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生命的本质.doc

生命的本质

hemao108
2010-08-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《生命的本质doc》,可适用于人文社科领域

生命的本质BIOXCN::来源:生命论坛  生命是什么?历史上哲学家们非常关心这个问题。亚里士多德、康德、恩格斯等都曾提出过自己的看法。然而在分子生物学革命之后的很长一段时间哲学家和生物学家们似乎完全忽视了这个问题。本来生物学的革命大大推进了我们对生命的理解我们好像应当能够更准确地说出生命是什么然而遗憾的是从年代到年代生物学家和哲学家几乎大都避而不谈这个问题。生物学家往往感到这个问题太“哲学”因而把它当作是一个哲学问题而不是一个科学问题。而另一方面哲学家们可能感到这个问题“太科学”因此把它主要当作一个科学问题而不是一个哲学问题(Bedau)。所以当今一些主要生物学哲学家的生物学哲学著作比如像罗森伯格的《生命科学的结构》索伯的《生物学哲学》都没有把生命的本质问题作为一个主要的问题来研究。在我国科学哲学界生命的本质问题更是很少有人触及多年来主要的哲学刊物几乎没有发表过一篇关于生命本质问题的研究论文。针对这种情况本文讨论了生命难以定义的各种原因详细论述了定义生命的两种主要方法:实体定义方法和功能定义方法分析一些主要生命定义的优点和问题最后提出并论证了生命的信息定义。        一、定义生命的困难人们之所以很少谈论生命的本质或定义问题一个重要的原因是这个问题太难回答。之所以难以定义生命主要有以下几个原因:        首先我们每个人都有着关于生命的常识经验而定义生命往往要包含所有的生命现象其中包括大量常人不熟悉的生命和处于极限状态下的生命。这样定义出的生命概念可能和常识观念相差甚远甚至完全相反。我们常识的生命观念一般都与动物和植物的一般特征有关这些特征包括生长、繁殖、自我维持、对外界刺激做出反应等等。但当我们定义生命时我们需要考虑所有类型的生命的特征包括细菌等微小的生物甚至还要考虑病毒、类病毒、蛋白感染素等。这些生物的特征和我们的常识观念具有非常大的差别。        其次不同学科的人在定义生命时往往从本学科出发把生命的某一方面加以强调把某一方面作为生命的本质。比如生理学往往把能够完成诸如消化、新陈代谢、排泄、呼吸、运动、生长、发育和对外界刺激做出反应的功能的系统定义为生命系统。生物化学和分子生物学又往往把生命有机体看作是可传递编码在DNA和RNA中的遗传信息的系统这些信息可以控制蛋白质的合成而蛋白质决定着生物的主要性状。进化论往往把一个能够通过自然选择进化的系统看作是生命系统。热力学则又把生命看作是一个与它的环境交换物质和能量的开放系统。开放系统能够“吃进”负熵使系统从无序创造出秩序利用这些负熵保持和重建它自己的组织。不同学科的视角的不同也使人们感到生命难有统一的概念。        第三生命现象与非生命现象存在着连续性它们之间并没有一条截然分明的界限而我们定义生命的目的又是要把它们明确地区分开来这必然使我们关于生命的定义要么太宽把一些非生命的现象也包括在内要么又太窄一些生命现象也被排除在生命之外。比如上面不同学科关于生命的定义尽管是有意义的但实际上它们在逻辑上都是不能令人满意的。它们或者把生物学家认为是有生命的系统当作是没有生命的或者把非生命的系统也当作是有生命的。比如生理学定义就会把休眠的种子、病毒、类病毒等排除在生命系统之外因为它们并不进行新陈代谢又把汽车等非生命的系统当作是有生命的因为汽车也能进行新陈代谢。生物化学和分子生物学的定义会把蛋白感染素(导致瘙痒病的似蛋白感染粒子)排除在生命之外。        由于这些困难有些生物学家往往把生命的定义问题当作一个回答与不回答对生物学的发展并没有多大影响的问题(Lange)。年的诺贝尔桂冠得主免疫学家梅达沃(PBMedawar)曾经不耐烦地说生命是什么的讨论使人感到生物学对话的低水平。生物学家往往认为我们关于生命的直觉的概念对我们研究生物学现象已经足够没有清晰明白的生命概念并不会对生物的结构、功能、进化过程等方面的研究产生任何不良影响。一些哲学家也因此认为对生命概念作精确的定义对生物学研究并无必要。哲学家塞尔(JohnSearle)就说过“生物学家当然不需要持续不断地思考生命是什么并且确实大多数生物学的著作甚至不需要使用生命这个概念。然而没有人在他健全的思想里会否认他研究的生物学现象是生命的形式(Searle:)”。斯蒂尔尼(KimSterelny)和格里菲斯(PaulGriffiths)在他们新近出版的一本生物学哲学的著作中也曾说道生物学家并不需要一个生命定义来帮助他们识别他们所思考的东西是什么(SterelnyandGriffiths)。        然而并不是所有的生物学家和哲学家都赞同这样的观点。年的诺贝尔桂冠得主遗传学家约书亚莱德伯格(JoshuaLederberg)曾写道“理论生物学的一个重要目标是给出一个生命的抽象定义(转引自Lange:)。”除理论生物学家对生命概念感兴趣以外研究生命起源的生物学家研究地外生命的生物学家等也都认为生命的定义问题非常重要。因为对生命的不同定义直接关系到他们工作的内容、范围和研究方向。年代末兴起的人工生命学科更是把生命的概念问题作为首先要回答的问题。        二、地球上“如吾所识的生命”        世纪年代末兴起的计算机与生物学交叉的前沿科学人工生命曾把地球上的生命说成是“如吾所识的生命”(lifeasweknowit)而把其它可能的生命形式包括在计算机中创造的数字生命称为“如其所能的生命”(lifeasitcouldbe)。生命的定义不仅要涵盖已知的生命而且要涵盖未知的或可能的生命。这里我们将先从我们所知道的地球上的生命特征说起。地球上的生命如果从物质组成、结构和性质来看主要有以下几个特点:        首先从物质组成上看所有生物都具有基本相似的物质组成。所有生命基本上都由碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙等元素构成。这些元素相互结合构成氨基酸、核苷酸、葡萄糖等生命小分子这些小分子再通过特殊的方式相互结合形成蛋白质、核酸、多聚糖和脂类等生物大分子。这些分子成为构建生命的基本的“建设砖块”。由于重要的生物大分子都包含有碳所以人工生命研究者又把这种“如吾所识的生命”叫做“碳基生命”。        从结构看地球上直接表现出生命活性的生命都是由细胞构成的。细胞是生命的基本结构单位一切生命都离不开细胞这一生命的基本形态。尽管细胞的形式多种多样但基本上都有着相同的结构都是由半透性的膜包围起来的与外界具有选择性物质交换的体系。其内部构成也基本相似都有负责生命信息存储和表达的核或核区有执行各种生命功能的细胞器(像线粒体、内质网、质体、核糖体、高尔基体等)。细胞还是生命的活动赖以进行的基础。生命的各种活动比如代谢、生长、分裂、死亡等都是建立在细胞活动的基础上的。所以细胞是维持生命系统运转的最基本的存在形式。离开了细胞生命活动就会停止。病毒、类病毒和蛋白感染素是生命的边缘情况。它们只有在进入宿主细胞以后才能表现出生命活动。如果没有宿主细胞无论外界环境多么“优越”它们也只能静静地保存在那里不表现出任何生命活动的迹象。        细胞是生命的基本单位但细胞并不是生命的全部。生命的存在是多层次的。除一些简单的生物之外大部分生物都是由多细胞构成的。多细胞生物以组织、器官、系统等方式有序地将不同类型的细胞组织在一起形成一个有复杂的等级结构和丰富功能的生物个体。组织是由细胞分化形成的具有相同功能的细胞的集合。器官是由不同的组织通过相互级联形成的具有特定功能的结构。系统是由不同的器官通过级联形成的完成特定功能的结构。最后多种系统相互结合形成统一的有序的生物个体。由于多细胞生物是由细胞分化形成的级联结构所以各个部分之间紧密联系不可分割。另一方面由于不同种类的多细胞生物的级联结构不同使生命个体之间表现出差异性或多样性(陈阅增等:)。历史上由于自然选择生物物种不断进化和发展表现出高度歧化的发展态势和趋向。在漫长的进化过程中产生了植物、动物最后进化出了智能生物人类。        地球上的生物与其环境之间还通过相互作用形成了一个复杂的、动态的、稳定的生态系统。在这个系统中所有生物相互制约、相互依赖。生态系统还和其它生态系统之间相互作用形成一个包括所有生命以及地球底层大气空间、陆地表面、岩石圈、水圈在内的生物圈。在生物圈内生物通过改变自己不断地进化以适应变化的自然环境和生命环境同时生命也通过它们的活动改变着它们的生存环境。生命的多层次性的级联结构使我们认识到生命是自然界中的一种高度有序的现象(陈阅增等:)。这种有序性从微观到宏观、从过去到现在全方位地表达出来。这种有序性既是结构上的又是功能上的既是空间上的又是时间上的。这种结构还使我们看到在生命的每一层次都有新的属性突现出来。这样我们在研究生命现象时既要看到各层次之间的关联性又要看到各层规律的独立性。从规律上看所有生命几乎都遵循相同的基本规则:所有生命使用相同的遗传密码、遵循着相同的复制、转录和蛋白质合成机制以及相同的DNA修复机制。生命的代谢活动包括各种主要的生命物质的生成、转化能量的获取、利用方式等也都有着高度的一致性。        从性质或特征上看地球生命具有如下一些特征:        首先所有生命都处在与外界不断地进行物质和能量的代谢过程中。物质代谢和能量代谢实际上是一个过程的两个方面。生命在合成自身物质的过程中储存能量在分解物质的过程中释放能量。新陈代谢的关键的化学过程是三羧酸循环和氧化磷酸化。新陈代谢是生命存在和活动的基础。        其次生物在代谢过程中伴随着生长、发育和衰老过程。单细胞在代谢过程中会不断地长大而多细胞生物更是具有一个生长、发育的过程。        第三生物具有自我复制、繁殖和变异的现象(或经由繁殖而来)。生物在复制和繁殖过程中表现出高度的遗传特性即亲代的遗传信息和它们所决定的结构性状被高度精确地传给下一代同时在复制和繁殖过程中遗传信息也会发生少量的错误也就是变异使后代生物和前代生物又有一些差别。第四生物对外界刺激都能做出一定的反应即所谓的应激反应能力。例如植物茎尖的趋光生长生物的免疫反应生物的自我调节的稳态性等等都是生物不同的应激能力的表现。第五生命具有进化的能力。地球上的生命大约诞生于亿年前。从原始的单细胞生物开始经过漫长的进化历程各生物物种辐射发生形成了适应各种环境条件的多种多样的生物直至高等智能生物人类出现。        三、定义生命的两种方法        对地球上的生命的定义目前主要有两种方法。一种是从构成生命的物质着眼把生命看作是一类特殊的物质结构或有特殊结构的物质。另外一种是从生命的基本特征着眼把生命看作是一种特殊的现象。前者可以叫做实体定义后者可以叫做功能定义或操作定义。不过需要说明的是由于结构和功能是紧密联系的一对范畴因此实体定义和功能定义常常是结合在一起的。差别主要在于定义中主要强调的是物质结构还是功能。强调物质结构重要的就是实体定义强调功能重要的就是功能定义。        .实体定义方法        实体定义目前也有两种。一种把生命定义为某种特定的大分子包括“生命蛋白质同一说”和“生命核酸同一说”一种把生命定义为特殊的物质结构特别是细胞结构又可称为“生命细胞同一说”。世纪恩格斯主要从大分子的角度定义生命。他说:“生命是蛋白体的存在方式这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新(恩格斯:)。”恩格斯的这个定义是在批判杜林的生命定义的基础上提出来的。杜林曾把生命定义为细胞的新陈代谢活动。恩格斯认为高级的生物确是由简单的类型“细胞”组成的但有低于细胞的生物它们和高级的生物相联系只是因为它们的基本组成部分是蛋白质从而它们执行着蛋白质的职能生和死。恩格斯的这个生命定义实际上是和他关于物质的运动形式的思想是统一的。恩格斯认为自然界存在五种运动形式:即机械运动、物理运动、化学运动、生命运动和社会运动。这五种运动形式从历史的角度看反映了自然界演化发展的顺序每一种后面的运动形式都是由前面的运动形式演化来的。不同的运动形式有不同的物质承担者有不同的运动规律高级的运动形式包含低级的运动形式。生命运动是一种高级的运动它是由化学运动发展而来的它的物质承担者及其运动规律都不同于化学运动但生命运动包含化学运动。恩格斯当时非常强调自然界的连续性。如果把生命定义为细胞结构之上的活动就难以解释生命的起源问题。恩格斯特别重视从无机界到有机界的辩证发展过程所以恩格斯选择了蛋白体作为生命活动的物质承担者。        恩格斯所理解的蛋白体和现在所说的蛋白质是不同的。他说:“在这里蛋白体是按照现代化学的意义来理解的现代化学把构造上类似普通蛋白或者也称为蛋白质的一切东西都包含在蛋白体这一概念之内这个名称是不恰当的因为普通蛋白在一切和它相近的物质中是最没有生命的起着最被动的作用它和蛋类一起仅仅是胚胎发育的养料但是在蛋白体的化学构造还一点也不清楚的时候这个名称总比一切其它名称好些因为它比较一般(恩格斯:)。”可见恩格斯所指的蛋白体是广义的它甚至不是现化意义上的一种高分子而是一个物质系统。恩格斯在不同场合用这个词他有时甚至把细胞也叫“蛋白质小块”。比如他说:“一切有机体除了最低级的以外都是由细胞构成的都由很小的只有经过高度放大才能看到的内部具有细胞核的蛋白质小块构成的(恩格斯:)。”总之恩格斯把生命和蛋白体等价。生命是“蛋白质所固有的生来具备的没有这种过程蛋白质就不能存在(恩格斯:)。”世纪前半叶随着生物化学的研究进展人们对蛋白质的结构和功能有了越来越清楚地了解蛋白质形态复杂功能各异在生命活动过程中的作用异常重要。所有这些使得很多人更加坚信生命的分子基础就是蛋白质。        到了世纪年代以后DNA双螺旋结构的发现及其遗传功能的研究进展改变了人们关于生命的本质是蛋白质的看法从此很多人把注意力转向核酸开始把生命的分子基础看作是具有自我复制和携带有遗传信息的核酸。于是生命的定义由强调蛋白质及其代谢功能改变为强调核酸及其遗传载体的功能。生命起源问题被还原为能进行自我复制的低聚和多聚核苷酸的起源问题。这种观点可以称为“生命核酸同一说”。把生命定义为某种大分子的性质和功能必然产生这样的问题:存在非细胞形式的生命吗?生命的基本特征能否在分子状态体现出来?        现在知道确实存在着非细胞的生命形式。主要有三类:一是病毒由蛋白质外壳和DNA或RNA核心组成一类是类病毒是没有蛋白质外壳的、全裸的RNA分子第三类是蛋白感染素或叫原体(Prions)仅由蛋白质分子组成但这种蛋白质含有自身复制的密码子。换句话说这种蛋白质本身也是遗传信息载体。但目前对这种极为特殊的蛋白质生命了解甚少。        然而这三种类型的非细胞生命只有在感染一个活细胞时才能表现出生命的各种特征。它们不能独立地实现其自身复制。因此上述三种非细胞的生命不是完整的生命不能作为原始生命的模型。问题是病毒、类病毒和蛋白感染素等都不能算是完整的生命形式我们能因此认为在地球早期化学进化阶段也没有出现过非细胞的“大分子状态”的生命形式吗?在细胞生命出现之前的化学进化阶段是否可能产生过单由蛋白质分子或单由核酸分子组成的生命形式?因为早期地球上可能存在大量的非生物合成的有机分子作为大分子自身复制的外在条件所以大分子的生命形式很可能在地球早期是存在的(张昀)就像非细胞的生命形式现在可以存在于试管中一样。如果我们同意在细胞生命出现之前的化学进化阶段确实有过由蛋白质分子或核酸分子组成的生命形式那么接着的一个问题就是:在生命起源的过程中是先有蛋白质还是先有核酸?这个问题曾有过激烈争论。“RNA世界”说认为是先有核酸。年代初有人发现在一定条件下RNA具有酶的功能:在RNA分子剪切过程中起催化作用的是RNA自己。这为先有核酸说提供了证据。然而原体的发现使人们又认为先有蛋白质。原体分子本身就携带有遗传信息并控制自身的复制。因此到底谁先谁后现在还是没有完全弄清楚的问题。        由于在现今生命中核酸与蛋白质之间是密不可分的。蛋白质是在核酸的信息指导下合成的而核酸又是在蛋白质的催化下复制和转录的。因此也很有可能早期前细胞的原始生命形式既不是RNA分子也不是蛋白质分子而是由核酸和蛋白质(或许还有类脂)组成的大分子系统。在这个大分子系统内氨基酸与核苷酸之间的关系通过相互作用逐步确立即遗传密码在这种作用中产生。实体定义还有一种观点即生命细胞同一说。这种观点认为不存在分子状态的生命形式所有生命都是细胞才具有的。蛋白质与核酸一旦产生必须包含在类脂形成的膜结构之内才能形成独立的生命形式。病毒、类病毒和原体都缺少膜分隔因此都不能在宿主细胞之外进行各种生化反应。所以它们都不是独立的生命。        .功能定义方法        与实体定义强调生命的结构特征相对功能定义主要从生命的性质和功能来定义生命。功能定义也有两种一种强调生命是多种性质的集合所以又称“集合定义”(clusterdefinition)另一种强调少数几种或一种性质为生命的本质性质可以叫做“根本性质定义”。        “集合定义”往往是通过列举生命的一系列特征来定义生命。比如莫诺(Monod)在他著名的《必然性和偶然性》()一书中列出三个特性作为生命的定义特性:目的性自主的形态发生和繁殖的不变性。克里克(Crick)()根据下列几个特征定义生命:自我繁殖遗传进化和新陈代谢。一般的生物学教科书列举的性质更多一些比如:新陈代谢生长发育遗传进化应激性自稳态自组织等等。著名生物学家恩斯特迈尔曾经列出一个更长的生命性质列表(Mayr:):        ()所有层次的生命系统都有非常复杂和适应的组织。        ()生命有机体由化学上独特的一组高分子构成。        ()生命系统中的重要现象主要是质的而不是量的。        ()所有层次的生命系统由高度可变的独特个体的群体组成。        ()所有的有机体拥有历史上进化来的遗传程序它使有机体能够参与目的性的过程和活动。        ()生命有机体的类别是由共同家系的历史连接定义的。        ()有机体是自然选择的产物。        ()生命过程特别难以预料。        多伊恩·法默(JDoyneFarmer)和白林(Alettad’ABelin)曾经列举了下列一组性质作为生命共有的典型特征(FarmerBelin:):        ()生命是时空中的一种模式(pattern)而不是特殊的物质客体。对生命来说重要的是模式和各种关系的集合而不是特殊的原子实体。        ()生命具有自我繁殖的能力或者至少是通过繁殖产生的。比如骡子虽然不育但也是通过繁殖过程产生的。        ()生命存储有自我表征的信息。比如自然界的有机体在DNA分子中都存储有关于它们自己的描述这种描述可以被生物自己翻译成蛋白质。        ()生命具有新陈代谢的能力即是说生命可以不停地与环境进行物质和能量的转换。        ()生命可以与环境在功能上发生的相互作用。即是说有机体可以有选择地对外界刺激做出反应能够适应环境同时它们也能够创造和控制它们相应的环境。        ()生命的组成部分之间相互依赖。这种相互依赖维持了生物体的统一性。        ()生命能够在扰动面前保持稳定或者说它能够在噪声环境中保持自己的形态和组织发挥自己的正常功能。        ()生命具有进化的能力。这种进化能力并不是有机体个体的性质而是有机体系谱的性质。        法默认为这个列表远远不是完善的。有些有机体比如病毒在很多方面处在生命和非生命之间的状态。一些生命起源模型中的“原始有机体”也是这种“半活性的”实体。而根据这个列表我们也可能把生态系统和社会系统看作是生命。所以法默说生命和非生命之间并没有一种截然分明的界限。恰当的做法是把生命看作是“一种连续的组织模式的性质其中有些模式比其它模式更多或更少活性(FarmerBelin:)。”        集合定义通过各种性质的相互补充来帮助我们区分生命和非生命这可以使我们避免过分简单地断定某种性质是否是生命的本质属性。然而这既是它的优点又是它的缺点。因为哪些性质可以作为生命的定义特征哪些性质不能仿佛并没有一个一致的标准。这就使我们感到集合定义有时显得相当任意。这种定义的性质列表总是变动不已有的人的列表长一些有的人的列表又短一些。不同的人总是根据自己的理解列举出不同的性质。        “根本性质定义”虽然也从功能性质出发定义生命但主要是从少数更根本的性质来定义生命。生命有多种性质然而是什么原因使这些性质集合在一起形成生命这个独特的实体的呢?集合定义并不特别关心性质之间的联系它解释不了为什么特殊的一组性质要集合在一起产生生命这样的实体。根本性质定义则力图克服集合定义的这些缺陷。        根本性质定义目前主要有四种:一种是“新陈代谢说”一种是“自创生说”还有一种是“灵活适应说”最后一种是我所赞成的信息说。由于这部分的内容较多所以我们在新的一节讨论这些定义。        四、几种“根本性质”定义        .“新陈代谢说”        “新陈代谢说”是物理化学在生物学上应用的产物。世纪由于物理学、化学和生理学的发展人们开始把生命看作是能够通过物理化学方式与外界环境进行物质和能量交换的新陈代谢活动即生命系统中看不见的组成成分的持续的同化和分解过程。新陈代谢现在可以被定义为生命系统以酶为媒介的化学的和能量的转换网络的总和。新陈代谢包括物质代谢和能量代谢两个方面。物质代谢是指生物体内物质的变化包括同化作用和异化作用两个方面。同化作用是生物把从外界吸收来的物质合成为自身的物质的过程异化作用则是生物把自身的物质分解排出体外或重新利用的过程。能量代谢包括储存能量和释放能量两个方面。物质代谢和能量代谢实际上是一种过程的两种不同表现。有机体在同化作用的过程中储藏能量而在异化作用的过程中释放能量。有机体物质的更新生理机能的发生和有序结构的维持都有赖于能量代谢。活的生命的一个基本的表现就是其体内一直在进行着物质代谢和能量代谢。这种活动一旦停止生命也就不复存在。所以很多人把新陈代谢看作是生命的本质。        世纪年代薛定鄂把这种新陈代谢观点作了进一步发展提出了“负熵说”生命定义认为生命是一种依靠新陈代谢持续面对热力学第二定律的系统。下列段落概述了他的观点(:):        什么是生命的独特特征?什么时候一块物质可以被说成是活着的?……正是通过避免迅速腐败进入惰性的“平衡”状态使有机体看上去如此不可思议。……生命有机体怎样避免腐败呢?显然的回答是:通过吃、喝、呼吸和(在植物的情况下)同化。专门的术语叫新陈代谢……新陈代谢的本质就是有机体成功地在活着的同时使它自己从它必然产生的熵中摆脱出来。        随着随着现代物理学、化学、生物学以及系统科学的发展到年代这种负熵说被人们发展成为“自创生说”。        .“自创生说”        自创生论是由哈姆伯图马图拉纳(HumbertoMaturana)和弗兰西斯科瓦里拉(FranciscoVarela)等人于年提出的关于生命的定义。这种定义是新陈代谢定义和物理科学中的自组织理论相结合的产物。弗雷施克尔(GailRaneyFleischaker)年进一步把这个定义加以发展和具体化。“自创生”(Autopoiesis)由希腊语“auto”即“自我”和“poiesis”即“制造”构成。自创生系统具有三个特点:一是自我设界即生命系统自己为自己设置边界从而使自己与环境或其它生物区分开二是自我产生即生命的所有组成部分包括它的内容物和边界都是由系统自己转化产生的三是自我维持即生命内部的活动在时间中是持续不间断的。马图拉纳和瓦里拉创造“自创生”这个词就是为了说明生命的那种动态的自我维持和自我创造的特性。根据马图拉纳、瓦里拉和弗雷施克尔生命需要从外环境输入和转换能量以驱动和维持其自身生产过程并保持其自身远离平衡的状态。生命系统的特点在于它能够把内部各个能量转换和物质相互作用的过程相互耦联并组织成为一个完整的过程网。在这个过程网络中系统的各种组成部分包括边界膜结构本身都能自动地、连续地再生产出来。        具体地说自创生生命定义的要点如下:         ()生命的基本构成因素是各个相关的生物化学过程。         ()各个相关的生物化学过程通过耦联而组织成为一个网系统。        ()网状耦联的生化过程在空间上要求一个紧凑的结构即被束缚于一边界膜结构之内并在内部有选择地分隔这样才能具有整体性和个性并能延续自身。        ()在边界膜结构之内生化过程网通过能量的利用、转换和内外物质交换而实现其自身再生产。        自我生产系统中的“自我”就是指生化过程网系统也就是系统的整体而不是局部。自我生产的实现靠整体运作。自创生系统可以进行生物学意义上的新陈代谢而非自创生系统不可以。蛋白质、病毒、细胞质和基因都是生命物质的组成部分。当它们处在动物、植物或其它细胞内时它们可能被用来维持细胞或组织的自创生行为但是蛋白质、病毒、细胞质和基因本身并不能进行新陈代谢它们在孤立状态下永远不能自创生。新陈代谢包括无机物和有机物的交换(比如说呼吸、进食、排泄)以及相伴随的能量转化这是自创生的可看到的表现。自创生决定着生理过程因此它对于所有的生命物质来说是必要的。自创生实体也就是我们说的生命都必须进行新陈代谢。这些物质交换是自创生系统必须的条件不论这一系统是什么。        总之自创生理论认为生命就是一个自我维持和自我创造的生产组织这个组织在空间上是整体的、不可分的在时间上又是连续运作的。一个活生命就是一个能连续地自我生产其本身结构的自组织系统。        弗雷施克尔认为自创生在原则上并不依赖于任何特殊的材料。生命可能不一定必须由水构成也不一定由含有碳、氮和氢的蛋白质构成更不用说由氨基酸或者任何其它某种特殊的化合物构成。但是由于现在生活在地球上的所有生命都来自共同的祖先因此所有的生命都是水蛋白质核酸化学体系的一部分这种状况一直持续了三十多亿年。这样地球生命的自创生的化学知识为我们评价生命研究尤其是生命起源和进化的研究提供了一个框架(Fleischaker)。        .灵活适应说        灵活适应的生命概念是由美国里德学院的哲学教授马克贝多(MarkBedau)提出来的。贝多认为过去我们定义生命都是试图给我们日常的生命观念一个一致的解释但这不仅非常困难而且是注定要失败的。因为生命的真实本质恰恰在很多方面是与我们的直觉相反的(Bedau)。所以贝多认为在定义生命的问题上我们的思维应当来一个一百八十度的大转变。首先从目标上看生命的定义应当能够包含并统一现有生命的多种多样的性质并且能够解决在定义生命时困扰人们的各种各样的难题。生命有多种多样的性质一个好的生命定义应当能够给这些性质一个统一的解释。另外在定义生命时人们还提出好多困难的问题生命定义必须能够解决这些难题。这些难题主要有四个方面:一是边界案例问题比如病毒是不是生命?前化学汤中是不是存在非细胞形态的生命?第二是生命的层次性问题生命概念最高可以应用到哪些层次?细胞、组织、器官、有机体我们都可以无疑问地称之为生命但是像生态系统、生物圈是不是也是生命呢?第三是生命的本质是形式还是物质的问题。一方面地球上所有的生命都与含碳的有机分子有关另一方面生命的本质有好像主要在于过程和性质而不在物质。那么到底谁最根本呢?第四个方面的问题关系到生命和心灵或智能的关系。现实世界中不同的动物它们的智力水平和它们的复杂程度有着一定的对应关系。生命和智能是什么关系?生命必须建立在智能的基础上吗?贝多认为一个好的生命定义应当能够解决这样的问题。        其次从视角上看贝多认为定义生命的重点应当放到生命的现象上而不是我们直觉的生命概念上应当关注生命现象的过程而不是单个的生命有机体个体。生命现象发生的过程是主要的结果则是从属的。过程提供生命现象的统一的解释(Bedau)。基于这样的考虑贝多认为与其我们把定义生命的注意力集中在个体有机体的性质上不如把注意力集中在有机体的群体上。也就是说我们定义生命的出发点不应当从个体的生命性质开始而应当把有机体的系统作为定义生命的根本出发点。        从群体系统的角度出发贝多认为“解释生命的多样性统一的特征的根本原则似乎是适应过程中的那种灵活性即它对生存、繁殖或更一般地说繁盛问题中遇到的难以预料的变化能够产生新奇的解决办法的恒久能力(Boden:)。”也就是说生命的本质特征在进化的过程中得到揭示。贝多说这种观点其实在他之前已经有人倡导只是这些人并没有明确说这就是一个新的生命定义。比如著名进化生物学家梅纳德斯密斯(JMaynardSmith)就曾说过:        我们应该把任何具有繁殖、遗传和变异属性的实体群体当作是活的。对于这个定义的辩护如下:任何具有这些属性的群体将通过自然选择进化以致变得更好的适应它的环境。给定时间任何程度的适应复杂性都可以通过自然选择产生(MaynardSmith:)。        凯恩·斯密斯(AGCairnsSmith)也曾强调适应在进化中的作用他说:自然选择是进化的唯一组成机制。任何为了解释生物多样性和复杂性理论必须也考虑由变化着的环境设置的变化着的挑战。自然作为饲育者和表演裁判不断地改变她关于哪一类型应该给予第一奖励的思想:改变选择压力一直是她的创造才能的关键部分。        然而自然选择一直是关键组成的必要条件。没有它生物甚至不能支撑适应了的给定环境的集合更不用说变成适应新的环境。没有自然选择所有的冒险永远不会成功地开始。那类内置的我们称为“生命”的精巧设计很容易放置于进化的背景中:生命是进化的产物(CairnsSmith:)。贝多在这些人的基础上明确地把生物群体的这种无限度的不断适应新的环境的特性看作是生命的本质。作为群体的生命总是能对新类型的环境挑战作出新的适应反应。进化的军备竞赛就是一种简单的灵活适应。但如果一种适应是固定的适应那么这种适应就不是灵活适应因为它只能对旧的环境产生适应性变化在遇到新的前所未有的环境时它就不能产生适应变化。灵活适应所面对的适应性挑战往往是开放的、不曾预料的和新奇的。        贝多认为有两种类型的生命形式:一种是基本的生命形式它们就是灵活适应系统本身另一种是派生的或从属的生命形式它们之所以是生命主要是由于它们与第一种生命形式具有适当的关系。所以贝多又把他的生命定义写成这样:        X是生命当且仅当:         )X是灵活适应系统或         )X以恰当的方式与灵活适应系统相联系。        根据这个定义基本的生命形式是一个进化的生物群体或者是全部进化的生态系统的许多群体或者归根结底是全部进化的、由许多相互作用的生态系统构成的生物圈它们是基本的灵活适应系统。而个体生命、器官、细胞等之所以被看作是生命完全是因为它们以恰当的方式与灵活适应系统有关。它们都是由灵活适应系统产生和支持的从属的生命形式。        贝多认为他的这个定义有多个优点。第一个优点是它能对生命的多样性特点作出一个统一的解释。比如因为生命是灵活适应系统所以在历史发展过程中它们产生了非常复杂的适应组织即历史上相互关联的具有遗传程序的有机体。灵活适应中的随机变化解释了为什么生物学过程特别难以预料也解释了为什么生命系统由非常易变的独特个体群组成。此外生命的应激性等特点也可以用灵活适应来解释。其次贝多认为他的生命定义可以解决过去在生命概念问题上遇到的各种问题。比如对于生命和非生命之间的连续性问题以往的定义都要我们在生命和非生命之间作出非此即彼的选择。而灵活适应说可以避免这一点。因为灵活适应有程度的不同所以贝多认为生命和非生命之间并没有一个截然分明的界限。不同的系统可以呈现不同的灵活适应同一系统的灵活适应水平也可以随着时间的变化而变动。由于系统的灵活适应水平是可以测量的所以可以根据灵活适应水平的高低判断一个系统是不是有生命的以及它的生命的程度如何。病毒、冻结的精子、休眠的种子等可以看作是生命和非生命的边界情况。当它们处在孤立的情况时它们失去了与灵活适应系统的联系因而属于非生命但当它们与灵活适应系统的联系重新建立起来时它们又回到了生命的“王国”。对于生命的层次性问题贝多根据基本的生命形式和派生的生命形式的划分认为这是必然的即是说生命可以在不同层次上出现不同层次包含不同的但却是有关联的生命形式。生态系统、经济系统等都可以看作是生命。关于生命是物质还是形式的问题贝多选择的是后者。因为灵活适应是可以多重实现的即是说同一种适应可以在不同的物质基础中实现出来。因此对生命来说重要的是形式。对于生命和心灵的关系贝多认为灵活适应的生命概念从更深刻的意义上揭示了它们之间的统一。所有的生命形式必须想方设法应付复杂动态的不可预测的外界环境心灵也同样如此。所以生命和心灵的本质都是灵活适应只不过后者比前者的程度要高许多。贝多的生命定义提出来之后成为一个非常有影响的生命定义。但我认为贝多的定义是有缺陷的。首先贝多的生命定义有着很明显的反直觉色彩。贝多要人们转变观念把群体看作是基本的生命形式把个体当作从属的生命形式。这一点在很多人看来是根本不能接受的。一般在人们看来个体生命才是基本的生命群体生命是建立在个体生命基础上的。虽然我们可以说社会系统、经济系统具有“生命活力”但这都是在比喻意义上说的。我们不能因此就把这些系统本身当作是生命更不能把它们当作是更根本的生命。即使贝多说的是正确的群体生命是基本的生命形式然而群体有大有小到底哪一种群体才是最基本的生命形式呢?贝多并没有回答他只是含糊地说灵活适应的群体系统是基本的生命形式但并没有明确地说我们从哪个层次来确定最基本的生命形式是什么。泛泛地说灵活适应系统是基本的生命形式对我们来说是不够的。        其次贝多说个体生命获得生命的形式是因为它们与灵活适应系统具有某种适当的关系。怎样的关系是“适当的”关系?贝多并没有回答。他只是泛泛地说有某种与灵活适应系统的“适当关系”但这种关系是什么样的他并没有给我们明确的说明。在说明一些具体的问题时贝多的回答也很随意。个体的生命比如骡子的生命来自于它们与灵活适应的群体马和驴的交配的关系。很显然这种关系是一种繁殖关系尽管骡子本身以后不会繁殖。处于顶级状态的生态系统按照贝多的定义它不再是一种灵活适应系统但贝多认为我们不能说它是非生命的因为它们是从灵活适应系统演化来的所以它们是有生命的。这里本来应当作为基本生命形式的生态系统又成了派生的生命形式。由于我们不能明确地确定什么样的关系是“适当的”贝多的定义就变得很任意。不同的人可能说出不同的关系故事来说明某物是不是有生命的。        五、走向生命的信息定义        信息定义是我打算重点论证的一个定义。信息定义强调生命在生长和繁殖过程中信息的传递作用。一个实体如果具有冯诺伊曼式的自我复制或繁殖的能力那么这个实体就是有生命的。自我繁殖是指实体可以自己从个变为个个变为个个变为个……等等以此类推。冯诺伊曼已经证明自我繁殖系统是一个信息系统这个系统所包含的自我繁殖信息一方面可以起到类似计算机程序的作用在繁殖下一代的过程中它的表达产生出与自己基本相同的新个体另一方面它还起到被动数据的作用在繁殖下一代时可以基本不变地传递给下一代。        年代DNA双螺旋结构的发现及其随后对其作用机理的了解使人们对生命的信息本质的认识更加深入。人们认识到生命的诸多现象都与DNA分子的双螺旋结构有关。DNA恰好具有两种作用:作为生物信息的载体一方面它包含有关于生命结构的基本描述它的表达产生出生物体的各种性状另一方面作为基因复制的模板它可以产生出一份与自己完全相同的拷贝传递给下一代。        过去人们谈论生命的本质的时候往往只关注于生命“活动性”的根源所以往往强调生命体的物质和能量变化因为是这种物质和能量的变化导致了生命的活性的表现。然而如果没有信息的指导生命的代谢很快就会停止。比如不同的生物体可能都在进行着物质代谢和能量代谢但每种生物都能有序地产生着自己独特的生命物质。牛吃青草产生的是牛奶羊吃青草产的是羊奶绝不会发生牛产羊奶或羊产牛奶的事情除非人们对牛或羊作遗传工程上的处理。为什么会发生这样的事情呢?遗传密码的发现使人们认识到这是由于不同的生物所含的遗传信息不同所造成的。        遗传信息的载体核酸和生物性状的基本组成部分蛋白质在结构上存在着对应关系。这种对应关系表现在每三个核酸的结构单元核苷酸能相应地确定一个蛋白质的结构单元氨基酸。这种核苷酸的三联体结构被称为遗传密码或简称密码子。生物界共有种密码子。它们或者是起始密码子和终止密码子或者决定着构成蛋白质的种氨基酸中的一种。生物在发育和遗传的过程中亲代自行复制DNA并完整地传给子代子代则以与亲代相同的DNA为模板合成蛋白质从而使性状与亲代保持一致。子代并没有直接从亲代获得性状而只是获得了控制发育的信号亦即遗传信息。        不仅生物遗传信息指导着新陈代谢而且生命中的许多过程现在发现本质上都是信息过程比如生物的生长发育过程生物的免疫反应生物对外界刺激的反应神经信号的传导生物的变异和进化等等虽然外部表现是物质或能量的变化但本质都是在信息指导下的过程。        以生物进化来说进化实际上就是生物遗传信息的变化。生物发生进化有个基本的条件:遗传、变异和自然选择。遗传是指在繁殖过程中亲代的信息被传递给子代。变异是指在遗传过程中遗传信息发生了一些偶然的变化使后代和亲代在性状上出现差异。人们早就发现生物界存在着过渡繁殖的现象即每种生物如果不加控制的话它们的繁殖效率都非常高。每种生物有都需要从环境中获得自身所需要的各种资源。自然界的资源本质上是有限的。当大量繁殖的生物出现在同一个地理区域时由于自然资源的有限这些生物必然为了自身的生存发生生存竞争。由于在遗传的过程中存在着变异现象(可遗传的变异)因此在生存竞争中每种生物生存下去的机会是不相同的。那种在竞争中占优势的生物体将被自然选择保留下来而处于劣势的生物则被自然选择淘汰。这样的过程在自然界中不断地进行导致生物向着不断增加的更好的适应和较高整合水平的方向发展出现进化。生物的进化如果没有可遗传的变异是根本不可能发生的。可遗传的变异本质上就是一种信息过程所以进化的本质实际上就是生物遗传信息在自然选择作用下的变化。        贝多在论证它的生命定义的优点时一个重要的论据是它的定义可以给生命现象的多元性特征一个统一的解释但为了这种统一性结果不惜把个体生命看作是从属的把群体适应系统看作是基本的。正如前面已经分析的那样这种反直觉的定义使得人们可以把很多系统甚至人们构造出来的艺术作品看作是第一位的生命因为我们完全可以把这种作品比如小说构造成一个灵活适应的系统。所以贝多的定义最终归于荒谬。然而生命的信息定义同样可以统一解释生命的多元性质特征同时也还可以给出生命的多元特点以更自然的解释。参考文献Bedau,MarkA()"TheNatureofLife"InBoden()Bedau,MarkA()"FourPuzzlesaboutLife"ArtificialLife,():Boden,MA(ed)()ThePhilosophyofArtificialLifeNewYork:OxfordUniversityPressFarmer,DF,andBelin,Ad'A()"ArtificialLife:thecomingevolution"InArtificialLife,editedbyCGLangton,CTaylor,JDFarmer,andSRasmussenSFIStudiesintheSciencesofComplexity,ProcVolⅩRedwoodCity,CA:AddisonWesley:Fleischaker,GR()“OriginsofLife:AnOperationalDefinition”OriginsofLifeandEvolutionoftheBiosphere,:Lange,Marc()"Life,'Artificiallife,'andScientificExplanation"PhilosophyofScience,:Maturana,HumbertoRandVarela,FranciscoJ()AutopoesisandCognition:TheRealizationoftheLivingBostonStudiesinthePhilosophyofScience,VolDordrecht:DReidelPublishingCoMaynardSmith,J()TheTheoryofEvolutionThirdeditionNewYork:PenguinMayr,E()TheGrowthofBiologicalThoughtCambridge,MA:HarvardUniversityPressSchrdinger,E()WhatisLifeCambridge:TheUniversityPressSearle,JohnR()TheRediscoveryofMindCambridge,Mass:MITPressSterelny,KimGriffiths,PaulE()SexandDeath:AnIntroductiontoPhilosophyofBiologyChicago:UniversityofChicagoPress恩格斯()。《反杜林论》。北京:人民出版社。陈阅增等()。《普通生物学》。北京:高等教育出版社。张昀()。《生物进化》。北京:北京大学出版社。

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