些信號通路並非蟒蛇所特有，也存在於其他許多動物物種中。它湧動的血液中含有大量脂肪酸。它全身的細胞會吸收它從獵物身上獲取的鈣、氨基酸和糖。它會長出更多肌肉，讓骨骼生長，儲存新的脂肪。 四，黏菌數學家 研究多頭絨泡菌，又被稱爲多頭黏菌，在地球上任何一片有森林生長的地方，你都可以找到它。當暴露在強烈的陽光下時，絨泡菌就會採取緊急措施。它的整個身體會完全脫水，變成一種毫無生氣的易碎形態，稱爲菌核。菌核脫落成小碎片，隨風飄揚。如果其中一塊小碎片落在了潮溼處，就會復活。 每個黏菌都是一個巨大的細胞，不斷地擠壓和鬆弛讓它看上去就像是一個跳動的網狀心臟。壓根沒有大腦的黏菌更是提煉出了生命決策的精髓。黏菌搜尋的目標是細菌和真菌的孢子，當黏菌爬過獵物的身體時，會分泌出一種能夠切割細胞的酶，然後將切割的細胞碎片吞下。科學家們通過黏菌可以瞭解到一個非常關鍵的信息——生命的決策能力是如何從生物化學中顯現出來的。 黏菌利用一種沒有大腦的記憶實現了這樣的路徑，不斷伸出探測“觸手”，如果沒有探測到關於食物濃度的遞增信號，就會回縮，並留下一層黏糊糊的物質。絨泡菌能夠覺察到自己的蹤跡，引導新“觸手”繞開它們。雖然沒有大腦，但絨泡菌儲存了它在外部世界種種經歷的記錄，甚至可以解決更復雜的問題。絨泡菌所需蛋白質和碳水化合物的最佳配比是2:1，黏菌總能找到平衡食物比例的辦法。 五，保持生命的穩定狀態 探索蝙蝠冬眠的祕密。蝙蝠能夠在長達18年甚至更長的時間裏經受住環境中不可預測的考驗，還能安然挺過種種巨大危機。 “生命機制可能多種多樣，但它們都只有一個目的，就是讓生命的內部環境保持恆定狀態。”這是坎農更新了貝爾納的概念，給它起了一個現代的名字：穩態。穩態不是一種可稱重或可探測的物質，它是一種存在於整個生命世界中的原則，同時作用於多個層面。在蝙蝠體內，穩態存在於細胞內、器官中，甚至在蝙蝠飛行過程中也有穩態在發揮作用，比如通過諸多方式，蝙蝠可以精確地抵消重力，擁有卓越超強的飛行能力。飛行方面的穩態能讓它一直在空中飛行。 蝙蝠不僅使用負反饋迴路來保持飛行姿態，也利用它來維持體內的化學平衡。蝙蝠和其他一些動物演化出了一種非凡的策略：冬眠。即蝙蝠圍繞着一個新的設定點，重置了自己的穩態。當蝙蝠開始冬眠，由於處於蟄伏狀態，便從保持恆溫的繁重工作中解脫出來。它們不再需要維持較高的體溫，而是讓自己的體溫與周圍空氣的溫度相同。它們繼續吸入氧氣來燃燒體內的ATP分子。一旦蝙蝠感覺到體內缺水已經到了危險的程度，就會給冬眠按下暫停。變暖的身體讓它們能夠在冬眠場所附近飛來飛去找水喝。在水分補充完畢後，它們又可以回到寒冷的棲息處繼續冬眠。 有時，爲了對抗真菌，蝙蝠會更加頻繁地讓自己體溫升高，喚醒免疫系統。有些蝙蝠因而死去。 六，生殖的藝術 楓樹在秋天分解葉綠素，得到構成葉綠素的分子組件，然後通過一根根小的管道將它們從葉子轉移到樹枝。葉綠素的分子組件將在那裏安全地過冬並做好準備，等到來年春天，它們會迅速地轉移到新的葉子上，組裝成新的葉綠素。它的葉子中會產生一種紅色的色素——花青素。 每個生命體都是生殖的結果，但其自身不一定能夠生殖。對於所有物種來說，生殖的核心是相同的：產生攜帶其祖先基因副本的新生物個體。在生殖方面，對人類來說正確的結論也完全適用於其他哺乳動物；黏菌的生殖方式是產生孢子；楓樹則在空中“交配”。 楓樹起源於東亞，那裏至今仍生長着日本楓和二柱楓這樣古老的樹種。楓樹有着出色的適應能力，種類非常豐富，有152種。楓樹會開出雄花和雌花，這兩類花產生的生殖細胞分別遵循卵子和精子所遵循的一些法則。但雄花雌花經常在隔年相互轉換。雄花會產生小的花粉粒而雌花產生胚珠，胚珠在授粉後會變成種子。楓樹則需要風把它們的生殖細胞結合到一起。 雌花黏性的絲狀物會粘住花粉粒，一條通道隨即形成，從表面直通核心深處。花粉通過這條通道到達雌花的胚珠。在花粉與胚珠融合後一個新的基因組產生了，這個基因組會儲存在新的種子中。 七，達爾文之肺 探討通過演化來改造細菌，嘗試治療嚴重肺部疾病。這種疾病叫做囊性纖維化，嚴重危害是患者的肺部會成爲某些細菌的溫牀，銅綠假單胞菌是其中造成危害最大的一種細菌。病人們的同一個基因出了問題。在正常情況下，肺的細胞會利用這個基因製造一種叫作囊性纖維化跨膜傳導調節因子（CFTR）的蛋白，這種蛋白有助於使呼吸道保持通暢。但CFTR基因的突變會使這種蛋白無法發揮正常的功能。遺傳了這種基因突變的人的肺部會被一層厚厚的黏液阻塞。 隨着時間的推移，細菌感染會引起炎症，呼吸道中會形成瘢痕，使呼吸變得更加困難。 細菌可以在20分鐘內完成分裂，這意味着細菌可以在一夜之間產生一個擁有數十億個體的種羣。科學家的相關實驗能展示出演化引發的變化，並且這種變化是可以測量的。實驗中，細菌的突變有助於它們在新的環境中生長和迅速攝取營養，在每天的禁食生存挑戰中撐下來。一個突變接着一個突變，不斷髮生，不斷累積，銅綠假單胞菌會製造出非常適合呼吸道的生物膜。使用抗生素則會讓它們產生新突變，對藥物產生抗性。 所以如今的方案是改變細菌的環境，將自然選擇推向一個新的方向。科學家們找到的工具是：一種病毒。感染細菌的病毒被稱爲噬菌體。每種噬菌體上都有一些“分子鉤”，可以抓住細菌表面的某種特定蛋白。一旦噬菌體抓住相應的蛋白，就可以侵入細菌，並在其細胞內製造出新的噬菌體。對細菌來說，免受噬菌體侵襲的最簡單的方法之一是丟棄噬菌體能夠捕獲的那些蛋白。這種突變還產生了另一種影響：突變的銅綠假單胞菌產生的綠膿菌素變少了。可能關閉了細菌DNA上的某個基因開關，這個開關同時控制着表面蛋白和綠膿菌素的製造過程。 演化賦予這種活體藥物的效力令人期待。 第三部分，難解之謎 八，不可思議的增殖 生命本質的辯論在歐洲掀起了不小的波瀾持續了近一個世紀。辯論的一方是17世紀的哲學家勒內·笛卡兒的追隨者。他提出了有關物體運動的觀點，認爲生命體由協同工作的各個部分組成，動物身體的各個部分由其神經內的微小爆破提供動力，藉此運轉。笛卡兒後繼者將以機器爲中心的生命觀從動物擴展到了人。 反對笛卡兒的人越是仔細地觀察生命，生命在解剖學和行爲學上的複雜性就越發明顯，他們認爲，這種複雜性還有更重大的目的：使生命體得以生存和繁衍。任何機械哲學觀都不足以解釋這種複雜性，也無法解釋其目的。秉持其觀點的施塔爾認爲，生命“不是關於身體的問題——解剖學、化學和各種液體的‘混合’——而是它們之間如何相互依存的問題”。 研究浮萍的特倫布利注意到浮萍上的水螅，它們的身體被一種蛋清一樣的黏性物質固定在一起，這種膠狀物質不僅將水螅們聚合在一起，還賦予了它們移動的力量。一個世紀後，科學家們將其稱爲原生質。 九，另一種運動 阿爾布雷希特·馮·哈勒在1735年首次對連體嬰兒進行了細緻的解剖。逝者的身體讓哈勒瞭解了生者的身體，他樂於將自己創建的這種科學稱爲“運動解剖學”。他將橫膈膜、心臟和身體所有其他部分視爲整個系統的一部分，開始關注生命更基本的問題。 哈勒還認識到，身體運動並不總是需要神經的參與。對生命的這第二種運動，在18世紀被稱爲應激性。應激性並不依賴於神經，哈勒斷定，這種驅動力來自肌肉纖維內部，他認定應激性就是生命的特徵。 十，轟然倒塌的隔離牆 博物學家布豐伯爵認爲，生命與無生命物質的區別在化學方面。而哈勒之後，支持應激性理論的人正在逐漸發展成一個派別，由哲學家、博物學家和醫生組成，他們相信生命擁有某種“活力”，認爲生命充滿了目的，比如身體是爲了繁殖。進化論之父達爾文的祖父，英國醫生伊拉斯謨·達爾文是第一個向公衆介紹這一看法的人。 拉瓦錫之後，19世紀伊始，化學家們正逐漸揭開鍊金術的神祕面紗，元素和原子闊步登場。人們發現，生命體同樣可以被分解成元素。但這些元素僅存於生命體中，在無生命的物質中很難找到這些分子。 化學家維勒的實驗使用了一種叫氰酸的有毒酸，四種元素的比例與一種叫尿素的分子的元素比例相同。他創造出了一種有機分子，而且是在完全不依賴生命所擁有的活力的情況下創造出來的。一些研究者在維勒所做實驗的基礎上設計並開展了自己的實驗，“分隔有機化合物與無機化合物的天然隔離牆已經轟然倒塌。” 十一，充滿活力的泥漿 1873年喬治·格蘭維爾·坎貝爾在海上科考中發現一些灰白色的泥漿，這是一種原始凝膠，與構成我們自己細胞的物質是一樣的。當時已有極高聲譽的赫胥黎對此極爲感興趣。他剛剛認同了演化理論。 科學家們將這些泥漿稱爲“原生質”，有越來越多的證據表明原生質就是生命的基礎。後來又發現了原生質化石之類的東西。後來發現，這些泥漿並不含有有機物，人們總是將深海泥漿放入酒精中，這使鈣與硫酸鹽結合，形成了凝膠狀的物質。 雖然這是一個錯誤，雖然赫胥黎被一個虛妄的概念愚弄，但他勾勒出的生命全景是正確的。演化真實存在，原生質也確實將所有生命聯繫到了一起。但原生質連結所有生命的紐帶非常複雜，比赫胥黎想象的要複雜得多。 十二，水的戲劇 19世紀末時，原生質的內部運作機制開始慢慢顯現出來。科學家們已經知道，生命體能產生一類叫作酶的特殊蛋白，這類蛋白在分解某些分子時表現優異。在生物化學的新世界裏，生命體內充滿了各種各樣的活性蛋白。但生物化學似乎會將生命降維到令人沮喪的小小碎片，之後，我們的自我，最後似乎只剩下一堆蛋白，擠在一起，盲目地發生反應。 20世紀20年代，生物化學家們正逐漸揭開酶進行團隊合作的祕密。一種酶可能會切掉某個分子的一部分，然後再將其交給另一種酶，由後者以另一種方式改變它。這些酶鏈會漸漸形成一個巨大的連鎖迴路，構成新陳代謝系統。20世紀，活力論逐漸失去了根基，被化學和物理學取代。 二戰時期，匈牙利科學家聖捷爾吉投身到了研究原生質的工作中。他研究的具體問題是，在食物轉化爲燃料的過程中，酶在我們的細胞內如何合作。他發現了維生素C，並最終獲得諾獎。他的發現使人類能夠從無到有地合成這種分子，但他拒絕爲其申請專利，他認爲VC屬於全人類。後來，他致力於解開兩個世紀前困擾哈勒的謎團：肌肉是如何運動的。肌球蛋白可以捕獲ATP分子並使其分解，而聖捷爾吉和同事觀察到了肌肉在分子尺度上的收縮現象，這“可能是最偉大的生物學觀察”。 十三，密碼本 玻爾認爲，永遠不可能同時看到所有的物理實在，他也認爲，生命也有兩面性。在玻爾的啓發下，其學生德爾布呂克開始認識到，有關生命的研究是一個前沿領域，物理學家們或許能在這個領域發現一些全新的東西，“最不起眼的活細胞變成了一個神奇的謎箱，裏面裝滿了複雜多變的分子，它以輕鬆、快速和平衡的方式進行有機合成，所有人類的化學實驗室都無法與之相提並論。” 細胞內某些微妙的特徵組合在一起可能就產生了遺傳模式。關於染色體和遺傳的一些最重要的線索來自果蠅。在果蠅的實驗中，通過追蹤一代又一代染色體，科學家可以觀察兩條染色體交換片段的現象。染色體是一種極其複雜的生化物質，是由蛋白質和一種被稱爲核酸的奇特物質構成的複合體。穆勒在1926年宣稱，基因是“生命的基礎”。 薛定諤爲現代科學回答“什麼是活着？”這一問題構建了大體的框架。薛定諤的這些思想引導了一代科學家，將生物學建立在了分子基礎上。對於遺傳現象，薛定諤基於德爾布呂克對染色體的研究給出了自己的解釋。他猜想，染色體是含有基因的穩定晶體，可以代代相傳，並且，染色體在原子排列上存在一些差異，而且這種差異不會簡單地重複。這些差異可以作爲一種“密碼本”，這種“密碼本”可以產生完整的有機體。薛定諤的《生命是什麼？》剛一問世便成了暢銷書，還引領了科學的發展方向。 讀者之一，是弗朗西斯·克里克。他後來和詹姆斯·沃森，羅莎琳德·富蘭克林在充分研究爲DNA晶體拍攝照片的基礎上，想出一種新的結構。這種新結構符合科學家們對DNA化學性質的認識，甚至可以闡釋DNA與基因的聯繫。DNA是一對扭曲的骨架，階梯狀的連接物將這對骨架連在一起。每個“階梯”都由一對叫鹼基的化合物組成。在每一級，鹼基可以是四種形式中的任意一種。每個基因都擁有數千個鹼基對，這些都是這些鹼基的一個獨特序列。 但遺傳密碼的發現未能讓活力論者認識到他們的錯誤。獲得諾獎之後，克里克繼續與活力論者進行辯論，其研究工作也對其他科學家如何定義生命產生了深遠的影響。 第四部分，重返邊緣地帶 十四，半條命 從2020年的新冠病毒講起，這種病毒渾身佈滿了一種蛋白，能夠與呼吸道中某些細胞表面的一種蛋白緊緊結合。病毒的膜與這些細胞融合後，就可以將自己的基因釋放到細胞中。這些基因所使用的遺傳密碼與人類細胞用以製造蛋白質的遺傳密碼是相同的。因此，這些細胞會像“翻譯”自己的基因一樣，用這些病毒的基因“翻譯”出蛋白質。在入侵細胞時，它們能將細胞的警報系統關閉，在體內瘋狂增殖。免疫系統開始訴諸暴力攻擊，導致病毒感染者在自己製造的病毒海洋中慢慢溺亡。 數千年來，只有在病毒造成死亡和破壞時，人們纔會注意到它們的存在。構成這種病毒的蛋白質的氨基酸與人類細胞使用的氨基酸是一樣的，但在這些蛋白質中，並沒有發現人類細胞用以進行新陳代謝的酶，一種都沒有。 病毒顯然具有生命的一些特徵。然而，它們又缺乏其他特徵。在病毒的蛋白質外殼和脂質包膜內，有成束的基因，這些基因束被一些蛋白質捆綁在一起。但其中並沒有ATP來爲反應提供燃料。而當RNA病毒入侵細胞時，它們的基因會被直接翻譯成蛋白質。 無論病毒是使用DNA還是RNA來編碼它們的基因，它們用到的基因的數量都少得驚人。病毒也會發生突變。而且，它們發生突變的速度更快，遠遠超過人、植物，甚至細菌。它們可以演化出對抗病毒藥物的抗藥性。它們還可以爲適應新的宿主物種而不斷演化。 但病毒算不算生命，始終存在爭議。紅細胞和線粒體是否是生命，也存在爭議。 十五，生命的起源 達爾文提到過他在思考的一個問題：一個“溫暖的小池塘”如何才能成爲產生簡單生物的化學反應的燒瓶，雖然他從未在公開場合分享過這個觀點。其後許多科學家就這個觀點進行了猜想和一系列實驗。在在霍爾丹和奧巴林首次提出他們的觀點二三十年後，斯坦利·米勒想驗證這樣一個觀點：早期地球上的化學物質產生了有機分子。 米勒和尤里開始在操作檯上模擬早期的地球。在燒瓶中加入了一些氣體，包括水蒸氣、甲烷、氨氣和氫氣。科學界認爲它們都是早期地球上常見的氣體。他還在儀器中插入了電極，以產生電火花。通過這項實驗，他開創了一個全新的科學領域——前生命化學。 生命的遺傳靠的是基因，新陳代謝則依賴蛋白質。除此之外，生命也需要膜來維持生存。這些膜形成了一個邊界，爲生命體中的化學物質創造了一個封閉的空間。膜中最常見的分子之一是一類被稱爲脂質的碳鏈分子。所有脂質都擁有一種非凡的自組織能力，脂質鏈的一端疏水，而另一端則親水。這些疏水外殼形成的球體後來被稱爲脂質體。 也許，生命始於脂質體。 大衛.迪默運用隕石的實驗表明，來自太空的脂質可能會自發地形成穩定的脂質體。他與合作中製造出一種覆蓋在一個圓形開口上的脂質膜，在膜的中間插入了一個溶血素通道。電場開啓後，RNA就在電場的作用下穿過了溶血素通道。他們觀察到了一連串的脈衝信號，脈衝的數目與RNA鏈上鹼基的數目正好相匹配，後來又發現，大的鹼基會導致電流大幅下降，而小的鹼基則會導致電流小幅下降。吉爾伯特進而提出，生命最初只使用RNA，基於RNA的生命形式可能攜帶一組RNA分子，每個RNA分子執行各自特定的功能。 但到目前爲止，沒人知道RNA分子究竟是如何從簡單的構成要素中形成的。在未來，人們或許能利用RNA來抗擊高膽固醇、癌症以及其他疾病。 21世紀初，鹼性噴口和火山池是有關生命起源的兩個主要假說場景。雖然這兩個假說不可能都是對的。 十六，尋找外星生命 噴氣推進實驗室的地外生物學家們致力於尋找探測外星生命的方法，他們大致可分爲兩個陣營，一些科學家認爲，尋找生命最好的方式就是近距離搜尋。他們想把探測器送到其他行星上，在那裏直接做實驗。其他則認爲，尋找遠距離外可能存在的生命，可能幸運一些。 “ALH84001”是火星隕石，當科學家用激光轟擊取自這塊隕石的小碎塊時，它們釋放出了環化的含碳物質——有機物質腐爛時也會產生這類物質。雖然目前沒有一個人確信這塊岩石中有生命的跡象，但她在科學史上仍然佔有重要的地位。 目前NASA當時調整計劃，打算將先前的地外生物學研究項目擴展爲一個研究領域，命名爲“天體生物學”。定義是“對宇宙中生命的研究”。 目前的現實是，我們周圍一片寂靜——所謂的“巨大的靜默”。另一個世界的生命可能是以DNA爲基礎的，也可能使用其他遺傳分子。外星生命用以編碼遺傳信息的字母可能與我們的字母完全不同。 最後，飛奔的滴液 從其他角度探討生命。生物學以勝利的姿態邁進了21世紀。但即便有這麼多新的數據點，即便有這麼多驚人的發現，在關於生命的確切定義這個問題上，人們並未達成共識。 科學家不滿意於當下對生命的定義，因此提出了數百種新的定義。這些定義隱藏的核心是：生命是具有變化的自我增殖。 哲學家克萊蘭採取了更加激進的立場。她認爲尋找生命的定義是沒有意義的，哪怕只是找一個實用的定義來暫時頂替也沒什麼意義。這實際上對科學不利，因爲它阻礙了我們更深入地理解“活着”的含義是什麼。 我們用定義來掩蓋我們的無知，而這些定義永遠都無法說明我們試圖瞭解的存在。克萊蘭認爲，科學家們目前的最佳選擇是努力構建一種解釋生命的理論。 生命體很特別，但也並不是宇宙中唯一特別的東西。生命理論最終可能很像超導理論。它將生命解釋爲一種特定的物質形態，而這種物質形態從宇宙物理學中獲得了一種特殊的性質。生命一旦出現，就會開始創造自己的東西。生命是一種物質狀態，可以自發地製造出具有許多組裝步驟的東西。 那麼，親愛的朋友，你覺得什麼是生命呢？

生命是一個能夠進行達爾文式演化的自持化學系統。     ——“NASA對生命的定義” “生命是什麼？”似乎是生物學家們要回答的第一個問題，而且也是最重要的問題。然而，這個問題至今仍然沒有答案，或許永遠也無法回答。 “自然必須由自然來解釋，”特倫布利後來說，“而不是由我們自己的觀點。” 生物學拓展了我們觀察生命的視野，讓我們可以瞭解我們自己生命體驗之外的世界。它開啓了一個時光隧道，使我們可以回望生命數十億年的歷史，還讓我們可以深入細胞的微觀世界，一探生命的奧祕。但每一名生物學家都面臨着艱難的取捨，沒人能瞭解所有生命的所有信息。哪怕只是研究一種生命，可能也會耗盡一名研究者的整個職業生涯。 醫生格奧爾格·恩斯特·施塔爾(Georg Ernst Stahl)曾發表言論稱，科學的使命就是了解其中的差異——瞭解究竟是什麼讓生命如此與衆不同。他在1708年說：“因此，歸根結底，最重要的一點是要知道生命是什麼。” 對於這個問題，施塔爾也給出了自己的答案，這個關於生命的定義在之後的幾個世紀裏一直備受推崇。施塔爾認爲，生命“不是關於身體的問題——解剖學、化學和各種液體的‘混合’——而是它們之間如何相互依存的問題”。他認爲，生命的相互依存能使其經受住兇險世界的攻擊，抵抗腐朽的力量。而要維持這種相互依存，生命就必須擁有一種內在的力量——施塔爾認爲這種力量來自靈魂 爲了製造碳水化合物，植物和細菌會通過光合作用將水分解。而在細胞——無論是植物細胞還是像我們這樣食用植物的動物的細胞——的呼吸過程中，釋放這些碳水化合物中的能量需要將水分子重新組合在一起。聖捷爾吉曾說：“我們所說的‘生命’其實是某種特性，是物質系統中某些反應的總和，就好比微笑是嘴脣的特性或反應一樣。” 我們可以在不同的尺度上找到不同的生命特徵，聖捷爾吉說，但這取決於我們最珍視哪些生命特徵。“‘生命’這個名詞毫無意義，”聖捷爾吉宣稱，“根本就不存在這樣的東西。” 聖捷爾吉自己也很清楚正在發生什麼，他在1972年的一篇文章中寫道：“我從解剖學轉向細胞組織研究，然後是電子顯微鏡和化學，最後是量子力學。這段尺度不斷下行的研究歷程充滿了諷刺意味，因爲在尋找生命祕密的過程中，我最終看到了原子和電子，它們根本就沒有生命。在這趟下行之旅的某個時刻，生命從我的指縫間溜走了。” 蛋白質是有着令人抓狂的螺旋和纏繞的複雜分子。與蛋白質相比，DNA的結構顯得簡潔而優美。克里克和沃森認識到，DNA是一對扭曲的骨架，一些階梯狀的連接物將這對骨架連在一起。每個“階梯”都由一對叫鹼基的化合物組成。在一段DNA的每一級，鹼基可以是四種形式中的任意一種。每個基因——擁有數千個鹼基對——都是這些鹼基的一個獨特序列。 1953年，在寫給12歲的兒子邁克爾的信中，克里克表示：“現在，我們堅信D.N.A.是一種代碼。也就是說，一個基因與另一個基因的差異就在於鹼基（字母）的順序不同（就像一頁印刷品與另一頁印刷品不同一樣）。” 對於那些致力於尋找生命定義的生物學家來說，病毒是個大麻煩。他們不能完全對病毒置之不理，因爲病毒顯然具有生命的一些特徵。然而，它們又缺乏其他特徵。如果病毒像“深水生物質”或者“放射凝聚生物”一樣，最終被證明純屬子虛烏有，那事情就簡單多了。但科學家們對病毒研究得越多，病毒的真實性就越明顯，它們的本質也更令人困惑。 荷蘭科學家馬丁努斯·貝葉林克(Martinus Beijerinck)開展了一項實驗，用一種陶瓷濾芯過濾器過濾了患病植株葉片搗出的汁液。這種陶瓷濾芯上的濾孔極小，即使是非常微小的細菌也無法穿過。在貝葉林克將澄清的濾液注入新植株後，新植株還是患病了。貝葉林克由此推定，菸草植株中存在某種隱形物質，這種物質在不斷增殖。1898年，他借用了一個表示“毒素”的古老單詞來稱呼這種物質——病毒。 如今再回望那段歷史，在科學家們對生命本身都知之甚少的時代，試圖追溯生命的起源似乎有點愚蠢。赫胥黎談到了原生質，但他也只是將原生質描述爲一種近乎神祕的凝膠。而說到遺傳，19世紀根本就沒人能理解這個概念——達爾文也不例外。1900年當“遺傳學”這個詞被創造出來時，赫胥黎已經離世5年了。在20世紀的前幾十年，生物學家終於讓“自然發生說”徹底沉寂了。他們開始破解幾種酶的功能，並通過一代又一代果蠅追蹤幾種基因。 在蘇聯，一位名叫亞歷山大·奧巴林(Alexander Oparin)的生物化學家確信，取得了這些進展之後，人們終於可以開始理性地思考生命的起源問題了。科學終於安全地將活力論甩在了身後。他總結道：“人們一直試圖找到某些僅存在於生物中的特定‘活力能量’，但所有這些嘗試均以失敗告終。” 我忽然發現，巴格使用“生命”這個詞非常隨意，而且也沒有解釋這個詞的含義。“有沒有一個‘生命’的定義在指導你的工作？”我問道。“沒有，事實上我也儘量不接受，”巴格說，“將生命移出系統後，有機化學能做的事情真的令我非常驚訝，而且印象深刻。老實說，我不知道它還有多大潛力。” 巴格的回答讓我想起了斯特凡納·勒杜克(Stéphane Leduc)，勒杜克是一名科學家，曾在20世紀初創造了令人眼花繚亂的“哲學樹”。這些“哲學樹”呈現出貝殼、蘑菇和花朵的樣子。勒杜克認爲，這些“哲學樹”生長和自組織的方式不僅可以與生命進行類比，它們還捕捉到了生命的某種本質。他在1910年寫道：“由於我們無法找到區分生命和自然界其他現象的分界線，我們應該得出這樣的結論：這條界線並不存在。” 生物學以勝利的姿態邁進了21世紀。科學家們雖然尚未發現地外生命，但對我們自己星球上的居民已經相當瞭解。科學家們知道，基因被編碼在DNA中，他們現在還能以低廉的成本快速對DNA測序。對他們來說，重建10萬年前死亡的尼安德特人的基因組也不成問題。他們可以從一滴血中分離出一個細胞，分析並羅列出這個細胞中每一個活躍的基因。他們可以讓大腦變得透明，在一個三維網絡中追蹤數千個神經元的網狀連接。他們還可以找到藏於地下深處、以放射性物質爲食的生命。然而，即便有這麼多新的數據點，即便有這麼多驚人的發現，在關於生命的確切定義這個問題上，人們並未達成共識。 病毒、線粒體和秀美花鱂等“生命的悖論”一直在阻礙我們取得進展。NASA對生命的定義令人印象深刻，但當NASA自己的科學家努力想弄清楚“ALH84001”是否包含生命的遺蹟時，這個定義也沒能幫上什麼忙。一些批評者指出，NASA的定義不僅不切實際，而且具有誤導性。它將生命可能存在的範圍縮小了。 當科學家們在定義的海洋中漂泊時，哲學家們奮力划槳，拋出了救生索。 一些哲學家試着平息爭論，他們向科學家們保證，接受如此繁多的定義並不是什麼大問題。他們主張，我們沒必要專注於“生命唯一的真正定義”，因爲當下的那些定義就足夠好了。NASA可以提出一種定義，幫助其建造最好的機器來搜尋其他行星和衛星上可能存在的生命。醫生們可以採用另一種定義來繪製區分生與死的模糊邊界。哲學家萊昂納多·比奇(Leonardo Bich)和薩拉·格林(Sara Green)認爲：“這些定義的價值並不取決於共識，而在於它們對研究的影響。” 其他哲學家則認爲，這種操作主義(operationalism)的思維方式不過是一種不願動腦筋思考的託詞。給生命下定義確實很難，但也不能以此爲藉口不去嘗試。“在實踐中，操作主義有時可能無法避免，”哲學家凱利·史密斯(Kelly Smith)反駁說，“但它根本不能取代合理的生命定義。” 2011年，特里福諾夫回顧分析了123種生命的定義。每種定義都不一樣，但有些單詞在許多定義中反覆出現。特里福諾夫分析了這些定義的語言結構，並對它們進行了分類。在這些各不相同的定義中，特里福諾夫發現了一個隱藏的核心。他總結道，所有定義都認同的一點是：生命是具有變化的自我增殖。NASA的科學家們用很短的一句話給生命下了一個定義，現在，特里福諾夫讓這個句子變得更短了。 瑞典隆德大學(Lund University)的一組哲學家和科學家提出了一種假設，認爲用維特根斯坦回答“什麼是遊戲？”這個問題的方式，或許能更好地回答“什麼是生命？”。或許，他們不需要列出一份必備特徵的清單，只需要找到“家族相似性”，就能將一些事物自然而然地劃分出來，形成我們可以稱爲“生命”的範疇。 身爲哲學家的克萊蘭認識到，這些科學家正在犯錯誤。他們的錯誤與確定性屬性或其他僅有少數邏輯學家才能理解的一些哲學觀點無關。這是一個根本性的錯誤，阻礙了科學本身的發展。克萊蘭在一篇論文中闡述了這個錯誤的本質。2001年，她前往華盛頓，在美國科學促進會的一次會議上介紹了自己的觀點。她告訴與會的聽衆——大部分都是科學家——試圖尋找生命的定義是沒有意義的。 科學家們在定義生命時遇到了麻煩，但這個麻煩與體內穩態或者演化等生命特徵的細節無關，而是與定義本身的性質有關——科學家們很少會停下來考慮這一點。“定義，”克萊蘭寫道，“不是回答‘什麼是生命？’這個科學問題的適用工具。” 定義的作用是組織我們的概念。 但生命不一樣。給生命下定義時，簡單地將概念聯繫在一起是行不通的。因此，設法列出一長串特徵來構建生命的真正定義，這種努力完全是徒勞的。“我們想知道的不是‘生命’這個詞對我們意味着什麼，”克萊蘭說，“而是生命究竟是什麼。”克萊蘭認爲，要想實現這個願望，我們就需要放棄對定義的追求。 生命理論最終可能會很像超導理論。它可能會將生命解釋爲一種特定的物質形態，而這種物質形態從宇宙物理學中獲得了一種特殊的性質。李·克羅寧一直在與亞利桑那州立大學的物理學家凱特·阿達瑪拉和薩拉·沃克(Sara Walker)合作，致力於將生命解釋爲一種將事物組合在一起的特殊方式。他們稱之爲“組裝理論”(assembly theory)。

三星推薦：新知 卡爾·齊默《生命的邊界》內容總結 卡爾·齊默在《生命的邊界》中，以大量生物學實例與前沿研究爲基礎，核心追問**“究竟什麼是生命”**，徹底打破大衆對“非生即死”的二元認知，提出生命並非有絕對界限的概念，而是一片模糊、連續的動態光譜。 1. 傳統生命定義全面失效 過往用來界定生命的標準（細胞結構、新陳代謝、自主繁殖、進化能力）均存在大量例外：病毒無細胞結構、騾子無法繁殖、朊病毒僅爲蛋白質卻能複製傳播，沒有任何一條固定“特徵清單”能完美劃分生命與非生命。 2. 遍佈自然界的“生死模糊地帶” 書中聚焦大量處於邊界的特殊生命形態： - 病毒可進化、複製，卻無法獨立代謝，介於生物與化學物質之間； - 黏菌、水熊蟲等生物擁有違背常識的生存能力，挑戰人類對生命韌性的認知； - 醫學層面的腦死亡、植物人、胚胎髮育，也讓倫理與科學上的“生死節點”始終無法統一。 3. 生命的本質是動態過程而非靜態實體 作者提出核心觀點：生命不是具備某些特徵的“物體”，而是自我維持、複製變異、適應環境、持續演化的一套動態系統。一個存在越接近這套完整過程，生命特徵就越明顯，不存在絕對的“生”與“死”的分界線。 4. 極端生命與人工生命拓展邊界 深海熱泉、極地荒漠等極端環境中的生命，刷新了生命生存的極限；而合成細胞、類器官、基因編輯技術則創造出人造生命雛形，進一步模糊自然生命與人工構造的界限，也爲探尋外星生命提供了新視角。 5. 死亡並非瞬間，而是系統解體的過程 死亡不是一個突然的節點，而是生命各項系統逐步瓦解、動態衰退的流程，從生理機能停止到細胞完全消亡存在漫長過渡，再次印證生死沒有絕對邊界。 全書最終落腳於：生命沒有清晰邊界，它是連續的過程而非固定的狀態，這一認知也深刻影響着人類對病毒、合成生物學、AI乃至生死倫理的理解。

這本書講了科學家們在探索生命是什麼進行的努力。看的過程中，我感受到他們對科學的熱情和純粹，這點很感染我。生命是什麼？怎麼給生命下定義？地球外是否有生命？這些都是很重要的問題。生命雖然很常見，給生命下定義並不是說將它的特徵列出來就好。同樣，關於意識的定義也是如此。

以故事化科普梳理生命起源、存續、繁衍與演化的底層邏輯。最終點明：生命沒有絕對標準答案，它是一套自我維繫、持續演化、動態平衡的系統。本書既刷新大衆對生物世界的認知，重新理解生死、存在與自然奧祕，是兼具科學性、哲思性的優質生命科普讀本。