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第13章 认识生命的总汇

要点:把握现有生命从最简单到最复杂形态的共性规律是必要的,是认识生命起源的武器。开列出13种共同规律及6种重要原理重点加以解说。体与境相互作用是最重要的规律。循环优化原理是生命运动中最普遍最重要的原理。生命科学必须对生命问题有个通盘的认识。

为什么叫生命起源法则呢?生命的本质是“活”,生命的起源就是要找出生命在什么时候什么条件下由无生命变成有生命的“活”呢?所以这个“死活”的规律,可以叫生命起源法则。

现在我们已经知道,生命在地球上的存在时间,直接证据是35亿年,间接证据是38.7亿年。若说细胞体的存在时间,只要有液态水的存在,就可能有细胞体的存在。要想研究和推测那么久远的事件,就必须从现有生命中,准确而客观地把握住生命的固有规律。这些固有规律不仅对现有的几百万物种都适用,而且对起源时十分简单的生命雏形也能够适用,还要对古生物学中已灭绝的物种都要适用。毫无疑问,原始生命与现代生命之间既有共同之处又有巨大差异。“共同之处”不管有多么简单平凡,那肯定都是生命所具有的规律性的东西。“巨大差异”不管有多么生动奇特,不管我们多么地偏爱,那肯定是生命所具有的表型性东西。这涉及通过表型现象去寻找内在本质的哲学认识论问题。

为此,根据现有生物的客观事实,需要认识一些必要的规律和原理。简要列述如下:

现有生命的一些规律

⒈ 生命是由体与境两部分组成的。

⒉ 生命中的基本元素相同。

⒊ 生命是水溶液中的化学变化体系。

⒋ 细胞由磷脂双分子膜封闭包裹。

⒌ 磷脂双分子膜的两侧必须有水溶液。

⒍ 生命因水中磷脂膜两侧存在电压(位)电流而活。

⒎ 细胞内是严格的金属离子系统。

⒏ 进出细胞膜的物质是带电荷的小分子。

⒐ 生命体的生成远大于消失。

⒑ 生命体系都含有核苷酸、氨基酸及磷脂等小分子。

⒒ 所有细胞质基质都是黏稠的复杂的化学平衡体系。

⒓ 都是以一分为二方式进行循环。

⒔ 是平衡→不平衡→平衡→不平衡……循环变化方式。

必要的一些原理

一,原动力原理。

二,循环优化原理。

三,时间原理(时间效应)。

四,简单原理(无的原理)。

五,守形原理。

六,存在原理。

简要的解释

生命是化学变化体系——细胞膜内所限定的系统是一个复杂的化学系统。今天的细胞内是含有几种金属离子的多配体体系。配体中有氨基酸、肽、蛋白质、核苷酸、核酸、有机羧酸、醣类和其它无机配体等,分子在结合中形成复杂的配合物。各配位化合物之间要建立平衡,主要是电荷平衡,无论是简单带电分子还是复杂带电分子它们在系统中的净电荷等于零。最原始细胞内化学系统与现代细胞内化学系统尽管在成分、结构和复杂性上都有极大的差别,但是,都是一种多分子的复杂化学系统,都是电平衡的化学系统。细胞里的这种化学系统单元(Hua xue Xi tong Dan yuan HXD),是氨、磷酸盐占优势的化学系统。HXD在扩展、平衡、分裂的循环中表现出扩展倾向、平衡倾向和分裂倾向。复杂化学系统的最大特点是电荷平衡。电荷趋向平衡,是非生命世界及生命世界的普遍规律。

生命是水溶液中的化学变化体系——一个氧两个氢的三个原子,用共价结合方式组成的水分子,结构不在一条直线上,呈三角形排列,因而水分子表现出带正负电的极性,是极性分子。这正是水有异常惊人物理特性的原因。自然界水中溶有非常多、非常复杂的分子,几乎包含了地球上的所有自然元素。水中的分子或微粒必须带电才能与水分子亲合。生命就是在这样的水溶液系统中发生化学变化的。沙漠及干燥地带中的生物,必定会有一套保持水溶液的特异性结构。

生命因水中磷脂膜上电压电流而活——磷脂存在于所有的细胞膜系统中。由于有磷酸及与之相连接的化合物,因而是有极性的分子。一端为极性的头,是亲水的;另一端为非极性的尾,是疏水的。在极性水分子中很容易形成双分子层:亲水的极性头位于双分子层两个外表面,疏水的尾藏于夹层中间。这样的脂双层有屏障作用,使膜两侧水中的所溶分子物不能随便通过。当膜两侧离子浓度有差别时就形成浓度差,带电离子的浓度差就会出现电位差,也可叫电压。当膜上有通道开与关时,不同带电离子在电压推动下形成各种离子电流。正是这样的电压电流持续存在,这个膜内的化学系统才会持续变化。这是生命活的最根本原因。

细胞内是严格的金属离子系统——细胞内是带电离子正负电荷平衡的系统,而正电荷离子是这一平衡系统的主导方面。因此,对带正电荷离子的浓度要求非常严格,尤其是对多价金属离子,都有其特异载体系统进行调控,形成封闭的通道和隔室。通俗地说,金属离子在细胞内的存在十分严格,多与少不仅影响细胞生理功能而且会表现出毒害作用,多价金属离子更甚。所以,当水中多价金属离子进入细胞时,是牵动整个细胞体的大事。换个说法就是,不允许多价金属离子随意进入细胞内!

进出细胞膜的物质是带电荷的小分子——通过细胞膜有两种方式:一种方式是进出小分子的方式,在膜上有门,通常叫通道或泵。另一种是进出大分子的方式,通常叫内吞与外排。其实,大分子进入细胞内是被小泡包裹着的,当分解成小分子后才能融入细胞内的化学系统。这样看,进出细胞的物质都是带电荷的小分子。也正是因为这样,我们摄入的各种营养物,都要经过消化作用,把大分子分解成带有电荷的小分子后才能被细胞吸收。

生命体的生成远大于消失——这是生命的十分重要的特征。以大肠杆菌为例,他繁殖一代大约只需要20分钟。这是怎样的生成速度呢?假如地球上到处都满足他们的繁殖生长条件,那么,只要两天,地球表面就会全部堆满厚厚的大肠杆菌。其实,生命的化学系统极易消失,或者说生物体极易死亡,但是,他们的生成速度极快,生成远大于消失。从本质上看,这是一种物质的生成速度远大于消失速度,也可以看成是一种暴涨和充斥特性,这是所有生物都具有的重要特征。正因为如此,在几十亿年的时间里很难有一种力量可以终断生命的存在。实质也反应了没有一种力量能全部消除生命存在的条件。不仅如此,生物体与环境的相互作用关系,还改造了大气层,改变了地球地貌,还改变了海水的性质。地球生命展示出是一种特殊的巨大无比力量。正因为生命具有这种重要的充斥性,才会有生物进化现象。

原动力原理——世界的特征是相互作用,是在有原动力的作用下形成的有规律变化。先看宇宙:宇宙星云在引力的作用下出现团块,产生出恒星和行星,形成星系。再看地球:地球上90几种自然元素在电磁力作用下生成性质各异的物质分子。再看生命:生命本质是化学变化规律,是在水分子中由电磁力作用下的化学变化。明确原动力原理,把握电磁力对生命的作用,是认识和研究生命现象的关键。这样在认识生命运动时才会有方向,才会深刻理解到持续电磁力使生命“活”起来所具有的合理性。

循环优化原理——循环优化原理是生命运动中最普遍、最明显、最重要的原理。一个体系的多种分子相互作用,往往是在多种因素影响下相互作用的。主要作用因素起着主导体系的作用,次要作用因素只起次要的作用。这样,在多种因素作用下,无论体系如何变化,它都会遵循主要因素起主导作用的规律。在循环往复这类运动中,每次都要受到其它因素影响,而每次又都要遵循主要因素所主导的作用,这种“变化-遵循-变化-遵循……”的作用规律,在足够多的循环次数中,会逐渐趋向于相对固定的变化模式。如果我们把这种在反复循环中形成的固定变化模式看成是一种优化的话,那么,就可以把这种规律称为循环优化原理。优化这种现象是循环往复运动中的特有现象。尤其是在复杂的化学变化体系中,这种优化现象所产生的结果,就形成了我们看到的现代生命的那种丰富多彩的形态。

还可以换个方式来理解循环优化原理。一个被包裹的原始小分子化学体系,其中有很多的生成物,他们必须保持平衡状态。其中有一种中心生成物——原生体——“体”,这个“体”所处的化学环境——原生境——“境”,在平衡中,“体”需要“境”,“境”也需要“体”才能参与平衡,那么他们之间就会形成因果的反馈关系。当“境”发生小小变化时会引起“体”的变化,而“体”的变化反过来又会对“境”产生影响。如果说,“境”发生一次偶然性的进步,引起了“体”的结构改变,这种改变反过来更有利于与“境”的和协平衡。这样的因果反馈关系通过持续循环,反馈会得到放大和加强,或者说叫优化。

周而复始往复运动最精彩之处在于变化,而每次循环都会在不完全相同的条件下遵循固有规律变化,这就是一种循环优化的变化原理,也是生命体对生命境总变化的应答。

时间原理(时间效应)——时间就是事物变化的持续过程。时间是过程。用时间度量过程,相当用长度去度量距离,可以说时间是量过程的一把尺子。我们习惯用地球自转一周或地球绕太阳一周的过程做时间的标准。时间有长有短。作为一个人,从开始感受时间到对时间感受的完结,了不起也就是百年的时间,千年就很长了,万年表示理想中的遥远。一亿年就是一万个一万年,对个人来说是难以想象的久远。然而,生命经历了约38亿年的时间,他是沿着固有规律在亿万年时间里千锤百炼地打造(进化)出来的。所以,当探求生命规律时,决不能轻视生命变化的持续过程,即所具有的时间效应。时间本身就是生命所具有的重要规律。在研究生命起源时,有人想用非生命分子在实验室中造出生命来,这是不可能的,因为忽视了生命所具有的时间效应(必要过程),你的实验不可能满足时间的条件。有人经常叫喊说造出了生命,那不过是合成或拼接了某些有机分子而已,任何分子都不能与生命体系划等号。

简单原理(无的原理)——生命演化了约38亿年,经历了从无到有,由简单到复杂,由量变到质变的过程。这是不容忽视的事实。可以做个类比,现代社会的工具和机器如此发达,复杂程度和精密程度普通人是难以想象的。那么,这些是怎样发展起来的呢?如果探究工具和机器的起源,一步一步推下去,最后只能推到石器时代,当初是用石头打造成石器。不管怎样说,最初的工具就是一块石头。你很难把先进的工具和机器与石头联系在一起。石头对现代工具而言就是“无”。再做一个类比,现在的电脑有许多功能,它的出现只有60年的历史,它起源于二进制的计数器。今天还能把简单的计数器与多功能的电脑联系起来,万年以后呢?简单计数器对万年后的复杂电脑相当于“无”。在生命问题上,怎么把38亿年前的生命与38亿年后的生命联系起来呢?当然要考虑到“无”的原理。

研究生命起源问题必须要破除思维上的怪圈,不能总卡壳在悖论上。说DNA携带着合成蛋白质的指令,但如果没有蛋白质的协助,就无法读取和复制这些指令。那么,到底先出现DNA(鸡)还是蛋白质(蛋)呢?这就陷入先有鸡还是先有蛋的谜题。科学为什么非要给自己制造这样的理论难题呢?结论很简单,你忽视了“无的原理”。生命之初,既没有核酸,也没有蛋白质。就是说,既没有DNA,也没有RNA,更没有蛋白酶。从无到有,从简单到复杂那才叫做起源呢!

守形原理——生命延续了38亿年,这是难以想象的漫长。在生命体系的巨大变化中,在生物的进化中,如果有些表形的东西相对不变化,表形数亿年相对不变,那真是了不起啊!把表形守住亿万年不变,把这种规律叫守形原理名符其实吧!今天把一些生物叫活化石,那是因为这些生物遵循守形原理。从这种守形中我们能窥探到什么呢?生命中越是不变的东西,就越是反映本质的东西!这一原理是探索生命起源中不可缺少的理论武器。

存在原理——生命延续了38亿年,我们今天看到了生命现象,这说明生命这种物质运动存在着,也即是细胞运动存在着。从另一角度看,细胞又是极易消失的物质形态。在消失与存在这两种对立事物中,存在是生命的重要特征。我们可以这样理解,生命在循环运动的38亿年里,生命是在各种各样的消失中存在着的。存在是一种力量,存在是一种特征,我们把这种特征称为存在原理。

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