生命到底是什么?来看看科学家们的不同答案

2017-01-10 10:40:32  来源:每日科技网

        【每日科技网】

 

  在过去的100年间,我们对于生命的定义变得更加困难了。一直到19世纪以前,人们一直认为生命是非常特殊的,而之所以如此,是因为我们的身体内隐藏着一种看不到的“灵魂”。但在科学界,这样的说法现在已经逐渐消失了。现在的人们看待这一问题的视角更加科学了。比如说美国宇航局将生命定义为“能够自我维系,且能够进行达尔文进化的化学系统”。
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  但美国宇航局也仅仅是许许多多试图将所有生命现象归入一个简单定义中的机构中的一个。事实上,人们已经提出了超过100个有关生命的定义,其中大部分着眼于一些生命所具有的关键特征,比如繁殖以及新陈代谢。
  让事情更加糟糕的是,不同学科的科学家在“究竟什么才能真正被用来定义生命”这一重要问题方面的想法是很不同的。一个化学家倾向于将生命看做大量分子的结合,而物理学家则更多会从热力学角度去进行讨论。
  为了对“什么是生命”这一问题有一个更好的理解角度,让我们先来听听那些在这一领域前沿工作的一些科学家们的看法吧。
  病毒学家的观点:
  病毒学家正是这样一群人。他们的工作正是探寻处在我们所知的生命范畴边缘的那些灰色地带。
  在西方的小学里,孩子们会学习到一个说法,叫做“格雷女士”(MRS GREN)。这其实是一个记忆口诀,老师希望借此帮助孩子们记住定义生命的7个关键特征:运动(Movement)、呼吸(Respiration)、感受性(Sensitivity)、生长(Growth)、繁殖(Reproduction)、排泄(Excretion) 以及营养(Nutrition)。
  这当然是不错的认识开端,但却谈不上严谨。有很多我们不会将其视作生命的东西却可以满足这些定义条件。比如有些叫做“阮病毒蛋白”的感染性蛋白颗粒,甚至是某些计算机程序,如果按照MRS GREN定义方法,那就都成为生命了。
  经典的分界线还是在病毒这里。法国巴黎巴斯德研究所的微生物学家帕特里克·伏特里埃(Patrick Forterre)表示:“它们不是细胞,它们没有新陈代谢,并且除非它们遇到合适的细胞,否则它们将一直都是休眠的。因此很多人,包括很多科学家都认为病毒并不是生命。”
  但在伏特里埃看来,病毒的的确确就是生命。不过他也承认,病毒是否能够被归入生命范畴,很大程度上要取决于你将生命定义的边界放置在何处。
  尽管病毒看上去几乎缺乏一切在我们看来属于加入“生命俱乐部”所必须的条件,但它们的确拥有遗传物质DNA或者RNA。这是生命的蓝图,整个星球上所有生命之间都是相通的。这就意味着病毒可以进化和复制——尽管它们必须借助其他细胞才能完成这一过程。
  病毒携带有DNA或RNA的事实让很多人认为病毒应该能够被归入生命进化树中去。甚至有科学家认为病毒可能隐藏着地球上生命最初诞生的奥秘。如果情况的确如此,那么生命在其最初的阶段就完全不是非黑即白的状态,而是某种不甚清晰的,介于生命与非生命之间的模糊边界。
  一些科学家已经接纳了这一观点。他们将病毒视作是“介于化学体和生命体之间的边界上”。而这就引出了一个十分有趣的问题:究竟从何处开始,所有化学成分的总和开始超越化学本身而进入生命的范畴了呢?
  化学家的观点:
  化学家们的工作是探索构建生命的“菜单”。
  美国斯克里普斯海洋学研究所的杰弗里·巴达(Jeffrey Bada)表示:“我们所知的生命是基于碳元素的大分子聚合物。”正是基于这些聚合物——它们被叫做氨基酸(构建DNA的基本构建),进一步出现了蛋白质和多糖,随后整个丰富多彩的生命世界出现了。
哈罗德·尤里正在实验室里检查设备。1950年代,尤里和斯坦利·米勒共同设计并实施了的“尤里-米勒实验”

  哈罗德·尤里正在实验室里检查设备。1950年代,尤里和斯坦利·米勒共同设计并实施了的“尤里-米勒实验”

  巴达是美国化学家斯坦利·米勒(Stanley Miller)的学生——对,就是那个在上世纪1950年代构建名垂青史的“尤里-米勒实验”的那个米勒。该实验是人类尝试证明生命物质可以从非生命的化学物质中诞生。巴达在他老师的工作基础上更进一步,证明了在按照设想中早期地球大气成分配置的混合气体中放电,可以产生丰富得多的与生命有关的各类复杂分子。
  但这些化学分子仍然是没有生命的。只有当这些化学分子开始具备了排泄功能,或者开始互相厮杀,这时候我们才会给予它们“生命”的荣誉称号。那么这个关键的开关究竟在何处?究竟如何才能让这些化学物质一跃而成为生命?巴达对此给出的答案令人惊讶。
  他说:“遗传信息分子的不完美复制可能标志着生命和进化本身的起源,因而也是非生命的化学过程向生命演化的关健过渡。”化学复制的开端,尤其是非完美的,有差错的复制将产生完美程度,或者说“能力”不同的“后代”。这些分子“后代”将会相互竞争,争夺生存的机会。
  巴达说:“这基本上就是分子层面上的达尔文进化。”
  但在很多化学家看来,只有复制——也就是病毒必须要借助感染细胞才能完成的过程,才能真正定义生命。一个事实是,携带遗传信息的分子 :DNA和RNA分子让这种复制成为了可能,因此它们也应该被认为是构成生命的关键要件。
  但如果我们将视野放的更加宽广,那么这种将特定化学分子视作生命标志的做法很有可能就会失效。想想看,地球上的生命或许都有DNA或者RNA作为遗传物质,但是有没有我们目前还不了解的生命形式,它们是否也就一定是这样的呢?
  天体生物学家的观点:
  天体生物学家的工作是搜寻外星生命。
  要想预言那些我们从未了解的地外生命是非常困难的。很多研究人员,包括英国爱丁堡大学天体生物学中心的查尔斯·考克尔(Charles Cockell)和同事们,都尝试利用地球上生活在极端环境下的微生物作为可能地外生命形式的参考原型。他们推测认为,生活在地外世界的生命,其生存环境或许会和地球环境很不相同,但可能仍然会保留有一些与地球上的生命所共同的特征,因此我们是可以识别出来的。
如果火星上有生命,我们能够找到它们吗?

如果火星上有生命,我们能够找到它们吗?

  但考克尔也表示:“我们必须保持开放的头脑,以便应对任何可能出现的,完全不符合以上定义范畴的生命形。”
  甚至在尝试将我们现有的关于地球生命的知识推广至地球之外的生命时,我们也常常会遭遇令人困惑的结局。比如美国宇航局在1976年将海盗-1号飞船降落到火星地表时,他们当时认为他们自己对于什么是生命是相当清楚的。这台着陆器携带了三种测试火星地表有无生命现象的测试仪器。一种测试的结果显示火星上似乎存在生命:火星土壤中的二氧化碳水平很高,这说明在火星近地表的土壤中有微生物在呼吸——这是我们在地球上得到的研究经验。
  事实上,现在我们已经十分清楚,产生这一结果的原因与生命现象毫无关系,而只是非常一般的氧化化学反应结果。
宇宙中有无可能存在着硅基生命?

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  正是在这样的一次次尝试中,天体生物学家们不断利用这些经验,使我们搜寻生命所使用的生命定义更加精准化,但直到目前为止,我们仍然没有发现任何地外生命的迹象。
  或许天体生物学家们也并不应该将生命的定义给的太过精准。卡尔·萨根曾经将我们默认生命就应该是基于碳元素的观点称作是“碳沙文主义”,并认为这样的做法是作茧自缚,只会限制我们搜寻外星生命时的视野。
  考克尔表示:“已经有科学家指出,外星生命也有可能是硅基生命,或者也并不需要依赖水的存在,而是某种其他的溶剂。已经有很多关于某种地外的云雾状智慧生命形式设想的讨论。”
  在2010年,有一条新闻说科学家们发现了一种细菌,其DNA内含有砷的成分,而通常这种结构是由磷构建的。这一消息让很多研究天体生物学的科学家们感到兴奋不已。尽管这一发现后来受到了质疑,但很多科学家仍然对于发现不同于传统规则的新形式生命抱有希望。与此同时,一些科学家则开始考虑那些根本不基于化学的生命形式的可能性。

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