病毒是生命嗎？能自我復(fù)制的計(jì)算機(jī)程序算生命嗎？將生命與非生命明確地劃分開(kāi)來(lái)，這件事可能比我們想象的要難很多。本文從病毒學(xué)、化學(xué)、天體生物學(xué)、人工生命等角度，探討了定義何為“生命”難在何處，以及科學(xué)家在此問(wèn)題上的進(jìn)展。
撰文 Josh Gabbatiss
翻譯 撖靜宜
審校 張珂
什么是生命，什么不是？我們大多數(shù)人可能覺(jué)得這個(gè)問(wèn)題并不需要很復(fù)雜的思考，很簡(jiǎn)單啊，人是生命而石頭不是。
但科學(xué)家和哲學(xué)家們對(duì)此并沒(méi)有一個(gè)非常明晰的概念。為了思考究竟是什么讓生物為“生”物，他們足足花了幾千年。從亞里士多德到卡爾·薩根，無(wú)數(shù)的偉人提出了一個(gè)個(gè)偉大的理論去定義生命，但是到目前為止沒(méi)有一個(gè)理論可以說(shuō)服所有人?；蛘哒f(shuō)，我們并沒(méi)有找到生命的“意義”。
而在過(guò)去的一百年間，定義生命甚至變得更加困難了。一直到19世紀(jì)，主流說(shuō)法都認(rèn)為，生命區(qū)別于非生命的因素，就在于無(wú)形的“靈魂”或是“精神”而不同。但目前科學(xué)界已經(jīng)拋棄了這一理論，因?yàn)橛懈鼮榭茖W(xué)的觀點(diǎn)取代了它。例如，美國(guó)航空航天局（NASA）就把生命定義為一種“符合達(dá)爾文進(jìn)化理論并且可以自我維持的化學(xué)體系”。
但是，NASA的定義只是希望用簡(jiǎn)潔的描述去定義生命的眾多嘗試之一。事實(shí)上，如今的科學(xué)界提出了超過(guò)100種的生命定義，這些定義大多關(guān)注生命的一小部分關(guān)鍵屬性，比如繁殖和代謝。然而，對(duì)與什么才是定義“活著”的最重要的因素，不同科學(xué)家持有不同的意見(jiàn)。化學(xué)家認(rèn)為生命應(yīng)該被歸結(jié)為幾個(gè)特定的分子，然而物理學(xué)家則更偏向討論熱力學(xué)問(wèn)題。
為了更好地理解為什么定義生命如此之難，讓我們了解一下幾個(gè)工作在區(qū)分生命與非生命前沿的領(lǐng)域——
皰疹病毒（EB病毒）。圖片來(lái)源：Kateryna Kon/Science Photo Library
病毒學(xué)家：探索生命邊緣的灰色地帶
有些英文教材會(huì)用“MRS GREN”作為便于記憶的口訣，幫助孩子記住定義生命的7個(gè)元素：運(yùn)動(dòng)（movement）、呼吸（respiration）、感知（sensitivity）、生長(zhǎng)（growth）、繁殖（reproduction）、排泄（excretion）和營(yíng)養(yǎng)（nutrition）。但是這僅僅是定義生命的開(kāi)始，絕不是終點(diǎn)。有很多用傳統(tǒng)的定義難以劃歸到生命的類(lèi)別都擁有這7種特征，比如一些晶體，以及具有傳染性的蛋白質(zhì)——朊病毒；甚至一些計(jì)算機(jī)程序按照MRS GREN的歸類(lèi)方法都可以被稱(chēng)為生命。
經(jīng)典的“臨界”個(gè)例就是病毒?！八麄儧](méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不進(jìn)行代謝，在沒(méi)有入侵細(xì)胞的情況下呈現(xiàn)惰性，所以有很多人（包括很多科學(xué)家）斷定病毒不是生命?！狈▏?guó)巴斯德研究院的微生物學(xué)家Patrick Forterre說(shuō)。
但Forterre認(rèn)為病毒是活著的，雖然他承認(rèn)這個(gè)看法的確依賴于你如何確定分界點(diǎn)。
朊病毒幾乎被認(rèn)為是“生命”。圖片來(lái)源：Alfred Pasieka/Science Photo Library
病毒幾乎缺乏所有我們認(rèn)為是生命的條件，除了它們能通過(guò)編碼DNA或RNA來(lái)傳遞遺傳信息。DNA或RNA是生命構(gòu)造的藍(lán)圖，被這個(gè)星球上所有的生命所共用，這便意味著病毒可以演化與復(fù)制，即便它們只能通過(guò)“劫持”其他活著的細(xì)胞來(lái)完成這些活動(dòng)。
同我們知道的所有生命一樣，病毒攜帶了DNA或RNA，因此一些人認(rèn)為病毒應(yīng)當(dāng)歸屬于生命，還有些人甚至聲稱(chēng)病毒帶有讓我們了解生命起源的線索。如果是這樣的話，生命似乎便不再是非黑即白的實(shí)體，而更像一群物體模糊的集合，沒(méi)有明確的“活著”或“死亡”的邊界。
一些科學(xué)家贊同這種觀點(diǎn)，他們認(rèn)為病毒“存在于化學(xué)與生物的邊界”。而這一觀點(diǎn)也催生了一個(gè)有趣的問(wèn)題：什么時(shí)候化學(xué)分子不再僅僅是各個(gè)部分的單純組合，而產(chǎn)生了生命的活力？
Harold Urey研究生命的起源。圖片來(lái)源：US Department of Energy/Science Photo Library
化學(xué)家：探索生命的“配料”
“如我們所知，生命建立在碳基聚合物的基礎(chǔ)之上?！彼箍死锲账购Ｑ笱芯克腏effrey Bada說(shuō)。這些聚合物就是核酸（DNA的組分）、蛋白質(zhì)和多糖，構(gòu)成了現(xiàn)在豐富的生命。
Bada是Stanley Miller的學(xué)生，他參與了著名的Miller-Urey實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在20世紀(jì)50年代進(jìn)行，是最早探究生命如何從無(wú)生命的化學(xué)物質(zhì)起源的實(shí)驗(yàn)之一。他再次進(jìn)行了這一著名的實(shí)驗(yàn)，證明了在放電的條件下，原始地球上存在的化學(xué)物質(zhì)可以產(chǎn)生更大范圍的生物相關(guān)分子。
但是這些化學(xué)物質(zhì)是沒(méi)有生命的。只有它們開(kāi)始進(jìn)行一些特別的活動(dòng)，例如排泄，或者自相殘殺時(shí)，我們才會(huì)認(rèn)為它們是生命。那這些化學(xué)物質(zhì)需要什么條件才能一躍成為生命呢？Bada的答案出人意料。
“信息分子的錯(cuò)誤復(fù)制可能是生命發(fā)生和演化的起源，這也因此造成了非生物化學(xué)向生物化學(xué)的轉(zhuǎn)變，”Bada說(shuō)。復(fù)制，特別是錯(cuò)誤復(fù)制導(dǎo)致了具有不同能力的“后代”的產(chǎn)生，這些分子后代開(kāi)始為了生存而互相競(jìng)爭(zhēng)。
“本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這就是分子層面的達(dá)爾文進(jìn)化論。” Bada說(shuō)。
對(duì)于很多化學(xué)家而言，復(fù)制（病毒進(jìn)行這一過(guò)程必須借助生物細(xì)胞的力量）對(duì)于定義生命非常重要。這一事實(shí)也說(shuō)明，可以進(jìn)行復(fù)制的信息分子例如DNA和RNA，對(duì)于生物的未來(lái)也是必需的。
但是，從更廣的尺度上看，用某幾種特定的化學(xué)物質(zhì)來(lái)定義生命似乎不妥。我們目前所知道的生命可能都需要DNA或是RNA，但是誰(shuí)說(shuō)得準(zhǔn)在地球之外會(huì)不會(huì)有某些生命是不基于DNA或RNA的呢？
我們能在火星上發(fā)現(xiàn)生命么？圖片來(lái)源：Universal Images Group North America LLC/Alamy
天體生物學(xué)家：找尋奇怪的外星生物
預(yù)測(cè)外星生命也是一個(gè)棘手的任務(wù)。大多數(shù)的研究者，包括愛(ài)丁堡大學(xué)的英國(guó)天體生物學(xué)中心的Charles Cockell和他的同事們，都在通過(guò)地球上可在極端環(huán)境下生存的微生物來(lái)研究外星生命。他們認(rèn)為，外星生命生活的環(huán)境可能會(huì)與我們迥然不同，但它們?nèi)匀缓芸赡芘c地球上的生命共同擁有著生命的某種關(guān)鍵特征。
“為了尋找可能超出我們目前定義的東西，我們需要保持開(kāi)放的心態(tài)。”Cockell說(shuō)。
如果直接把我們所了解的關(guān)于地球生物的知識(shí)套用到尋找外星生命的過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生令人疑惑的結(jié)果。例如NASA——他們?cè)菊J(rèn)為自己對(duì)生命的定義已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了，但1976年他們就被打臉過(guò)：當(dāng)年，NASA發(fā)射的“海盜一號(hào)”成功著陸火星，并進(jìn)行了三項(xiàng)用于測(cè)試生命的三個(gè)實(shí)驗(yàn)。其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)似乎證明了火星上有生命——他們觀測(cè)到火星土壤的二氧化碳濃度較高，因此認(rèn)為這說(shuō)明有微生物在這顆紅色星球上生活和呼吸。
事實(shí)上，現(xiàn)在普遍認(rèn)為，觀察者當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的二氧化碳釋放只是非生物的化學(xué)氧化反應(yīng)，并不是當(dāng)初激動(dòng)人心的“似乎發(fā)現(xiàn)生命活動(dòng)”的現(xiàn)象。
會(huì)有硅基生命演化出來(lái)嗎？圖片來(lái)源：Jeff J. Daly/Alamy
天體生物學(xué)家學(xué)習(xí)了之前的經(jīng)驗(yàn)，提高了用于尋找外星生命的標(biāo)準(zhǔn)。但是到目前為止還是一無(wú)所獲。
也許提高標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)帶來(lái)壞處。薩根認(rèn)為，目前對(duì)生命的搜尋仍然局限于地球上的碳基生命，以碳為中心，這種狹隘的觀念或許限制了對(duì)外星生命的尋找。
“也有人認(rèn)為外星生命可能以硅為基礎(chǔ)，或者依賴不同于水的某種溶劑，”Cockell說(shuō)，“甚至紅巨星，星際塵埃，氣體云中都很有可能存在智慧生命?！?/p>
2010年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有一些微生物DNA中的磷可被砷取代（DNA為脫氧核糖核苷酸鏈，其中核苷酸中含有磷元素，其中磷氧鍵參與核苷酸連接成長(zhǎng)鏈核酸），這一發(fā)現(xiàn)令天體生物學(xué)家非常激動(dòng)。這些發(fā)現(xiàn)雖然后來(lái)受到了質(zhì)疑，但無(wú)疑激勵(lì)了很多嘗試尋找不符合傳統(tǒng)規(guī)則的生命的科學(xué)家，很多人還是會(huì)繼續(xù)抱有希望。
人工智能可能是某種不同尋常的生命。圖片來(lái)源：Science Photo Library
技術(shù)專(zhuān)家：建立人工生命
曾經(jīng)人工生命只存在于科幻小說(shuō)中，但是現(xiàn)在卻已經(jīng)成為一個(gè)成熟的科學(xué)分支。
在某種程度上，人工生命包括生物學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中將兩種及以上的已存在的生命形態(tài)組合在一起形成的新有機(jī)體，但是它也可以更抽象。
20世紀(jì)90年代，Thomas Ray就開(kāi)始開(kāi)發(fā)一套名為T(mén)ierra的計(jì)算機(jī)軟件，它演示了數(shù)字“生命形式”的合成與演化。如今，研究者還試圖開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)程序來(lái)真正地模擬生命，甚至有許多團(tuán)隊(duì)開(kāi)始開(kāi)發(fā)帶有類(lèi)生命特質(zhì)的機(jī)器人。
“我們首先要明白什么才是所有生命系統(tǒng)（而非僅僅我們地球的生命系統(tǒng)）都必須具備的特性，”美國(guó)里德學(xué)院的人工生命專(zhuān)家Mark Bedau說(shuō)，“這就意味著，我們要嘗試給‘生命’一個(gè)更廣泛定義的嘗試，而生物學(xué)只關(guān)注于我們比較熟悉的生命形式?！?/p>
合成生物學(xué)家一塊一塊地建立新生命，就如同搭樂(lè)高積木一樣。圖片來(lái)源：Brian Jackson/Alamy
即便如此，很多人工生命研究者依然在利用我們所知的關(guān)于地球上生命的知識(shí)來(lái)進(jìn)行他們的研究。Bedau說(shuō)，這些研究者所用的叫做“PMC模式”——其中P指程序（program，如DNA），M指代謝（metabolism），C指容器（例如細(xì)胞壁）?！爸档米⒁獾氖?，這不是通常意義上的生命的定義，只是一個(gè)最小化學(xué)生命的定義?！彼忉尩?。
這些研究非化學(xué)生命形式的人工生命研究者，他們的工作就是開(kāi)發(fā)PMC模式的軟件或硬件。
“我認(rèn)為，‘生命’從根本上就不會(huì)有一個(gè)精準(zhǔn)的定義，但是我們依然有一些可以瞄準(zhǔn)的目標(biāo)。”在南丹麥大學(xué)研究人工生命的Steen Rasmussen說(shuō)。來(lái)自世界各地的團(tuán)隊(duì)都在研究PMC模型中的各個(gè)單獨(dú)組分，并把它們放入系統(tǒng)以研究其性質(zhì)。但是目前為止，沒(méi)人可以將這些組分裝配起來(lái)，成為一個(gè)有綜合功能的生命形式。
“這是一個(gè)自下而上的過(guò)程，需要一部分一部分地建立。”他解釋道。
人工生命的研究可能最終會(huì)應(yīng)用到更廣泛的范圍，甚至制造出與我們的期望大相徑庭的生命。這類(lèi)研究可能會(huì)幫助我們重新認(rèn)識(shí)生命的定義。但是目前的研究者還沒(méi)有走到這個(gè)階段，Bedau說(shuō)：“如何定義所有的生命形式暫時(shí)還不是讓研究者操心的課題。他們可能會(huì)在喝啤酒的時(shí)候聊聊這個(gè)問(wèn)題，但并不會(huì)把探究這個(gè)問(wèn)題當(dāng)作他們的工作。”
斑馬并不能告訴我們生命究竟是什么。圖片來(lái)源：Robert Harding/Alamy
哲學(xué)家：試圖解決生命的謎題
既然尋找和制造新的生命并不需要一個(gè)通用的定義，那這是不是意味著科學(xué)家可以停止思考生命的定義了？科羅拉多大學(xué)的哲學(xué)家Carol Cleland認(rèn)為答案是肯定的，至少暫時(shí)是這樣的。
“如果你試圖用斑馬來(lái)概括哺乳動(dòng)物的特征，你會(huì)選擇哪種特征？”她問(wèn)道?！澳憧赡懿粫?huì)選乳腺，因?yàn)橐话氲膫€(gè)體都沒(méi)有乳腺——只有雌性斑馬有。條紋可能是一個(gè)顯而易見(jiàn)的選擇，所有斑馬都有條紋，但是這僅僅是個(gè)巧合，有條紋這個(gè)特點(diǎn)并不是讓斑馬成為哺乳動(dòng)物的理由。”
說(shuō)到生命，也是一個(gè)道理。也許我們認(rèn)為生命所必需的特質(zhì)，實(shí)際上只是地球上生命所獨(dú)有的特質(zhì)，畢竟從細(xì)菌到獅子都是從同一個(gè)祖先進(jìn)化而來(lái)，這意味著在宇宙生命的圖表里我們只有一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
正如薩根所說(shuō)：“人們總是傾向于用自己熟知的事物來(lái)定義，但最根本的事實(shí)也許是超出我們意識(shí)范圍的?！?/p>
病毒應(yīng)該被視為生命么？圖片來(lái)源：Jezper/Alamy
如果不找到其他的生命形式，我們就無(wú)法確定我們現(xiàn)在所認(rèn)為的生命必需條件是否通用。制造人工生命或許可以提供一個(gè)新的方式去探索新的生命形態(tài)，但是至少在短期來(lái)看，任何在電腦中被憑空捏造出的生命都可能會(huì)受到我們現(xiàn)有的對(duì)于生命系統(tǒng)的偏見(jiàn)影響。
為了恰當(dāng)?shù)囟x生命，或許我們還是需要尋找外星生命。但是諷刺的是，缺乏對(duì)于生命的明確定義，反過(guò)來(lái)又使發(fā)現(xiàn)外星生命變得更加困難。想象一下，如果在21世紀(jì)20年代，新的火星探測(cè)器登上了火星，卻從一個(gè)火星人身邊直直地開(kāi)走了，只是因?yàn)槲覀儫o(wú)法辨認(rèn)出它是有生命的。
“生命的定義也可能阻礙我們尋找新生命，”Cleland說(shuō)，“我們需要擺脫現(xiàn)有的概念，這樣才能有一個(gè)開(kāi)放的態(tài)度去尋找我們不了解的生命?！?/p>
原文鏈接：
http://www.bbc.com/earth/story/20170101-there-are-over-100-definitions-for-life-and-all-are-wrong
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