生命之熵 (Erwin Schrodinger) 翻譯: 魏俊霞.

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1 生命之熵 (Erwin Schrodinger) 翻譯: 魏俊霞

2 生命與非生命的界限到底在那裡? 生命的”原理”是什麼?能否創造新生命? 生命是什麼?千百年來,人類對生命之謎的探索從未停止過。將近70年前，量子力學創始人之一、奧地利著名物理學家埃爾溫．薜定諤(Erwin Schrodinger)奏響了破解生命之謎的序曲，並提出了一個大膽的嘗試：以物理學和化學的觀點去詮釋生命的本質。這種跨學科的創想打開了一扇全新的發現之門，產生了巨大的影響，激動了大批學者進入生物學領域，直接推動了生命科學的飛躍發展。

3 直到今天，生命之謎依然沒有解開。生命與非生命的分界線到底在哪裡？操縱生命的原理是什麼？能否人工製造新生命？本文不僅從生物學和生命科學的視角，還將像薜定諤那樣從物理學的角度來剖析生命的本質，揭開生命之謎。 下面，就讓我們一起來面對這個既古老而又新鮮的問題，共同尋找”生命是什麼”的答案吧。

4 病毒是生物嗎？人體皮膚細胞是生物嗎? 當我們看到一個物體時，往往一眼就能直觀地判斷出它是不是生物 (生命體)。例如，看到狗或貓時，立刻就知道它是生物，而你正在讀的這本雜誌不是生物，做出這樣的判斷對你來說沒什麼難度。

5 那麼，必須依賴宿主才能存活和增殖的病毒是不是生物呢. 面對智力與動作越來越接近人類的高智慧機器人，你是否感覺到它們也擁有鮮活的生命性質呢
那麼，必須依賴宿主才能存活和增殖的病毒是不是生物呢?面對智力與動作越來越接近人類的高智慧機器人，你是否感覺到它們也擁有鮮活的生命性質呢?如今，科學家已經成功培育出了ips細胞 (induced pluripotent stem cells, 誘導性多能幹細胞)。在不久的將來，也許利用一個體細胞就能培育出一個嶄新的生命體。那麼，我們能把人體皮膚細胞單獨稱為生物嗎? 毫無疑問，當我們判斷某一物體是不是生物時,肯定存在著一個判斷標準。那麼，它又是什麼呢?

6 大約70年前，一個物理學家向生命之謎發起挑戰
不管是像人類那樣鮮活的生命體，還是像岩石那樣堅硬的物體，如果不斷拆解下去的話，我們就會發現它們都是由無數個微小的原子組成的。既然都是由原子組成的，那麼，人類和岩石都應該遵循相同的物理定律。但是，身為生命體的人類和非生命體的岩石卻擁有截然不同的特徵。這些差異究竟從何而來? 千百年來，生命一直是一個讓無數科學家困惑迷離的謎團。量子力學的開創者之一,著名的物理學家薜定諤 ( )率先向生命之謎發起了挑戰，並於1944年出版了《生命是什麼》一書。在書中，他提出了一系列天才的觀點和大膽的設想：物理學和化學原則上可以詮釋生命現象。

7 這是一部石破天驚的書,它奏響了揭示生命遺傳觀奧秘的序曲。在這本巨著的影響和感召下，一批物理學家放棄了熟悉的研究領域，投身到生物學研究的洪流中，立志獻身於揭開生命遺傳的奧秘。詹姆斯．沃森（James Watson, 1928）就是其中的一個,他於1953年－《生命是什麼》出版9年之後 － 發現了DNA雙螺旋結構，從此開啟了分子生物學時代,推動了近代生命科學的飛躍發展。 如今，自《生命是什麼》出版以來已經度過了將近70個春秋，生命科學和物理學已經有了飛躍性發展。今天，面對“生命是什麼”這個困擾了一代又一代科學家的問題，我們又能回答出多少呢?

8 生命同樣受物理學定律支配 不管是人類那樣鮮活的生命體，還是岩石那樣堅硬的物體，如果一直拆解下去的話，我們就會發現它們都是由原子組成的。世界上並不存在只有生命體才擁有的特殊原子，也不存在只適用於生命體的特殊的物理定律。

9 人類、植物及細菌的共同特徵是什麼? 草原上奔跑的動物，天空中翱翔的鳥類，春天裡竟相綻放的五顏六色的花草……都散發著勃勃生機，讓我們不得不驚嘆生命的偉大與不可思議。 相反，面對路邊的石塊，我們卻絲豪感受不到生命的存在。由木頭製成的桌子和椅子也毫無生命感，盡管它們的前世－樹木－也曾是鮮活的生命體。當我們贊賞瓶中花兒的美麗時，如果猛然發現它竟是一束毫無生命的假花，頓時就會興致全無。

10 是什麼讓我們感受到生命的存在？生命究竟有什麼特徵呢?
地球是所有生物的共同家園。從天空到陸地，從陸地到海洋，從海洋深處到大地深處，棲息繁衍著豐富多樣的生物。可愛的寵物狗和貓、魚缸中悠閒自得游來遊去的魚兒、生機盎然的盆栽花草、令人厭煩的蒼蠅和蚊子……在我們的身邊，就生活著各種各樣的生物。也許你還不知道，你的體內和皮膚表面居然寄生著100多萬億個細菌。這個數字，會不會讓你大吃一驚？

11 假如有人問你，不管是細菌還是人類，所有生物的共同特徵是什麼，你會怎樣回答呢？
例如，人類和狗都是哺乳類動物，在形態和生態上很容易找到共同之處，都有眼睛、耳朵和鼻子，食物種類相似，活潑愛動等等。 那麼，人類與植物有共同之處嗎？與只有1/1000毫米大的大腸桿菌有共同之處嗎？放眼“地球上所有的生物”，它們又有怎樣的共同之處呢？

12 盡管形態各異，卻都是“生物” 地球上現存的有記載的生物種類大約有200多萬種。從存在量(總重量)來說，細菌和古細菌等微生物的存在量高於動物（動物的總重量為幾十億到100億噸，而微生物約有400億噸），植物的存在量則遠遠高於微生物（植物為1萬億到2萬億噸）。

13 甚至連大腸桿菌都能不斷適應周圍環境而堅強地存活下去
眾所周知，人體能感受光、聲音、氣味、熱量等來自周圍環境的刺激，並做出相應的反應。例如，氣溫升高時，我們就會出汗散熱;光線強烈刺激我們眼睛時，瞳孔就會不自覺地縮小。當我們發覺行進的前方有障礙物時，就會主動避開，當感到陽光太曬時，就會走到陰涼處。總之，我們會有意或無意地“趨利避害”，使自己處於更加有利的地位。

14 你知道嗎，甚至連大腸桿菌等原始生物，都能對周圍刺激做出反應而頑強地活下來。大腸桿菌全身遍佈鞭毛，可以在鞭毛的驅動下有目的地運動。鞭毛是一種細長的絲狀結構，由蛋白質構成，通過根部的“發動機”進行控制。鞭毛向同一方向旋轉時，大腸桿菌就會前進;而當部分鞭毛逆向旋轉時，推進力則失去平衡，大腸桿菌就會改變行進方向。就這樣，大腸桿菌可以不斷地改變行進方向，在大腸中自由自在地游來遊去。

15 此外，大腸桿菌的表面還有感知有害物質的感受器。當感受器感知到有害物質時，會把這一信息傳遞給鞭毛的“發動機”，從而改變鞭毛的旋轉方向。也就是說，大腸桿菌能感知危險，並改變行進方向。利用鞭毛不斷改變方向，大腸桿菌就能成功避開有害物質，逃離危險。 其實，乍一看根本不會動的植物也能對周圍刺激做出反應。例如，在黑暗的房間栽培蘿蔔苗時，如果只從一個方向照射燈光的話，蘿蔔苗的莖尖就會慢慢向光線方向傾斜生長，這就是對光刺激做出反應的証據。 也許可以說，“對周圍刺激做出反應”是所有生物共有的一個特徵。這一機制不斷進化，最終造就了最高級最完美的生物－人類。

16 趨利避害－遠離有毒物質，靠近有益物質 大腸桿菌利用身體表面的感受器對有害物質(金屬離子等破壞細胞的物質)做出反應。感受器(受體)由蛋白質構成，當感受器結合到有害物質時，讓鞭毛逆向旋轉的“開關”就會打開，從而改變大腸桿菌的行進方向。就這樣，大腸桿菌利用鞭毛不斷調整遊動方向，最終遊到有害物質少的安全場所。利用身體表面的感受器，大腸桿菌不僅能遠離有害物質，還可以靠近營養成份(糖或氨基酸)多的地方，或者溫暖的地方(更加利於生存的環境)。

17 糖分、氧氣、光、水……必定要“吃些”什麼?
眾所周知，人類生存離不開空氣(氧氣)、水和食物。沒有這三種物質，所有的動物都不能生存。水、礦物質(無機物)和陽光則是植物生長的必要條件。 所有的生物都必須“從外界獲得營養”才能生存下去。營養是指生物維持機體功能、生長發育所必須的物質。盡管不同生物所需的營養各不相同，但是，世界上根本不存在完全不需要營養的生物。

18 生物從外界攝取營養，並通過一系列的化學反應，將其轉變為維持自身各項生命活動所需的能量或自身物質。這一轉變過程稱為“代謝”。與此同時，生物體在通過代謝活動充分吸收和利用從外界環境中獲取的營養後，把不需要和不能利用的廢物再次排出體外。 實際上，作為從外界獲得營養的先決條件，所有的生物都具備一個特徵－區分自身(內部)與自身之外(外部)的界限，即“內外有別”。你是不是覺得這個特徵聽起來再普通不過、理所當然呢？但是如果沒有內外之分的話，生物體也就根本不能從外界攝取營養了。

19 從外界攝取營養，將其轉變為自身物質或能量，並把不需要的廢物排出體外
不管是植物還是動物，所有的生物體都要把從外界攝取的營養轉變成自身的組成物質或維持生命活動所需的能量，同時還要把不需要的廢物排出體外。生物體必須與外界環境之間進行物質的交換和能量的流動，否則就無法生存。 植物利用太陽光能，以水和二氧化碳(無機物)為原料，生成有機物和維持生命活動所必須的能量，這個反應過程就是光合作用。氧氣是光合作用的副產物。光合作用所合成的有機物主要有兩大類，一類使植物具有一定形狀，例如纖維素;另一類可作為自身能源使用，例如澱粉。

20 動物則靠攝取植物製造的氧氣和有機物生存，將其轉化為自身物質或維持生命活動所有的能量，並把不需要的二氧化碳、熱量以及從外界攝取的機物所分解成的無機物或有機物排出體外。
生物生命活動所需的能量，歸根結底是來自於太陽的光能。

21 生物的遺傳：龍生龍，鳳生鳳 狗每胎一般產仔10隻左右，翻車魚具有超強的生殖力，一次可產卵幾億粒，堪稱海洋中最會生產的魚：蒲公英的種子帶著絨毛，宛如小小的降落傘，隨風飄揚，落地生根;青霉則依靠孢子進行生殖。總而言之，任何一個生物體都會以自己持有的方式繁殖後代從而延續生命。 繁殖是所有生命都有的基本現象之一。其中最重要的一點是，子代與親代在形態構造、生理機能上非常相似。俗語說“龍生龍，鳳生鳳，老鼠的兒子會打洞”，親代將自己的特征傳遞給子代，繁殖出與自己性狀相似的後代，這就是遺傳。

22 繁殖是在細胞分裂的基礎上進行的，一個細胞分裂成兩個細胞，最終形成兩個相同的個體。細菌和原生生物 (阿米巴原蟲等) 屬於單細胞生物，由單個細胞組成，全部生命活動在一個細胞內完成。單細胞生物的細胞分裂，意味著個體數量的增多。 多細胞生物，則是指由多個分化的細胞組成的生物體，其分化的細胞各有不同的、專門的功能。多細胞生物繁殖後代的機制遠比單細胞生物複製，其生命開始於一個細胞 － 由卵子和精子等生殖細胞形成的受精卵，經過細胞分裂和分化，最後發育成新個體，從而成功繁洐出與自己性狀相似的後代。 全文完