○(杂志编辑)
生命是什么?这大概是世间最复杂也最难解的问题之一。夏日去海边玩,海滩上有着五彩斑斓的石头和贝壳。贝壳是生物,石头是非生物,这是小孩子都知道的常识。但贝壳为何是生物,石头是非生物?它们之间究竟有何区别?在《生物和非生物之间》一书中,分子生物学家福冈伸一以此为由头,带我们走上探秘生命本质的旅程。
福冈伸一堪称科普界的东野圭吾,他的畅销科普书既有科学家的严谨,也有推理作家层层递进的逻辑性和扣人心弦的文笔。在书中,他像侦探一般穿梭时空,还原现场,探秘科学家们对生命本质的追寻,又在螺蛳壳里做道场,微观解剖蛋白质和细胞膜的运行机制,从而揭示出生命存续本质的两个机制:自我复制机制和维持秩序的动态平衡机制。
事情要从薛定谔说起。作为著名的理论物理学家,量子力学的创始人,薛定谔于1944年写成的《生命是什么》一书,却成为了后世研究生命现象的科学家的定海神针,奠定了分子生物学的理论基础。薛定谔认为,生命并不神秘,所有的生命现象都可以用物理和化学的语言来阐述。《生命是什么》对研究生命现象的最大启发,在于提出了三个问题:一、遗传密码的概念;二、基因的持久性和遗传模式长期稳定的可能性;三、生命以“负熵为生”,通过“秩序”来维持系统的组织。
福冈伸一这一本《生物和非生物学之间》,可以说是以《生命是什么》发表以来至今所取得的分子生物学的进展和成就,对薛定谔的三个问题作了精彩的解答。该书前半部分围绕着分子生物学界对生物遗传基因DNA及其确保自我复制的双螺旋结构如何被发现的经过展开,精彩跌宕如同一部大剧,解开了生命自我复制的谜底。但这只解开了生命的一半的谜题,还有另一半需解决:按照热力学第二定律,熵增加原理(在孤立系统中,体系与环境没有能量交换时,体系总是自发地向混乱程度增大的方向改变,使得整个系统的熵值增大)适用于一切物理现象(熵表示混乱度),生命也如此,只要生命还活着,熵就会越来越高,换言之越来越接近最大熵状态,即死亡。那么,生命如何抵抗这种熵增加?
薛定谔认为生命可以通过从周围的环境中汲取负熵(进食)以维持秩序,从而使自己保存下去,但薛定谔对维持秩序的理解未免太简单。与薛定谔同期的生物学家鲁道夫·舍恩海姆真正揭开了生命维持秩序的奥秘:生命通过不断破坏秩序来动态地维持秩序。以人体为例,体表的皮肤、指甲和毛发的新陈代谢大家都知道,但分子生物学指出不仅身体的表层,我们体内的每一个部位都在不断重复分解与合成。这是由于组成我们身体的原子和分子时时刻刻在更迭,在流动的缘故,以至于每过一年半载,我们的身体其实已经是一个崭新的身体,老朋友间“你一点都没变”的说法严格来说是错误的。
生命是一个系统,这个系统本身始终处于流动状态,生命以“流动”来不断地破坏秩序,以达到维持秩序的目的,“流动”起到了将生物体内必然会出现的熵排出体外的作用。所以,福冈伸一说生命就是处于动态平衡状态的流体。组成生命的蛋白质在变化,前脚刚合成,后脚就被破坏了。这是生命体维持秩序的唯一方法。
回到本文开头的问题:贝壳为什么是生物,而石头是非生物?因为贝壳具有石头不具备的美:秩序美。而打造这种秩序美的,正是那永不停息的原子运动,这种动态的秩序美就是生命之大美。
福冈伸一深谙畅销科普写作的要领,他有本事将复杂、晦涩难明的分子生物学现象描绘得浅白通透,秘诀在于他用了大量的比喻:DNA的双螺旋结构有一种绝美,类似“胶片的正片与负片”;不同的蛋白质的形状有一种互补性,类似于拼图块,哪一块有缺失,就会有源源不断的拼图块填补空缺;生命维持动态平衡秩序,类似海滩上的沙堡,形状没变,但构成沙堡的沙粒时时刻刻在流动在递变;生命与环境的相互作用,是只能折叠却不能拆开的折纸……在福冈伸一眼里,生命的种种并不只是一堆枯燥的数字和实验,它也具有美丽、壮阔、激情的诗意之美。