生命之熵 (Erwin Schrodinger) 翻译:魏俊霞.

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1 生命之熵 (Erwin Schrodinger) 翻译:魏俊霞

2 生命与非生命的界限到底在那里? 生命的”原理”是什么?能否创造新生命? 生命是什么?千百年来,人类对生命之谜的探索从未停止过。将近70年前，量子力学创始人之一、奥地利著名物理学家埃尔温．薜定谔(Erwin Schrodinger)奏响了破解生命之谜的序曲，并提出了一个大胆的尝试：以物理学和化学的观点去诠释生命的本质。这种跨学科的创想打开了一扇全新的发现之门，产生了巨大的影响，激动了大批学者进入生物学领域，直接推动了生命科学的飞跃发展。

3 直到今天，生命之谜依然没有解开。生命与非生命的分界线到底在哪里？操纵生命的原理是什么？能否人工制造新生命？本文不仅从生物学和生命科学的视角，还将像薜定谔那样从物理学的角度来剖析生命的本质，揭开生命之谜。 下面，就让我们一起来面对这个既古老而又新鲜的问题，共同寻找”生命是什么”的答案吧。

4 病毒是生物吗？人体皮肤细胞是生物吗? 当我们看到一个物体时，往往一眼就能直观地判断出它是不是生物(生命体)。例如，看到狗或猫时，立刻就知道它是生物，而你正在读的这本杂志不是生物，做出这样的判断对你来说没什么难度。

5 那么，必须依赖宿主才能存活和增殖的病毒是不是生物呢. 面对智力与动作越来越接近人类的高智慧机器人，你是否感觉到它们也拥有鲜活的生命性质呢
那么，必须依赖宿主才能存活和增殖的病毒是不是生物呢?面对智力与动作越来越接近人类的高智慧机器人，你是否感觉到它们也拥有鲜活的生命性质呢?如今，科学家已经成功培育出了ips细胞(induced pluripotent stem cells,诱导性多能干细胞)。在不久的将来，也许利用一个体细胞就能培育出一个崭新的生命体。那么，我们能把人体皮肤细胞单独称为生物吗? 毫无疑问，当我们判断某一物体是不是生物时,肯定存在着一个判断标准。那么，它又是什么呢?

6 大约70年前，一个物理学家向生命之谜发起挑战
不管是像人类那样鲜活的生命体，还是像岩石那样坚硬的物体，如果不断拆解下去的话，我们就会发现它们都是由无数个微小的原子组成的。既然都是由原子组成的，那么，人类和岩石都应该遵循相同的物理定律。但是，身为生命体的人类和非生命体的岩石却拥有截然不同的特征。这些差异究竟从何而来? 千百年来，生命一直是一个让无数科学家困惑迷离的谜团。量子力学的开创者之一,著名的物理学家薜定谔( )率先向生命之谜发起了挑战，并于1944年出版了《生命是什么》一书。在书中，他提出了一系列天才的观点和大胆的设想：物理学和化学原则上可以诠释生命现象。

7 这是一部石破天惊的书,它奏响了揭示生命遗传观奥秘的序曲。在这本巨著的影响和感召下，一批物理学家放弃了熟悉的研究领域，投身到生物学研究的洪流中，立志献身于揭开生命遗传的奥秘。詹姆斯．沃森（James Watson, 1928）就是其中的一个,他于1953年－《生命是什么》出版9年之后 － 发现了DNA双螺旋结构，从此开启了分子生物学时代,推动了近代生命科学的飞跃发展。 如今，自《生命是什么》出版以来已经度过了将近70个春秋，生命科学和物理学已经有了飞跃性发展。今天，面对“生命是什么”这个困扰了一代又一代科学家的问题，我们又能回答出多少呢?

8 生命同样受物理学定律支配 不管是人类那样鲜活的生命体，还是岩石那样坚硬的物体，如果一直拆解下去的话，我们就会发现它们都是由原子组成的。世界上并不存在只有生命体才拥有的特殊原子，也不存在只适用于生命体的特殊的物理定律。

9 人类、植物及细菌的共同特征是什么? 草原上奔跑的动物，天空中翱翔的鸟类，春天里竟相绽放的五颜六色的花草……都散发着勃勃生机，让我们不得不惊叹生命的伟大与不可思议。 相反，面对路边的石块，我们却丝豪感受不到生命的存在。由木头制成的桌子和椅子也毫无生命感，尽管它们的前世－树木－也曾是鲜活的生命体。当我们赞赏瓶中花儿的美丽时，如果猛然发现它竟是一束毫无生命的假花，顿时就会兴致全无。

10 是什么让我们感受到生命的存在？生命究竟有什么特征呢?
地球是所有生物的共同家园。从天空到陆地，从陆地到海洋，从海洋深处到大地深处，栖息繁衍着丰富多样的生物。可爱的宠物狗和猫、鱼缸中悠闲自得游来游去的鱼儿、生机盎然的盆栽花草、令人厌烦的苍蝇和蚊子……在我们的身边，就生活着各种各样的生物。也许你还不知道，你的体内和皮肤表面居然寄生着100多万亿个细菌。这个数字，会不会让你大吃一惊？

11 假如有人问你，不管是细菌还是人类，所有生物的共同特征是什么，你会怎样回答呢？
例如，人类和狗都是哺乳类动物，在形态和生态上很容易找到共同之处，都有眼睛、耳朵和鼻子，食物种类相似，活泼爱动等等。 那么，人类与植物有共同之处吗？与只有1/1000毫米大的大肠杆菌有共同之处吗？放眼“地球上所有的生物”，它们又有怎样的共同之处呢？

12 尽管形态各异，却都是“生物” 地球上现存的有记载的生物种类大约有200多万种。从存在量(总重量)来说，细菌和古细菌等微生物的存在量高于动物（动物的总重量为几十亿到100亿吨，而微生物约有400亿吨），植物的存在量则远远高于微生物（植物为1万亿到2万亿吨）。

13 甚至连大肠杆菌都能不断适应周围环境而坚强地存活下去
众所周知，人体能感受光、声音、气味、热量等来自周围环境的刺激，并做出相应的反应。例如，气温升高时，我们就会出汗散热;光线强烈刺激我们眼睛时，瞳孔就会不自觉地缩小。当我们发觉行进的前方有障碍物时，就会主动避开，当感到阳光太晒时，就会走到阴凉处。总之，我们会有意或无意地“趋利避害”，使自己处于更加有利的地位。

14 你知道吗，甚至连大肠杆菌等原始生物，都能对周围刺激做出反应而顽强地活下来。大肠杆菌全身遍布鞭毛，可以在鞭毛的驱动下有目的地运动。鞭毛是一种细长的丝状结构，由蛋白质构成，通过根部的“发动机”进行控制。鞭毛向同一方向旋转时，大肠杆菌就会前进;而当部分鞭毛逆向旋转时，推进力则失去平衡，大肠杆菌就会改变行进方向。就这样，大肠杆菌可以不断地改变行进方向，在大肠中自由自在地游来游去。

15 此外，大肠杆菌的表面还有感知有害物质的感受器。当感受器感知到有害物质时，会把这一信息传递给鞭毛的“发动机”，从而改变鞭毛的旋转方向。也就是说，大肠杆菌能感知危险，并改变行进方向。利用鞭毛不断改变方向，大肠杆菌就能成功避开有害物质，逃离危险。 其实，乍一看根本不会动的植物也能对周围刺激做出反应。例如，在黑暗的房间栽培萝卜苗时，如果只从一个方向照射灯光的话，萝卜苗的茎尖就会慢慢向光线方向倾斜生长，这就是对光刺激做出反应的证据。 也许可以说，“对周围刺激做出反应”是所有生物共有的一个特征。这一机制不断进化，最终造就了最高级最完美的生物－人类。

16 趋利避害－远离有毒物质，靠近有益物质 大肠杆菌利用身体表面的感受器对有害物质(金属离子等破坏细胞的物质)做出反应。感受器(受体)由蛋白质构成，当感受器结合到有害物质时，让鞭毛逆向旋转的“开关”就会打开，从而改变大肠杆菌的行进方向。就这样，大肠杆菌利用鞭毛不断调整游动方向，最终游到有害物质少的安全场所。利用身体表面的感受器，大肠杆菌不仅能远离有害物质，还可以靠近营养成份(糖或氨基酸)多的地方，或者温暖的地方(更加利于生存的环境)。

17 糖分、氧气、光、水……必定要“吃些”什么?
众所周知，人类生存离不开空气(氧气)、水和食物。没有这三种物质，所有的动物都不能生存。水、矿物质(无机物)和阳光则是植物生长的必要条件。 所有的生物都必须“从外界获得营养”才能生存下去。营养是指生物维持机体功能、生长发育所必须的物质。尽管不同生物所需的营养各不相同，但是，世界上根本不存在完全不需要营养的生物。

18 生物从外界摄取营养，并通过一系列的化学反应，将其转变为维持自身各项生命活动所需的能量或自身物质。这一转变过程称为“代谢”。与此同时，生物体在通过代谢活动充分吸收和利用从外界环境中获取的营养后，把不需要和不能利用的废物再次排出体外。 实际上，作为从外界获得营养的先决条件，所有的生物都具备一个特征－区分自身(内部)与自身之外(外部)的界限，即“内外有别”。你是不是觉得这个特征听起来再普通不过、理所当然呢？但是如果没有内外之分的话，生物体也就根本不能从外界摄取营养了。

19 从外界摄取营养，将其转变为自身物质或能量，并把不需要的废物排出体外
不管是植物还是动物，所有的生物体都要把从外界摄取的营养转变成自身的组成物质或维持生命活动所需的能量，同时还要把不需要的废物排出体外。生物体必须与外界环境之间进行物质的交换和能量的流动，否则就无法生存。 植物利用太阳光能，以水和二氧化碳(无机物)为原料，生成有机物和维持生命活动所必须的能量，这个反应过程就是光合作用。氧气是光合作用的副产物。光合作用所合成的有机物主要有两大类，一类使植物具有一定形状，例如纤维素;另一类可作为自身能源使用，例如淀粉。

20 动物则靠摄取植物制造的氧气和有机物生存，将其转化为自身物质或维持生命活动所有的能量，并把不需要的二氧化碳、热量以及从外界摄取的机物所分解成的无机物或有机物排出体外。
生物生命活动所需的能量，归根结底是来自于太阳的光能。

21 生物的遗传：龙生龙，凤生凤 狗每胎一般产仔10只左右，翻车鱼具有超强的生殖力，一次可产卵几亿粒，堪称海洋中最会生产的鱼：蒲公英的种子带着绒毛，宛如小小的降落伞，随风飘扬，落地生根;青霉则依靠孢子进行生殖。总而言之，任何一个生物体都会以自己持有的方式繁殖后代从而延续生命。 繁殖是所有生命都有的基本现象之一。其中最重要的一点是，子代与亲代在形态构造、生理机能上非常相似。俗语说“龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞”，亲代将自己的特征传递给子代，繁殖出与自己性状相似的后代，这就是遗传。

22 繁殖是在细胞分裂的基础上进行的，一个细胞分裂成两个细胞，最终形成两个相同的个体。细菌和原生生物 (阿米巴原虫等)属于单细胞生物，由单个细胞组成，全部生命活动在一个细胞内完成。单细胞生物的细胞分裂，意味着个体数量的增多。 多细胞生物，则是指由多个分化的细胞组成的生物体，其分化的细胞各有不同的、专门的功能。多细胞生物繁殖后代的机制远比单细胞生物复制，其生命开始于一个细胞 － 由卵子和精子等生殖细胞形成的受精卵，经过细胞分裂和分化，最后发育成新个体，从而成功繁洐出与自己性状相似的后代。 全文完