宇宙和生命-第914部分
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我们通过一个有趣的例子来看看要对“生命”下定义是何
等的困难。请想象一下，如果外星观察者们发现了因特网，假
如他们还没有注意到使用网络的是人类，他们会做出什么样的
判断呢？控制论专家沃里克（Kevin Warwick）描述了外星种族
面对因特网时会提出的一系列问题：
以下７条关于生命的测试中，它真正能通过的有几
条呢？
它成长吗？当然：事实上在过去几年中，这种网络
成长的速度相当惊人。它具有行动能力吗？绝对有：例
如网络中的那些开关路由。对外界有没有反应呢？对外
界刺激的响应原本就是网络的基本职责。需要营养吗？
确实需要：信息（一种或另一种形式的能量）不断输入
网络中。具有排泄功能吗？有啊：信息最终是要送出网
络的。是否呼吸呢？这稍微有些难理解，不过如果考虑
一下电脉冲在网络中的传播，这也是正确的。最后是繁
殖，这也是最难说明的一点。也许我们可以从最初的网
络又在其他地方衍生出新的网络这样一个过程中作出推
论。＇1＇
另一种对于“生命”的理解是：只有生命处理和存储信息。
但这不就是计算机特有的用途吗？虽然关于将来是否可能利用
复杂的计算机来发展人工智能的争论十分激烈（我们将在第三
章里讨论），至少目前的计算机还不能被看成有生命的东西（
尽管它也处理信息）。那么，我们要如何来清楚明白地抓住要
点，把有生命的东西与无生命的物体区分开来呢？
传统教科书上有这样一条定义：所有生命都呈现出3个“f”
的特性：攻击（fight）、移动（flight）和繁殖（frolic）。它也同
样使我们陷入逻辑上的麻烦。繁殖事实上是“复制”的委婉语，
而且是迅捷的“复制”，有如无机的晶体在溶液中生长。对于
生命，也许我们得出的最准确的说法是：所有的生命，从最简
单的细菌到人类，都进行复制并把它们的基因物质或遗传特征
传递给后代。这些物质在传递过程中经历变异。换句话说，它
们经历了自然选择的进化过程，而不是简单地产生与自身完全
相同的拷贝①。
在萨根意外地辞世之前不久，他把生命定义为“任何具有
复制、变异和变异之复制能力的系统”。这意思是说，生命是
由具有下述特征的实体来表征的：这种实体通过自然选择的进
化机制，允许代与代之间产生变异，它能把自己的特征通过繁
殖而重组，使下一代的特征与自身并不完全一模一样。
在下一章，我们会回到进化问题上进行详细的讨论，现在
则必须先对“生命”的定义进行更深入的分析（这与其说是科
学问题，不如说是语义问题更恰当）。在这里，一个尤为重要
的问题是：生命是如何在地球——一颗生机勃勃的行星上产生
的？
为了探究这个问题，我们有必要了解一下在诸如“生命如
何在早期地球上产生？在宇宙历史的不同时期这样的过程在其
他地方又会如何发生？”之类的疑问背后的几个基本概念。
所有的物质都由原子组成。自然界总共有100 多种不同的
原子，有些是非常普遍的，如氧，氮，铁和铅等；也有一些有
着奇怪名字的不太常见的物质，如铷、锿和硒等。在关于生命
的讨论中，最重要的原子是碳。在许多方面，碳原子有着和其
他原子一样的特性：它很稳定，能与其他原子或其他碳原子产
生键，从而形成小到仅有几个原子，大到含有成百万个原子的
分子。但是，它也有一个与众不同的重要特性。只有碳原子能
够成为大分子（有机分子）甚至更大的聚合物（生化物质）的
中坚。已故作家、化学家莱维（Primo Levi）在他的一部著作中
这样描述碳原子的多样性以及它与生命之间密不可分的关系：
我们的主角已经和３个氧原子、１个钙原子一起以
石灰岩的形式静静地沉寂了数十亿年……十字镐的敲击
将它分离下来，送入石灰窑，进入这变化的世界…它被
风抓住，直落地面，又复飞上10千米的高空。一只鹰把
它吸入体内……在海水中溶解了３次后……它又被排了
出来……然后，它再次被捕获并由此开始了有机之旅…
它幸运地从一片叶子上擦过并钻了进去，一缕阳光将它
牢牢锁住……眨眼间就好像被蜘蛛捕获的昆虫一样，碳
原子和氧原子分离了开来，最终和氢一同进入了生命的
长链……它进入了血液，不断地迁徙。叩响每一个神经
细胞的大门后进入其中，碳原子被排挤了出去。这个细
胞是一个大脑的一部分。其实正是我的大脑……这个细
胞和细胞中的原子在一个从未有人描述过的伟大而微小
的运动中控制着我的书写。它……引导着我的手在纸上
画上一点，对，就是这里，句子后面的这个标点。＇2＇
碳具有可形成与其他原子相连的长链或环的几乎独一无二
的能力。我说“几乎”是因为还有其他一些原子也能形成类似
的链或环，但远不如由碳基产生的分子来得多样化。“硅”是
一个最接近的例子。它有些特征与碳颇为相似，但由于硅原子
之间的键比碳键要弱许多，所以它只能组成长度仅为５到６个
原子的稳定链。
此外，硅也没有碳的另一种惊人的特殊属性。碳能和其他
碳原子或合适的原子组成多重键。这大大加强了它的多样性，
使之能形成大量不同类型的分子，其中有些分子相当大，含有
数百万个原子。相对而言，硅却不能与同类型原子组成多重键，
也很少能和其他原子以多键的形态存在。
因此，尽管有些科幻作家在描写基于硅的生命形态方面做
了不少出色的尝试，但事实上这几乎是不可能的。原因非常简
单，以我们目前的化学知识来看，硅无法形成那么复杂的分子。
碳是这个宇宙中能形成生命砌块的独一无二的原子。
也许你会想，这是不是过于盲目自信了呢？事实上，我根
本没有离开过地球，人类也仅仅到达过月球，对我们这个小小
太阳系中其他行星的探索也不过处在用简单机器探测的起步阶
段而已。究竟为什么我敢下此断言呢？
这个问题的答案对于理解如何用科学的方法推测其他行星
上的生命至关重要。科学理论中极为基本的一条就是“普适性
原理”，它说明了宇宙的同一性——或者换一种说法，“这里
发生什么，那里也会发生”。举个例子，我们不可能莫名其妙
地错过了与碳相似的另一种原子，因为这样一种原子不可能填
进元素周期表——以某种精确的模式列出宇宙中所有不同元素
的精确位置与相互关系的分类方案②。
图 2 碳基分子和硅基分子的比较
元素周期表是一个世纪以前由俄国化学家门捷列夫（Dmitry
Ivanovich Mendeleyev）依据元素特性创制的。 他把各种元素按
它们的特性置入相互关联性的模式中——这个网格状的系统被
称为“族”和“周期”。随着原子量的变化，原子的大小也不
同，表中并没有给任何特异的元素（也许这样的元素只有在猎
户座里才会发现）留下“空位”。”此后几十年里，表格中的
空缺逐渐被填补了上去，科学家还扩展了表的长度，但他们始
终没有发现过应插入表的中部的未知元素③。
这样迂回一番是为了要说明，只有碳原子才能形成“生命
分子”这样的大分子，例如，像DNA（脱氧核糖核酸）和RNA
（核糖核酸）这样巨大的分子结构，或者甚至较小一些的分子，
如组成前两者的核苷酸等）除此之外，还有蛋白质、酶及其他
维持细胞运作的生化物质。由于宇宙具有的同一性，这样的情
况在“这里”和“那里”都是一样的。
那么这些生化物质又有什么用呢？它们究竟又有什么特别
之处呢？
这些生化物质有着极为广泛的功能，从提供所有生物的每
个细胞运作所需的能量，到完成生命不可或缺的部分——繁殖。
在经历了漫长的进化过程以后，数以千计的这类生化物质均能
以惊人的高效完成各自特定的任务。其中最复杂的任务可能是
由一组特定的大型生化物质通过一系列精密的步骤将遗传信息
从上一代传至下一代。
正如我在本章开头所说的那样，具有复制能力、能在复制
过程中将遗传信息（它还具有变异能力）传递给后代，也许是
我们定义生命的最清晰的方式。在这个过程中需要许多大型有
机分子和生化物质。基于这一原因，很难想象某种生命形式，
特别是某种高级的智慧生命，能以碳元素以外的任何其他元素
为其化学构架的基础④。
好了，既然我们已经明确“生命”的核心在于一代代地复
制和变异，认识到那些生化物质在这一机制中起到了关键作用。
那么，它们又是如何具体参与其事的呢？
其实很简单：所有的生物都是通过印在每个细胞中的遗传
蓝图将特征信息传给下一代的。每个个体的模板全都不尽相同。
正是它区分了猴子和青蛙，区分了斯瓦辛格（Arnold Schwarzenegger）
和布莱尔（Tony Blair）。这种蓝图被称为遗传密码，它由一系
列微小的基因组成，而这些基因又由一种非常大的生化物质——
DNA（脱氧核糖核酸）的片段组成。
遗传学的历史由来已久。19世纪中期，奥地利修道士孟德
尔（Gregor Mendel）认识到代与代之间是通过他称为 “离散因
子”的东西——今天我们称之为基因——而遗传其特征的。他
发现每个个体从上一代那里继承两套完整的基因，分别来自父
母双方，在生物学上叫做“等位基因”。它们在复制过程中并
不发生任何变化，原封不动地从上一代传到下一代。使每个个
体不同的真正原因在于：每一个后代都从双亲两方各自的等位
基因中取一条，也就是说选中任一条的概率为50％，这样一来
就会产生4种组合，任何一种组合出现的概率为25％。 这种基
因的重组产生了多种多样的特征结果，如：肤色、体型、对疾
病的抵抗力，甚至酗酒的倾向性。
尽管孟德尔有了遗传物质的概念，但他并不清楚这个过程
在化学上是如何实现的。在孟德尔死后，大约过了70年，这个
谜终于被解开了。 在剑桥工作的沃森（James Watson）和克里
克（Francis Crick）发现基因由两股复杂的分子组成，这就是现
已广为人知的DNA双螺旋。
现已发现所有生物的每一个细胞中全都含有DNA。虽然它
是非常大的有机分子，但令人惊奇的是，构成DNA的基本化学
单位只有4种。它们分别是：A（腺嘌呤，adenine）、T（胸腺
嘧啶，thymine）、G（鸟嘌呤，guanine）、C（胞嘧啶，cytosine）。
它们数以亿计地散处于DNA分子结构中。这4种物质中的3种便
可以构成一个特定的代码或“词”， 这些由“3个字母”组成
的代码使单个的氨基酸能够按照指定的顺序组合成蛋白质。蛋
白质不单单是组成人体器官的必要物质，所有的生命都要依靠
蛋白质来提供自身所需的复杂化学物质。
使这一过程形象化的最佳办法，莫过于将一个细胞想象成
一大套百科全书。每一册书就是细胞中的一条染色体。人类的
每个细胞中都含有23对染色体，它们由极长并紧密盘绕的DNA
构成。人类身上的这套“百科全�
