生命的本质（转贴）

707820581 发表于 2008-12-5 13:27:44

生命是什么？历史上，哲学家们非常关心这个问题。亚里士多德、康德、恩格斯等都曾提出过自己的看法。然而，在分子生物学革命之后的很长一段时间，哲学家和生物学家们似乎完全忽视了这个问题。本来生物学的革命大大推进了我们对生命的理解，我们好像应当能够更准确地说出生命是什么，然而，遗憾的是，从50年代到80年代，生物学家和哲学家几乎大都避而不谈这个问题。生物学家往往感到这个问题太“哲学”，因而把它当作是一个哲学问题，而不是一个科学问题。而另一方面，哲学家们可能感到这个问题“太科学”，因此把它主要当作一个科学问题，而不是一个哲学问题（Bedau 1996）。所以，当今一些主要生物学哲学家的生物学哲学著作，比如像罗森伯格的《生命科学的结构》，索伯的《生物学哲学》，都没有把生命的本质问题作为一个主要的问题来研究。在我国科学哲学界，生命的本质问题更是很少有人触及，多年来，主要的哲学刊物几乎没有发表过一篇关于生命本质问题的研究论文。针对这种情况，本文讨论了生命难以定义的各种原因，详细论述了定义生命的两种主要方法：实体定义方法和功能定义方法，分析一些主要生命定义的优点和问题，最后提出并论证了生命的信息定义。
　　 一、定义生命的困难人们之所以很少谈论生命的本质或定义问题，一个重要的原因是这个问题太难回答。之所以难以定义生命，主要有以下几个原因：
　　首先，我们每个人都有着关于生命的常识经验，而定义生命往往要包含所有的生命现象，其中包括大量常人不熟悉的生命和处于极限状态下的生命。这样定义出的生命概念可能和常识观念相差甚远，甚至完全相反。我们常识的生命观念一般都与动物和植物的一般特征有关，这些特征包括生长、繁殖、自我维持、对外界刺激做出反应等等。但当我们定义生命时，我们需要考虑所有类型的生命的特征，包括细菌等微小的生物，甚至还要考虑病毒、类病毒、蛋白感染素等。这些生物的特征和我们的常识观念具有非常大的差别。
　　其次，不同学科的人在定义生命时，往往从本学科出发，把生命的某一方面加以强调，把某一方面作为生命的本质。比如，生理学往往把能够完成诸如消化、新陈代谢、排泄、呼吸、运动、生长、发育和对外界刺激做出反应的功能的系统定义为生命系统。生物化学和分子生物学又往往把生命有机体看作是可传递编码在DNA和RNA中的遗传信息的系统，这些信息可以控制蛋白质的合成，而蛋白质决定着生物的主要性状。进化论往往把一个能够通过自然选择进化的系统看作是生命系统。热力学则又把生命看作是一个与它的环境交换物质和能量的开放系统。开放系统能够“吃进”负熵，使系统从无序创造出秩序，利用这些负熵保持和重建它自己的组织。不同学科的视角的不同也使人们感到生命难有统一的概念。
　　第三，生命现象与非生命现象存在着连续性，它们之间并没有一条截然分明的界限；而我们定义生命的目的又是要把它们明确地区分开来，这必然使我们关于生命的定义要么太宽，把一些非生命的现象也包括在内；要么又太窄，一些生命现象也被排除在生命之外。比如，上面不同学科关于生命的定义尽管是有意义的，但实际上，它们在逻辑上都是不能令人满意的。它们或者把生物学家认为是有生命的系统当作是没有生命的，或者把非生命的系统也当作是有生命的。比如，生理学定义就会把休眠的种子、病毒、类病毒等排除在生命系统之外，因为它们并不进行新陈代谢，又把汽车等非生命的系统当作是有生命的，因为汽车也能进行新陈代谢。生物化学和分子生物学的定义会把蛋白感染素（导致瘙痒病的似蛋白感染粒子）排除在生命之外。
　　由于这些困难，有些生物学家往往把生命的定义问题当作一个回答与不回答对生物学的发展并没有多大影响的问题（Lange  1996）。1960年的诺贝尔桂冠得主，免疫学家梅达沃（P. B. Medawar）曾经不耐烦地说，生命是什么的讨论使人感到生物学对话的低水平。生物学家往往认为我们关于生命的直觉的概念对我们研究生物学现象已经足够；没有清晰明白的生命概念，并不会对生物的结构、功能、进化过程等方面的研究产生任何不良影响。一些哲学家也因此认为对生命概念作精确的定义对生物学研究并无必要。哲学家塞尔（John     Searle）就说过，“生物学家当然不需要持续不断地思考生命是什么，并且确实，大多数生物学的著作甚至不需要使用生命这个概念。然而，没有人在他健全的思想里会否认他研究的生物学现象是生命的形式（Searle   1992: 227-8）”。斯蒂尔尼(Kim Sterelny)和格里菲斯(Paul   Griffiths)在他们新近出版的一本生物学哲学的著作中也曾说道，生物学家并不需要一个生命定义来帮助他们识别他们所思考的东西是什么（Sterelny   and Griffiths 1999）。
　　然而，并不是所有的生物学家和哲学家都赞同这样的观点。1958年的诺贝尔桂冠得主，遗传学家约书亚?莱德伯格（Joshua Lederberg）曾写道，“理论生物学的一个重要目标是给出一个生命的抽象定义（转引自Lange 1996: 226）。”除理论生物学家对生命概念感兴趣以外，研究生命起源的生物学家，研究地外生命的生物学家等，也都认为生命的定义问题非常重要。因为对生命的不同定义直接关系到他们工作的内容、范围和研究方向。80年代末兴起的人工生命学科更是把生命的概念问题作为首先要回答的问题。
　　二、地球上“如吾所识的生命”                     　　20世纪80年代末兴起的计算机与生物学交叉的前沿科学人工生命曾把地球上的生命说成是“如吾所识的生命”(life-as-we-know-it)，而把其它可能的生命形式，包括在计算机中创造的数字生命称为“如其所能的生命”（life-as-it-could-be）。生命的定义不仅要涵盖已知的生命，而且要涵盖未知的或可能的生命。这里，我们将先从我们所知道的地球上的生命特征说起。地球上的生命，如果从物质组成、结构和性质来看，主要有以下几个特点：
　　首先，从物质组成上看，所有生物都具有基本相似的物质组成。所有生命基本上都由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素构成。这些元素相互结合，构成氨基酸、核苷酸、葡萄糖等生命小分子；这些小分子再通过特殊的方式相互结合，形成蛋白质、核酸、多聚糖和脂类等生物大分子。这些分子成为构建生命的基本的“建设砖块”。由于重要的生物大分子都包含有碳，所以人工生命研究者又把这种“如吾所识的生命”叫做“碳基生命”。
　　从结构看，地球上直接表现出生命活性的生命都是由细胞构成的。细胞是生命的基本结构单位，一切生命都离不开细胞这一生命的基本形态。尽管细胞的形式多种多样，但基本上都有着相同的结构，都是由半透性的膜包围起来的与外界具有选择性物质交换的体系。其内部构成也基本相似，都有负责生命信息存储和表达的核或核区，有执行各种生命功能的细胞器（像线粒体、内质网、质体、核糖体、高尔基体等）。细胞还是生命的活动赖以进行的基础。生命的各种活动，比如代谢、生长、分裂、死亡等都是建立在细胞活动的基础上的。所以，细胞是维持生命系统运转的最基本的存在形式。离开了细胞，生命活动就会停止。病毒、类病毒和蛋白感染素是生命的边缘情况。它们只有在进入宿主细胞以后才能表现出生命活动。如果没有宿主细胞，无论外界环境多么“优越”，它们也只能静静地保存在那里不表现出任何生命活动的迹象。
　　细胞是生命的基本单位，但细胞并不是生命的全部。生命的存在是多层次的。除一些简单的生物之外，大部分生物都是由多细胞构成的。多细胞生物以组织、器官、系统等方式有序地将不同类型的细胞组织在一起，形成一个有复杂的等级结构和丰富功能的生物个体。组织是由细胞分化形成的具有相同功能的细胞的集合。器官是由不同的组织通过相互级联形成的具有特定功能的结构。系统是由不同的器官通过级联形成的完成特定功能的结构。最后多种系统相互结合形成统一的有序的生物个体。由于多细胞生物是由细胞分化形成的级联结构，所以，各个部分之间紧密联系，不可分割。另一方面，由于不同种类的多细胞生物的级联结构不同，使生命个体之间表现出差异性或多样性（陈阅增等1997：17）。历史上，由于自然选择，生物物种不断进化和发展，表现出高度歧化的发展态势和趋向。在漫长的进化过程中产生了植物、动物，最后进化出了智能生物——人类。
　　地球上的生物与其环境之间还通过相互作用，形成了一个复杂的、动态的、稳定的生态系统。在这个系统中，所有生物相互制约、相互依赖。生态系统还和其它生态系统之间相互作用，形成一个包括所有生命以及地球底层大气空间、陆地表面、岩石圈、水圈在内的生物圈。在生物圈内，生物通过改变自己，不断地进化以适应变化的自然环境和生命环境；同时生命也通过它们的活动改变着它们的生存环境。 　　生命的多层次性的级联结构使我们认识到，生命是自然界中的一种高度有序的现象（陈阅增等，1997：17）。这种有序性，从微观到宏观、从过去到现在全方位地表达出来。这种有序性既是结构上的，又是功能上的；既是空间上的，又是时间上的。这种结构还使我们看到，在生命的每一层次，都有新的属性突现出来。这样，我们在研究生命现象时，既要看到各层次之间的关联性，又要看到各层规律的独立性。 　　从规律上看，所有生命几乎都遵循相同的基本规则：所有生命使用相同的遗传密码、遵循着相同的复制、转录和蛋白质合成机制以及相同的DNA修复机制。生命的代谢活动，包括各种主要的生命物质的生成、转化，能量的获取、利用方式等，也都有着高度的一致性。
　　从性质或特征上看，地球生命具有如下一些特征：
　　首先，所有生命都处在与外界不断地进行物质和能量的代谢过程中。物质代谢和能量代谢实际上是一个过程的两个方面。生命在合成自身物质的过程中储存能量，在分解物质的过程中释放能量。新陈代谢的关键的化学过程是三羧酸循环和氧化磷酸化。新陈代谢是生命存在和活动的基础。
　　其次，生物在代谢过程中伴随着生长、发育和衰老过程。单细胞在代谢过程中会不断地长大，而多细胞生物更是具有一个生长、发育的过程。
　　第三，生物具有自我复制、繁殖和变异的现象（或经由繁殖而来）。生物在复制和繁殖过程中表现出高度的遗传特性，即亲代的遗传信息和它们所决定的结构性状被高度精确地传给下一代；同时在复制和繁殖过程中，遗传信息也会发生少量的错误，也就是变异，使后代生物和前代生物又有一些差别。 　　第四，生物对外界刺激都能做出一定的反应，即所谓的应激反应能力。例如植物茎尖的趋光生长，生物的免疫反应，生物的自我调节的稳态性，等等，都是生物不同的应激能力的表现。 　　第五，生命具有进化的能力。地球上的生命大约诞生于35亿年前。从原始的单细胞生物开始，经过漫长的进化历程，各生物物种辐射发生，形成了适应各种环境条件的多种多样的生物，直至高等智能生物人类出现。
                     

[ 本帖最后由 707820581 于 2008-12-5 13:29 编辑 ]

707820581 发表于 2008-12-5 13:33:53

三、定义生命的两种方法
　　对地球上的生命的定义，目前主要有两种方法。一种是从构成生命的物质着眼，把生命看作是一类特殊的物质结构或有特殊结构的物质。另外一种是从生命的基本特征着眼，把生命看作是一种特殊的现象。前者可以叫做实体定义，后者可以叫做功能定义或操作定义。不过，需要说明的是，由于结构和功能是紧密联系的一对范畴，因此，实体定义和功能定义常常是结合在一起的。差别主要在于定义中主要强调的是物质结构还是功能。强调物质结构重要的就是实体定义，强调功能重要的就是功能定义。
　　1．实体定义方法
　　实体定义目前也有两种。一种把生命定义为某种特定的大分子，包括“生命-蛋白质同一说”和“生命-核酸同一说”；一种把生命定义为特殊的物质结构，特别是细胞结构，又可称为“生命-细胞同一说”。 　　19世纪，恩格斯主要从大分子的角度定义生命。他说：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新（恩格斯，1970：78）。”恩格斯的这个定义是在批判杜林的生命定义的基础上提出来的。杜林曾把生命定义为细胞的新陈代谢活动。恩格斯认为，高级的生物确是由简单的类型“细胞”组成的，但有低于细胞的生物，它们和高级的生物相联系，只是因为它们的基本组成部分是蛋白质，从而它们执行着蛋白质的职能——生和死。恩格斯的这个生命定义实际上是和他关于物质的运动形式的思想是统一的。恩格斯认为自然界存在五种运动形式：即机械运动、物理运动、化学运动、生命运动和社会运动。这五种运动形式从历史的角度看，反映了自然界演化发展的顺序，每一种后面的运动形式都是由前面的运动形式演化来的。不同的运动形式有不同的物质承担者，有不同的运动规律，高级的运动形式包含低级的运动形式。生命运动是一种高级的运动，它是由化学运动发展而来的，它的物质承担者及其运动规律都不同于化学运动，但生命运动包含化学运动。恩格斯当时非常强调自然界的连续性。如果把生命定义为细胞结构之上的活动，就难以解释生命的起源问题。恩格斯特别重视从无机界到有机界的辩证发展过程，所以恩格斯选择了蛋白体作为生命活动的物质承担者。
　　恩格斯所理解的蛋白体和现在所说的蛋白质是不同的。他说：“在这里，蛋白体是按照现代化学的意义来理解的，现代化学把构造上类似普通蛋白或者也称为蛋白质的一切东西都包含在蛋白体这一概念之内，这个名称是不恰当的，因为普通蛋白在一切和它相近的物质中，是最没有生命的，起着最被动的作用，它和蛋类一起仅仅是胚胎发育的养料，但是在蛋白体的化学构造还一点也不清楚的时候，这个名称总比一切其它名称好些，因为它比较一般（恩格斯，1970：79）。”可见，恩格斯所指的蛋白体是广义的，它甚至不是现化意义上的一种高分子，而是一个物质系统。恩格斯在不同场合用这个词，他有时甚至把细胞也叫“蛋白质小块”。比如他说：“一切有机体，除了最低级的以外，都是由细胞构成的，都由很小的，只有经过高度放大才能看到的，内部具有细胞核的蛋白质小块构成的（恩格斯，1970：74）。” 　　总之，恩格斯把生命和蛋白体等价。生命是“蛋白质所固有的，生来具备的，没有这种过程，蛋白质就不能存在（恩格斯，1970：80）。” 　　20世纪前半叶，随着生物化学的研究进展，人们对蛋白质的结构和功能有了越来越清楚地了解，蛋白质形态复杂，功能各异，在生命活动过程中的作用异常重要。所有这些使得很多人更加坚信生命的分子基础就是蛋白质。
　　到了20世纪50年代以后，DNA双螺旋结构的发现及其遗传功能的研究进展改变了人们关于生命的本质是蛋白质的看法，从此很多人把注意力转向核酸，开始把生命的分子基础看作是具有自我复制和携带有遗传信息的核酸。于是生命的定义由强调蛋白质及其代谢功能，改变为强调核酸及其遗传载体的功能。生命起源问题被还原为能进行自我复制的低聚和多聚核苷酸的起源问题。这种观点可以称为“生命-核酸同一说”。 　　把生命定义为某种大分子的性质和功能，必然产生这样的问题：存在非细胞形式的生命吗？生命的基本特征能否在分子状态体现出来？
　　现在知道，确实存在着非细胞的生命形式。主要有三类：一是病毒，由蛋白质外壳和DNA或RNA核心组成；一类是类病毒，是没有蛋白质外壳的、全裸的RNA分子；第三类是蛋白感染素，或叫原体（Prions），仅由蛋白质分子组成，但这种蛋白质含有自身复制的密码子。换句话说，这种蛋白质本身也是遗传信息载体。但目前对这种极为特殊的蛋白质生命了解甚少。
　　然而，这三种类型的非细胞生命只有在感染一个活细胞时才能表现出生命的各种特征。它们不能独立地实现其自身复制。因此，上述三种非细胞的生命不是完整的生命，不能作为原始生命的模型。 　　问题是，病毒、类病毒和蛋白感染素等都不能算是完整的生命形式，我们能因此认为在地球早期化学进化阶段也没有出现过非细胞的“大分子状态”的生命形式吗？在细胞生命出现之前的化学进化阶段，是否可能产生过单由蛋白质分子或单由核酸分子组成的生命形式？因为早期地球上可能存在大量的非生物合成的有机分子，作为大分子自身复制的外在条件，所以，大分子的生命形式很可能在地球早期是存在的（张昀，1998），就像非细胞的生命形式现在可以存在于试管中一样。 　　如果我们同意在细胞生命出现之前的化学进化阶段确实有过由蛋白质分子或核酸分子组成的生命形式，那么接着的一个问题就是：在生命起源的过程中，是先有蛋白质，还是先有核酸？这个问题曾有过激烈争论。“RNA世界”说认为是先有核酸。80年代初有人发现在一定条件下RNA具有酶的功能：在RNA分子剪切过程中起催化作用的是RNA自己。这为先有核酸说提供了证据。然而，原体的发现使人们又认为先有蛋白质。原体分子本身就携带有遗传信息，并控制自身的复制。因此，到底谁先谁后，现在还是没有完全弄清楚的问题。
　　由于在现今生命中，核酸与蛋白质之间是密不可分的。蛋白质是在核酸的信息指导下合成的，而核酸又是在蛋白质的催化下复制和转录的。因此，也很有可能早期前细胞的原始生命形式既不是RNA分子，也不是蛋白质分子，而是由核酸和蛋白质（或许还有类脂）组成的大分子系统。在这个大分子系统内，氨基酸与核苷酸之间的关系通过相互作用逐步确立，即遗传密码在这种作用中产生。 　　实体定义还有一种观点，即生命-细胞同一说。这种观点认为，不存在分子状态的生命形式，所有生命都是细胞才具有的。蛋白质与核酸一旦产生，必须包含在类脂形成的膜结构之内才能形成独立的生命形式。病毒、类病毒和原体都缺少膜分隔，因此都不能在宿主细胞之外进行各种生化反应。所以它们都不是独立的生命。
　　2．功能定义方法
　　与实体定义强调生命的结构特征相对，功能定义主要从生命的性质和功能来定义生命。功能定义也有两种，一种强调生命是多种性质的集合，所以又称“集合定义”(cluster   definition)；另一种强调少数几种或一种性质为生命的本质性质，可以叫做“根本性质定义”。
　　“集合定义”往往是通过列举生命的一系列特征来定义生命。比如莫诺（Monod）在他著名的《必然性和偶然性》(1971)一书中列出三个特性作为生命的定义特性：目的性，自主的形态发生和繁殖的不变性。克里克（Crick）(1981)根据下列几个特征定义生命：自我繁殖，遗传，进化和新陈代谢。一般的生物学教科书列举的性质更多一些，比如：新陈代谢，生长，发育，遗传，进化，应激性，自稳态，自组织，等等。著名生物学家恩斯特?迈尔曾经列出一个更长的生命性质列表(Mayr 　1982: 53)： 　　 (1) 所有层次的生命系统都有非常复杂和适应的组织。 　　 (2) 生命有机体由化学上独特的一组高分子构成。 　　(3) 生命系统中的重要现象主要是质的，而不是量的。 　　 (4) 所有层次的生命系统由高度可变的独特个体的群体组成。 　　(5) 所有的有机体拥有历史上进化来的遗传程序，它使有机体能够参与目的性的过程和活动。 　　(6) 生命有机体的类别是由共同家系的历史连接定义的。 　　 (7) 有机体是自然选择的产物。 　　 (8) 生命过程特别难以预料。
　　 多伊恩·法默（J. Doyne Farmer）和白林（Aletta d’A Belin）曾经列举了下列一组性质作为生命共有的典型特征(Farmer & Belin 1991: 818)： 　　 (1) 生命是时空中的一种模式（pattern），而不是特殊的物质客体。对生命来说，重要的是模式和各种关系的集合，而不是特殊的原子实体。 　　 (2) 生命具有自我繁殖的能力，或者至少是通过繁殖产生的。比如骡子虽然不育，但也是通过繁殖过程产生的。 　　(3)  生命存储有自我表征的信息。比如自然界的有机体在DNA分子中都存储有关于它们自己的描述，这种描述可以被生物自己翻译成蛋白质。 　　 (4) 生命具有新陈代谢的能力，即是说，生命可以不停地与环境进行物质和能量的转换。 　　 (5) 生命可以与环境在功能上发生的相互作用。即是说，有机体可以有选择地对外界刺激做出反应，能够适应环境，同时它们也能够创造和控制它们相应的环境。 　　(6) 生命的组成部分之间相互依赖。这种相互依赖维持了生物体的统一性。 　　(7) 生命能够在扰动面前保持稳定，或者说它能够在噪声环境中保持自己的形态和组织，发挥自己的正常功能。 　　 (8) 生命具有进化的能力。这种进化能力并不是有机体个体的性质，而是有机体系谱的性质。
　　法默认为，这个列表远远不是完善的。有些有机体，比如病毒在很多方面处在生命和非生命之间的状态。一些生命起源模型中的“原始有机体”也是这种“半活性的”实体。而根据这个列表，我们也可能把生态系统和社会系统看作是生命。所以，法默说，生命和非生命之间并没有一种截然分明的界限。恰当的做法是把生命看作是“一种连续的组织模式的性质，其中有些模式比其它模式更多或更少活性（Farmer & Belin 1991: 819）。”
　　集合定义通过各种性质的相互补充来帮助我们区分生命和非生命，这可以使我们避免过分简单地断定某种性质是否是生命的本质属性。然而，这既是它的优点，又是它的缺点。因为哪些性质可以作为生命的定义特征，哪些性质不能，仿佛并没有一个一致的标准。这就使我们感到集合定义有时显得相当任意。这种定义的性质列表总是变动不已，有的人的列表长一些，有的人的列表又短一些。不同的人总是根据自己的理解列举出不同的性质。
　　“根本性质定义”虽然也从功能性质出发定义生命，但主要是从少数更根本的性质来定义生命。生命有多种性质，然而，是什么原因使这些性质集合在一起形成生命这个独特的实体的呢？集合定义并不特别关心性质之间的联系，它解释不了为什么特殊的一组性质要集合在一起产生生命这样的实体。根本性质定义则力图克服集合定义的这些缺陷。
　　根本性质定义目前主要有四种：一种是“新陈代谢说”，一种是“自创生说”，还有一种是“灵活适应说”，最后一种是我所赞成的信息说。由于这部分的内容较多，所以我们在新的一节讨论这些定义。 

[ 本帖最后由 707820581 于 2008-12-5 13:39 编辑 ]

707820581 发表于 2008-12-5 13:38:42

四、几种“根本性质”定义
　　 1．“新陈代谢说”
　　“新陈代谢说”是物理化学在生物学上应用的产物。19世纪，由于物理学、化学和生理学的发展，人们开始把生命看作是能够通过物理化学方式与外界环境进行物质和能量交换的新陈代谢活动，即生命系统中看不见的组成成分的持续的同化和分解过程。新陈代谢现在可以被定义为生命系统以酶为媒介的化学的和能量的转换网络的总和。新陈代谢包括物质代谢和能量代谢两个方面。物质代谢是指生物体内物质的变化，包括同化作用和异化作用两个方面。同化作用是生物把从外界吸收来的物质合成为自身的物质的过程；异化作用则是生物把自身的物质分解，排出体外或重新利用的过程。能量代谢包括储存能量和释放能量两个方面。物质代谢和能量代谢实际上是一种过程的两种不同表现。有机体在同化作用的过程中储藏能量，而在异化作用的过程中释放能量。有机体物质的更新，生理机能的发生和有序结构的维持，都有赖于能量代谢。活的生命的一个基本的表现就是其体内一直在进行着物质代谢和能量代谢。这种活动一旦停止，生命也就不复存在。所以，很多人把新陈代谢看作是生命的本质。
　　20世纪40年代，薛定鄂把这种新陈代谢观点作了进一步发展，提出了“负熵说”生命定义，认为生命是一种依靠新陈代谢持续面对热力学第二定律的系统。下列段落概述了他的观点(1944：74-76):
　　什么是生命的独特特征？什么时候一块物质可以被说成是活着的？……正是通过避免迅速腐败进入惰性的“平衡”状态使有机体看上去如此不可思议。……生命有机体怎样避免腐败呢？显然的回答是：通过吃、喝、呼吸和(在植物的情况下)同化。专门的术语叫新陈代谢……新陈代谢的本质就是有机体成功地在活着的同时使它自己从它必然产生的熵中摆脱出来。
　　随着随着现代物理学、化学、生物学以及系统科学的发展，到70年代，这种负熵说被人们发展成为“自创生说”。
　　 2．“自创生说”    
　　自创生论是由哈姆伯图?马图拉纳（Humberto Maturana）和弗兰西斯科?瓦里拉(Francisco  Varela)等人于1974年提出的关于生命的定义。这种定义是新陈代谢定义和物理科学中的自组织理论相结合的产物。弗雷施克尔（Gail  Raney  Fleischaker）1990年进一步把这个定义加以发展和具体化。“自创生”（Autopoiesis）由希腊语“auto”，即“自我”和“poiesis”，即“制造”构成。自创生系统具有三个特点：一是自我设界，即生命系统自己为自己设置边界，从而使自己与环境或其它生物区分开；二是自我产生，即生命的所有组成部分，包括它的内容物和边界都是由系统自己转化产生的；三是自我维持，即生命内部的活动在时间中是持续不间断的。马图拉纳和瓦里拉创造“自创生”这个词就是为了说明生命的那种动态的自我维持和自我创造的特性。根据马图拉纳、瓦里拉和弗雷施克尔，生命需要从外环境输入和转换能量以驱动和维持其自身生产过程，并保持其自身远离平衡的状态。生命系统的特点在于它能够把内部各个能量转换和物质相互作用的过程相互耦联，并组织成为一个完整的过程网。在这个过程网络中，系统的各种组成部分，包括边界膜结构本身都能自动地、连续地再生产出来。
　　具体地说，自创生生命定义的要点如下： 　　（1）生命的基本构成因素是各个相关的生物化学过程。 　　（2）各个相关的生物化学过程通过耦联而组织成为一个网系统。 　　（3）网状耦联的生化过程在空间上要求一个紧凑的结构，即被束缚于一边界膜结构之内，并在内部有选择地分隔，这样才能具有整体性和个性，并能延续自身。 　　（4）在边界膜结构之内，生化过程网通过能量的利用、转换和内外物质交换而实现其自身再生产。
　　自我生产系统中的“自我”就是指生化过程网系统，也就是系统的整体而不是局部。自我生产的实现靠整体运作。自创生系统可以进行生物学意义上的新陈代谢，而非自创生系统不可以。蛋白质、病毒、细胞质和基因都是生命物质的组成部分。当它们处在动物、植物或其它细胞内时，它们可能被用来维持细胞或组织的自创生行为；但是，蛋白质、病毒、细胞质和基因本身并不能进行新陈代谢，它们在孤立状态下永远不能自创生。新陈代谢包括无机物和有机物的交换（比如说呼吸、进食、排泄）以及相伴随的能量转化，这是自创生的可看到的表现。自创生决定着生理过程，因此，它对于所有的生命物质来说是必要的。自创生实体——也就是我们说的生命——都必须进行新陈代谢。这些物质交换是自创生系统必须的条件，不论这一系统是什么。
　　总之，自创生理论认为，生命就是一个自我维持和自我创造的生产组织，这个组织在空间上是整体的、不可分的，在时间上又是连续运作的。一个活生命就是一个能连续地自我生产其本身结构的自组织系统。
　　弗雷施克尔认为，自创生在原则上并不依赖于任何特殊的材料。生命可能不一定必须由水构成，也不一定由含有碳、氮和氢的蛋白质构成，更不用说由氨基酸或者任何其它某种特殊的化合物构成。但是，由于现在生活在地球上的所有生命都来自共同的祖先，因此所有的生命都是水-蛋白质-核酸化学体系的一部分，这种状况一直持续了三十多亿年。这样，地球生命的自创生的化学知识为我们评价生命研究，尤其是生命起源和进化的研究提供了一个框架（Fleischaker 　1990）。
　　3．灵活适应说
　　灵活适应的生命概念是由美国里德学院的哲学教授马克?贝多（Mark Bedau）提出来的。贝多认为，过去我们定义生命都是试图给我们日常的生命观念一个一致的解释，但这不仅非常困难，而且是注定要失败的。因为生命的真实本质恰恰在很多方面是与我们的直觉相反的（Bedau  1996）。所以，贝多认为，在定义生命的问题上，我们的思维应当来一个一百八十度的大转变。首先，从目标上看，生命的定义应当能够包含并统一现有生命的多种多样的性质，并且能够解决在定义生命时困扰人们的各种各样的难题。生命有多种多样的性质，一个好的生命定义应当能够给这些性质一个统一的解释。另外，在定义生命时人们还提出好多困难的问题，生命定义必须能够解决这些难题。这些难题主要有四个方面：一是边界案例问题，比如，病毒是不是生命？前化学汤中是不是存在非细胞形态的生命？第二是生命的层次性问题，生命概念最高可以应用到哪些层次？细胞、组织、器官、有机体，我们都可以无疑问地称之为生命，但是，像生态系统、生物圈是不是也是生命呢？第三是生命的本质是形式还是物质的问题。一方面，地球上所有的生命都与含碳的有机分子有关，另一方面，生命的本质有好像主要在于过程和性质而不在物质。那么到底谁最根本呢？第四个方面的问题关系到生命和心灵或智能的关系。现实世界中，不同的动物，它们的智力水平和它们的复杂程度有着一定的对应关系。生命和智能是什么关系？生命必须建立在智能的基础上吗？贝多认为，一个好的生命定义应当能够解决这样的问题。
　　其次，从视角上看，贝多认为，定义生命的重点应当放到生命的现象上，而不是我们直觉的生命概念上；应当关注生命现象的过程，而不是单个的生命有机体个体。生命现象发生的过程是主要的，结果则是从属的。过程提供生命现象的统一的解释（Bedau  1996）。基于这样的考虑，贝多认为，与其我们把定义生命的注意力集中在个体有机体的性质上，不如把注意力集中在有机体的群体上。也就是说，我们定义生命的出发点不应当从个体的生命性质开始，而应当把有机体的系统作为定义生命的根本出发点。
　　从群体系统的角度出发，贝多认为，“解释生命的多样性统一的特征的根本原则似乎是适应过程中的那种灵活性——即它对生存、繁殖，或更一般地说，繁盛问题中遇到的难以预料的变化能够产生新奇的解决办法的恒久能力（Boden  1996: 338）。”也就是说，生命的本质特征在进化的过程中得到揭示。贝多说，这种观点其实在他之前已经有人倡导，只是这些人并没有明确说这就是一个新的生命定义。比如，著名进化生物学家梅纳德?斯密斯(J.  Maynard Smith)就曾说过：我们应该把任何具有繁殖、遗传和变异属性的实体群体当作是活的。对于这个定义的辩护如下：任何具有这些属性的群体将通过自然选择进化，以致变得更好的适应它的环境。给定时间，任何程度的适应复杂性都可以通过自然选择产生(Maynard  Smith 1975: 96-97)。
　　凯恩·斯密斯(A. G. Cairns-Smith)也曾强调适应在进化中的作用，他说：自然选择是进化的唯一组成机制。任何为了解释生物多样性和复杂性理论必须也考虑由变化着的环境设置的变化着的挑战。自然，作为饲育者和表演裁判，不断地改变她关于哪一类型应该给予第一奖励的思想：改变选择压力一直是她的创造才能的关键部分。
　　然而，自然选择一直是关键组成的必要条件。没有它，生物甚至不能支撑适应了的给定环境的集合，更不用说变成适应新的环境。没有自然选择，所有的冒险永远不会成功地开始。那类内置的我们称为“生命”的精巧设计很容易放置于进化的背景中：生命是进化的产物(Cairns-Smith  1985: 3)。 　　贝多在这些人的基础上，明确地把生物群体的这种无限度的不断适应新的环境的特性看作是生命的本质。作为群体的生命总是能对新类型的环境挑战作出新的适应反应。进化的军备竞赛就是一种简单的灵活适应。但如果一种适应是固定的适应，那么这种适应就不是灵活适应，因为它只能对旧的环境产生适应性变化，在遇到新的前所未有的环境时，它就不能产生适应变化。灵活适应所面对的适应性挑战往往是开放的、不曾预料的和新奇的。
　　贝多认为，有两种类型的生命形式：一种是基本的生命形式，它们就是灵活适应系统本身；另一种是派生的或从属的生命形式，它们之所以是生命，主要是由于它们与第一种生命形式具有适当的关系。所以，贝多又把他的生命定义写成这样：
　　X是生命当且仅当： 　　1) X是灵活适应系统，或 　　2) X以恰当的方式与灵活适应系统相联系。
　　 根据这个定义，基本的生命形式是一个进化的生物群体，或者是全部进化的生态系统的许多群体，或者归根结底，是全部进化的、由许多相互作用的生态系统构成的生物圈，它们是基本的灵活适应系统。而个体生命、器官、细胞等之所以被看作是生命，完全是因为它们以恰当的方式与灵活适应系统有关。它们都是由灵活适应系统产生和支持的从属的生命形式。
　　贝多认为，他的这个定义有多个优点。第一个优点是它能对生命的多样性特点作出一个统一的解释。比如，因为生命是灵活适应系统，所以在历史发展过程中，它们产生了非常复杂的适应组织，即历史上相互关联的具有遗传程序的有机体。灵活适应中的随机变化解释了为什么生物学过程特别难以预料，也解释了为什么生命系统由非常易变的独特个体群组成。此外，生命的应激性等特点也可以用灵活适应来解释。 　　其次，贝多认为，他的生命定义可以解决过去在生命概念问题上遇到的各种问题。比如，对于生命和非生命之间的连续性问题，以往的定义都要我们在生命和非生命之间作出非此即彼的选择。而灵活适应说可以避免这一点。因为灵活适应有程度的不同，所以，贝多认为，生命和非生命之间并没有一个截然分明的界限。不同的系统可以呈现不同的灵活适应，同一系统的灵活适应水平也可以随着时间的变化而变动。由于系统的灵活适应水平是可以测量的，所以可以根据灵活适应水平的高低判断一个系统是不是有生命的以及它的生命的程度如何。病毒、冻结的精子、休眠的种子等可以看作是生命和非生命的边界情况。当它们处在孤立的情况时，它们失去了与灵活适应系统的联系，因而属于非生命；但当它们与灵活适应系统的联系重新建立起来时，它们又回到了生命的“王国”。对于生命的层次性问题，贝多根据基本的生命形式和派生的生命形式的划分，认为这是必然的，即是说，生命可以在不同层次上出现，不同层次包含不同的但却是有关联的生命形式。生态系统、经济系统等都可以看作是生命。关于生命是物质还是形式的问题，贝多选择的是后者。因为灵活适应是可以多重实现的，即是说，同一种适应可以在不同的物质基础中实现出来。因此，对生命来说，重要的是形式。对于生命和心灵的关系，贝多认为，灵活适应的生命概念从更深刻的意义上揭示了它们之间的统一。所有的生命形式必须想方设法应付复杂动态的不可预测的外界环境，心灵也同样如此。所以，生命和心灵的本质都是灵活适应，只不过后者比前者的程度要高许多。 　　贝多的生命定义提出来之后，成为一个非常有影响的生命定义。但我认为，贝多的定义是有缺陷的。首先，贝多的生命定义有着很明显的反直觉色彩。贝多要人们转变观念，把群体看作是基本的生命形式，把个体当作从属的生命形式。这一点在很多人看来是根本不能接受的。一般在人们看来，个体生命才是基本的生命，群体生命是建立在个体生命基础上的。虽然我们可以说社会系统、经济系统具有“生命活力”，但这都是在比喻意义上说的。我们不能因此就把这些系统本身当作是生命，更不能把它们当作是更根本的生命。即使贝多说的是正确的，群体生命是基本的生命形式，然而群体有大有小，到底哪一种群体才是最基本的生命形式呢？贝多并没有回答，他只是含糊地说灵活适应的群体系统是基本的生命形式，但并没有明确地说，我们从哪个层次来确定最基本的生命形式是什么。泛泛地说灵活适应系统是基本的生命形式，对我们来说是不够的。
　　其次，贝多说，个体生命获得生命的形式是因为它们与灵活适应系统具有某种适当的关系。怎样的关系是“适当的”关系？贝多并没有回答。他只是泛泛地说有某种与灵活适应系统的“适当关系”，但这种关系是什么样的，他并没有给我们明确的说明。在说明一些具体的问题时，贝多的回答也很随意。个体的生命，比如骡子的生命，来自于它们与灵活适应的群体——马和驴的交配的关系。很显然，这种关系是一种繁殖关系，尽管骡子本身以后不会繁殖。处于顶级状态的生态系统，按照贝多的定义，它不再是一种灵活适应系统，但贝多认为，我们不能说它是非生命的；因为它们是从灵活适应系统演化来的，所以它们是有生命的。这里，本来应当作为基本生命形式的生态系统又成了派生的生命形式。由于我们不能明确地确定什么样的关系是“适当的”，贝多的定义就变得很任意。不同的人可能说出不同的关系故事，来说明某物是不是有生命的。

707820581 发表于 2008-12-5 13:41:05

五、走向生命的信息定义
　　信息定义是我打算重点论证的一个定义。信息定义强调生命在生长和繁殖过程中信息的传递作用。一个实体如果具有冯诺伊曼式的自我复制或繁殖的能力，那么这个实体就是有生命的。自我繁殖是指实体可以自己从1个变为2个，2个变为4个，4个变为8个……，等等，以此类推。冯诺伊曼已经证明，自我繁殖系统是一个信息系统，这个系统所包含的自我繁殖信息一方面可以起到类似计算机程序的作用，在繁殖下一代的过程中它的表达产生出与自己基本相同的新个体，另一方面它还起到被动数据的作用，在繁殖下一代时可以基本不变地传递给下一代。
　　50年代DNA双螺旋结构的发现及其随后对其作用机理的了解，使人们对生命的信息本质的认识更加深入。人们认识到，生命的诸多现象都与DNA分子的双螺旋结构有关。DNA恰好具有两种作用：作为生物信息的载体，一方面，它包含有关于生命结构的基本描述，它的表达产生出生物体的各种性状；另一方面，作为基因复制的模板，它可以产生出一份与自己完全相同的拷贝，传递给下一代。
　　过去人们谈论生命的本质的时候往往只关注于生命“活动性”的根源，所以往往强调生命体的物质和能量变化，因为是这种物质和能量的变化导致了生命的活性的表现。然而，如果没有信息的指导，生命的代谢很快就会停止。比如不同的生物体可能都在进行着物质代谢和能量代谢，但每种生物都能有序地产生着自己独特的生命物质。牛吃青草产生的是牛奶，羊吃青草产的是羊奶，绝不会发生牛产羊奶或羊产牛奶的事情，除非人们对牛或羊作遗传工程上的处理。为什么会发生这样的事情呢？遗传密码的发现使人们认识到这是由于不同的生物所含的遗传信息不同所造成的。
　　遗传信息的载体核酸和生物性状的基本组成部分蛋白质在结构上存在着对应关系。这种对应关系表现在每三个核酸的结构单元核苷酸能相应地确定一个蛋白质的结构单元氨基酸。这种核苷酸的三联体结构被称为遗传密码，或简称密码子。生物界共有64种密码子。它们或者是起始密码子和终止密码子，或者决定着构成蛋白质的20种氨基酸中的一种。生物在发育和遗传的过程中，亲代自行复制DNA，并完整地传给子代；子代则以与亲代相同的DNA为模板，合成蛋白质，从而使性状与亲代保持一致。子代并没有直接从亲代获得性状，而只是获得了控制发育的信号，亦即遗传信息。
　　不仅生物遗传信息指导着新陈代谢，而且生命中的许多过程，现在发现本质上都是信息过程，比如，生物的生长发育过程，生物的免疫反应，生物对外界刺激的反应，神经信号的传导，生物的变异和进化，等等，虽然外部表现是物质或能量的变化，但本质都是在信息指导下的过程。
　　以生物进化来说，进化实际上就是生物遗传信息的变化。生物发生进化有3个基本的条件：遗传、变异和自然选择。遗传是指在繁殖过程中，亲代的信息被传递给子代。变异是指在遗传过程中，遗传信息发生了一些偶然的变化，使后代和亲代在性状上出现差异。人们早就发现生物界存在着过渡繁殖的现象，即每种生物如果不加控制的话，它们的繁殖效率都非常高。每种生物有都需要从环境中获得自身所需要的各种资源。自然界的资源本质上是有限的。当大量繁殖的生物出现在同一个地理区域时，由于自然资源的有限，这些生物必然为了自身的生存发生生存竞争。由于在遗传的过程中存在着变异现象（可遗传的变异），因此，在生存竞争中，每种生物生存下去的机会是不相同的。那种在竞争中占优势的生物体将被自然选择保留下来，而处于劣势的生物则被自然选择淘汰。这样的过程在自然界中不断地进行，导致生物向着不断增加的更好的适应和较高整合水平的方向发展，出现进化。生物的进化如果没有可遗传的变异，是根本不可能发生的。可遗传的变异本质上就是一种信息过程，所以进化的本质实际上就是生物遗传信息在自然选择作用下的变化。
　　贝多在论证它的生命定义的优点时，一个重要的论据是它的定义可以给生命现象的多元性特征一个统一的解释，但为了这种统一性，结果不惜把个体生命看作是从属的，把群体适应系统看作是基本的。正如前面已经分析的那样，这种反直觉的定义使得人们可以把很多系统，甚至人们构造出来的艺术作品看作是第一位的生命，因为我们完全可以把这种作品，比如小说，构造成一个灵活适应的系统。所以，贝多的定义最终归于荒谬。然而生命的信息定义同样可以统一解释生命的多元性质特征，同时也还可以给出生命的多元特点以更自然的解释。

jintai 发表于 2009-5-22 23:13:27

ddddddddddddddddddddddddddddddddddddd

dizuopan 发表于 2009-5-23 11:31:59

讀罷此文,感覺生命也是一種能量,一種物質,一種在宇宙中不斷漂移的生生滅滅不斷轉換的能量和物質,如光,如電,如聲波,關系萬千.

agrnp 发表于 2009-12-13 16:57:14

生命如此简单吗？

页: [1]

天機易學論壇(風水168)'s Archiver

生命的本质（转贴）