1、物理学家薛定谔曾深入探索过分子生物学问题。
2、当面对一个极为宏大的主题时，对于普通读者来说，需要在有限的知识储备下，跟上作者密集的信息量和节奏，在尽可能充分理解的状态下，把内容读完。这并不是一件容易的事，非常考验读者的“双商”——智商与情商。这样的阅读也许不那么简单舒适，却是十分必要的。
3、但不变的一点是，其作品背后的驱动力，始终是为了告诉读者，生物学是如何看待世界和影响世界的。
4、夜晚，我们仰望满天繁星，当流星在天空划过一道美丽的弧线，我们不会想到，有一个只能用头脑工作的人，正在为揭开宇宙的奥秘而沉思；阳光明媚的日子，当我们泛舟湖上，在碧波清风中流连的时候，我们也不会想到，在幽深的湖底探寻的是一个身体截瘫的人。
5、我们知道，能量和自我复制是生命从混乱无序的环境中萌发并万世长青的两个基本条件。生命现象想要存在，必须在局部蓄积起足够浓度的能量，然后用它驱动某种能够携带遗传信息的生物大分子(例如RNA)的自我复制。那么可想而知，如果没有一层物理屏障的存在，能量分子和遗传物质哪怕能够偶然出现，也会像在原始海洋里滴一滴墨汁一样，迅速稀释到无踪无迹。或者反过来说，从46亿年前地球形成开始，能量分子和遗传物质可能已经自发出现过千千万万次。但是必须再耐心等待10亿年，直到第一个原始细胞出现，为能量分子和遗传物质构造起“分离之墙”，并且从那一刻开始，始终包裹在每一个细胞和它们的后代周围，地球生命才真正有可能告别昙花一现的化学反应现象，稳定地存活下来，利用能量驱动生命活动，利用自我复制适应地球环境，开枝散叶一直到今天。
6、为此，薛定谔援引了另一位前量子物理学家德尔布吕克(MaxDelbrück)的实验，德尔布吕克通过高能辐射诱导基因突变，估算出基因的大小约为原子的1000倍。薛定谔认为这种尺寸过小，无法使其在统计波动的影响下继续保持这种“规律活动”(持久的遗传)。
7、现代物理学的起源，是从观察天体开始的。好奇心是人类的天性，我们的祖先在远古时代就开始观测天象，并试图理解宇宙的秩序。早期的理论是“地心说”，即认为地球是宇宙的中心。但是，这一假说和一些观测到的天文现象不符，比如，在黎明和傍晚的时候，我们会看到金星会倒着往回走，从东方升起又再回去，如何解释这一现象？天才的天文学家托勒密修正了“地心说”，提出每个行星都在“本轮”上匀速转动，而本轮中心又在“均轮”上绕地球转动。这套理论较好地描述了天体运行的轨道。这就是在观测数据的基础上提出对原有理论的修正。
8、《生命是什么？》所提出的问题反映了当时物理学家和化学家对分子世界的看法：分子完全受到统计行为的支配。麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)和玻尔兹曼(LudwigBoltzmann)的经典分子物理学认为原子运动是随机的。那些精确阐明温度、压力和气体体积之间关系的物理定律，其实是对无数原子平均行为的总结。
9、“如我们所知，生命建立在碳基聚合物的基础之上。”斯克里普斯海洋研究所的JeffreyBada说。这些聚合物就是核酸(DNA的组分)、蛋白质和多糖，构成了现在丰富的生命。
10、不同生命形式间的深度相互依存也反映在我们细胞的基本构成中。产生我们身体所需能量的线粒体原本是完全独立的细菌，它们掌握了制造ATP的能力。但在15亿年前，命运发生了一些意外的转折，有些线粒体细菌住进了另一种类型的细胞内。随着时间的推移，宿主细胞变得极其依赖这位入驻的细菌客人所制造的ATP，以至于让线粒体成了永久住客，成为细胞内的固定装置。这种互利关系得以巩固，很可能标志着整个真核生物系的开始。有了可靠的能量供应来源，真核生物的细胞就拥有了变得更大、更复杂的能力。反过来，这又促成了动物、植物和真菌演化出今天这般繁茂的多样性。
11、Bada是StanleyMiller的学生，他参与了著名的Miller-Urey实验。这个实验在20世纪50年代进行，是最早探究生命如何从无生命的化学物质起源的实验之一。他再次进行了这一著名的实验，证明了在放电的条件下，原始地球上存在的化学物质可以产生更大范围的生物相关分子。
12、这个解释就是，这层膜实在是太薄太薄了！厚度还不到10纳米，远远低于光学成像的理论极限分辨率200纳米。人类科学家再雕琢自己的光学显微镜镜片，也不可能看到这层膜的样子(胡克在软木标本中看到的蜂巢结构其实是细胞壁，一种植物细胞特有的坚硬外壳)。看都看不见的东西，天知道它存不存在？而当生物学家瞪大眼睛反复看，都没有看到传说中这层膜的样子以后，自然而然会有一批人转而开始考虑其他的可能性。比如，直到20世纪初，仍然有不少生物学家认为这层膜压根就是不存在的，细胞内的物质像胶水一样黏合在一起才不会破碎和稀释。这个解释现在看起来几乎不言而喻是错误的，就算是每一个细胞内的物质可以按照这种方式聚集而不散开，怎么才能防止细胞和细胞之间的“胶水”黏在一起？这种解释仍然离不开一个在物理化学性质上截然不同的“分离之墙”。归根结底，生物学家们是败给了自己“眼见为实”的思维定势。
13、病毒应该被视为生命么？图片来源：Jezper/Alamy
14、在过去两年多时间里，王立铭一样逃脱不了这个困扰。理解生命的尺度差异巨大，我们在探讨“生命是什么”时，究竟该如何制定讨论的框架？挑选什么样的话题？遵循什么样的内在逻辑？
15、曾经人工生命只存在于科幻小说中，但是现在却已经成为一个成熟的科学分支。
16、物质、能量、复制是构成地球生命最基本的三个要素，可至此，演化的历史已经过去了将近10亿年，第一个独立的细胞还没有诞生。原因是，缺少了能把能量分子和遗传物质包裹起来的结构，也就是细胞膜，王立铭称之为“分离之墙”。一层小小的薄膜勾连出科学家持续300多年的研究历史，这大概是科学探索曲折反复最经典的案例之一了。
17、直到此时，细胞膜的存在、细胞膜的特性、细胞膜的化学构成才真正取得了共识。高特和格兰戴尔的双分子层模型在此后经历过几次小的更正和改动，但是细胞膜的基本形态模型已经确立。实际上，尽管大家真正“看”到细胞膜是在20世纪50年代电子显微镜足够进步的时候，也就是二三十年之后，但是真到那个时候，大家反而没有那么大惊小怪了——因为细胞膜必须存在、由磷脂和胆固醇分子构成、是一个双层膜的夹心结构，在“眼见为实”之前就已经深入人心并写进教科书了。
18、生命体当然是要降低自身的熵值，但这不总是成功的：有时因为自身稳态被破坏，比如衰老；有时因为无法完全抵抗外界的高熵压力。熵变主要应该是面向代谢及调节代谢的过程：物质的，能量的，信息的。
19、生命科学跨越的尺度从纳米到宏大的地球生态系统，宏大繁复，包罗万象。想要从中提炼出生命的基本特质并书写出来非常有挑战性。不过幸好我们有贯穿生命科学的第一原则：进化论。立铭选择了生命的演化作为轴线，在其妙笔之下，一出跌宕起伏，惊险刺激的几十亿年的大冒险戏剧就此拉开序幕。他先从古代哲学家对生命本质对探讨谈起，之后科学家登上舞台，一个个精彩的科学故事提醒我们人类不断从多维度接近,理解并尝试解析生命本质的曲折过程。之后他把镜头迅速推进到著名的米勒－尤里实验，该实验令人惊奇地证明了生命起源的基本分子，如氨基酸，可以在实验室模拟的古代地球环境里快速产生。该试验基本解决了生命产生的原材料来源问题，随之引申出当代科学三大重要问题之一：生命的起源问题。
20、►1665年，罗伯特·胡克发表了巨著《显微术》。在书中，他展示了在显微镜下观察到的软木标本图片。胡克把图片中蜂巢状的结构命名为“细胞”。我们现在知道，胡克图片中的蜂巢结构其实是植物的细胞壁，这是一种由多糖类物质形成的结构。细胞壁内部才是细胞膜。动物细胞没有细胞壁。
21、科学的思维方式是王立铭在他的作品中一以贯之所包裹的内核，于是，他对这本书的最初设计，就是通过一个独特的角度来告诉读者，尺度迥异、纷繁复杂的生命现象的本质是什么，背后有着什么共同的生物学逻辑和思想。
22、在《生命是什么？》的激励下，多位物理学家成为了卓具影响力的生物学家：克里克、本泽尔(SeymourBenzer)、威尔金斯(MauriceWilkins)等等。但从当代评述来看，领会薛定谔的密码本是有机体的一种主动程序这一精髓的生物学家并不多。
23、我的第三个原则是，生命体是化学、物理和信息机器。它们构建自身的新陈代谢，并以此维持自身的存续、成长和繁殖。这些生命体通过管理信息来自我协调和调控，以让生命体作为有目的性的整体来运作。
24、生命是一种能够对独特且复杂的对象进行复制的机器(就像激光打印机或3-D打印机)。迄今为止，它们都还不会自我复制。我们可以去制造一些“无关紧要”的自组装型机器人，将两个(或几个)已经足够复杂并几乎能运作的机器人部件组装起来。但是在这种情况下，由自我复制所带来的再现复杂性提升非常有限，并且那些部件上的再现复杂性也是拜生命所赐(也就是创造了这些机器人部件的聪明人类)。想要在未来的某一天拥有一台能够自我复制和进化的3-D打印机并没有什么实质性的障碍。
25、生命不仅仅是我们所理解的植物或者动物，生命可以是任何物质，生命也可以是虚无缥缈的灵魂。任何物质这个概念，包括实体物质和虚体物质，当然也包括灵魂。
26、点击图片阅读：科学需要女性：美国第一位女性职业天文学家诞辰200周年纪念
27、释义：中国古代哲学范畴。指万物的天赋和禀受。
28、当时的很多观点都推断基因就是蛋白质。但其实就在薛定谔准备讲稿的另一边，微生物学家艾弗里(OswaldAvery)已经开始寻找基因是核酸的证据了。可以说，《生命是什么？》这本书是在科学和社会政治学都发生着剧烈变化的大背景下横空出世。
29、 要记住：不是每一道江流都能入海，不流动的便成了死湖；不是每一粒种子都能成树，不生长的便成了空壳!生命中不是永远快乐，也不是永远痛苦，快乐和痛苦是相生相成的。等于水道要经过不同的两岸，树木要经过常变的四时。在快乐中我们要感谢生命，在痛苦中我们也要感谢生命。快乐固然兴奋，苦痛又何尝不美丽
30、动植物的生活能力：生命。救命。逃命。拼命。命脉。性命。相依为命。
31、到了1985年，关于莫奇森陨石的研究又一次震动了科学界。美国人大卫·蒂莫(DavidDeamer)证明，从陨石上提取出来的脂类分子也可以自发形成类似于细胞膜的结构。如果说在此之前，借由米勒-尤里实验和莫奇森陨石的研究，科学家们已经不怀疑生命物质出现在宇宙中是一件平淡无奇的事情。那么蒂莫的发现说明，就连第一个真正的生命——细胞——的出现可能都没有人类想的那样复杂，它同样可能是一件自然而然、平淡无奇的小事件！
32、预测外星生命也是一个棘手的任务。大多数的研究者，包括爱丁堡大学的英国天体生物学中心的CharlesCockell和他的同事们，都在通过地球上可在极端环境下生存的微生物来研究外星生命。他们认为，外星生命生活的环境可能会与我们迥然不同，但它们仍然很可能与地球上的生命共同拥有着生命的某种关键特征。
33、从生命的起源，到人类对自由意志的追寻，作者的文本写作一气呵成。这也是王立铭作品中最突出的特点，坚持以问题为驱动，层层递进，丝丝入扣，从而构建一个完整的封闭式的逻辑链条。
34、那么如何解释地质分层的重复单元或无机模铸化石的复制过程呢?我们可以找到数百种独特的矿物学分层，其中某些在全球都有重现(例如富铱层就是最大规模陨石撞击地球所造成的全球范围尘云的证据)。但是它的重复模式和它的位置都不那么精确(大约从毫米级到米级)。在这些底层中所发现的化石，无论是复杂动植物表面的实体负模化石，还是由无机矿物替代腐败的有机细胞所形成的正模化石，均有将原结构精确还原到微米级别的表现。当然，在这种情况下，几乎所有的再现复杂性都是源自于最初被埋的那些生命体。
35、点击图片阅读：力学细胞学：论细胞如何通过挤来挤去影响彼此的生命历程
36、因此，要说真正独立的生命体——堪称完全独立，能无牵无绊地自由生活的——恐怕就是那些乍一眼看起来相当原始的生命形式了。其中包括微型蓝藻，通常被称为蓝绿藻，它们既能进行光合作用，又能自己捕获氮；还有古细菌，它们能从海底火山的热液喷口获取所需的能量和化学原料。这太令人震惊了：这些相对简单的生物不仅比人类生存的时间长得多，还比我们更加自立。
37、我们也不应该忘记，我们吃的每一口食物都是由其他生物体制造的。甚至有许多微生物，比如我研究的酵母菌，也完全依赖于通常由其他生物体制造的分子。比如那些包含葡萄糖和氨的分子，这些成分是制造含碳和氮的大分子所必需的。
38、当时作为新兴学科的分子生物学中的一些人就对此持批评态度。鲍林(LinusPauling)和佩鲁茨(MaxPerutz)都曾在1987年，即薛定谔百年诞辰之际批评过这本书。鲍林称负熵是对生物学的“负”贡献，薛定谔对生命热力学效应的解读过于“模糊和肤浅”。佩鲁茨更是表示，“书中正确的内容均不是原创，而大多数原创的内容即使在成书的年代也是不正确的”。
39、这个问题又过了二十多年才得到完美的解决。1925年，荷兰莱顿大学的科学家高特(E.Gorter)和格兰戴尔(F.Grendel)决定直接使用化学方法，把这层假想中的“分离之墙”提取出来，看看它们是什么——如果它们如欧福顿所说当真存在的话。
40、也许提高标准也会带来坏处。萨根认为，目前对生命的搜寻仍然局限于地球上的碳基生命，以碳为中心，这种狭隘的观念或许限制了对外星生命的寻找。
41、对于很多化学家而言，复制(病毒进行这一过程必须借助生物细胞的力量)对于定义生命非常重要。这一事实也说明，可以进行复制的信息分子例如DNA和RNA，对于生物的未来也是必需的。
42、合成生物学家一块一块地建立新生命，就如同搭乐高积木一样。图片来源：BrianJackson/Alamy
43、源自：网络 | 主播：孟飞Phoenix
44、点击图片阅读：给薛定谔加猫？量子力学思想实验“诡异程度又上新台阶”
45、宇宙漫长历史中最神奇的事件之一莫过于生命的诞生。在前进化论时代，大多数人类甚至认为地球上生命的多彩纷呈是神迹存在的最好证明。正如物理学家对理解宇宙起源的“大爆炸”充满了无穷的向往和想象，生物学家对于理解生命诞生这一从无到有的重要时刻也抱有同样的情感。
46、问题是，从氨基酸到更复杂的蛋白质、RNA、DNA的过程就不那么自然而然了。是什么驱动力让它们从混乱的状态中产生秩序，好将大厦的材料组装起来，保持稳定的结构？答案是能量。
47、►电子显微镜下的细胞膜。图中显示的是两个细胞的边界，两个箭头分别指向两个细胞各自的细胞膜。
48、薛定谔的这些观点对于公众和一些杰出的科学家来说具有很大的启示意义，但也让另一些人感到非常不满。虽然这些原理并非原创，但这一出色的构想启发了克里克(FrancisCrick)和沃森(JamesWatson)在1953年发现DNA双螺旋是如何编码基因的。克里克同年致信薛定谔，称他和沃森“都受到了您的那本短篇著作的影响”。
49、引证：白居易《武昭除石州刺史制》：“王师伐蔡，尔在行间，致命奋身，挑战当寇，忠愤所感，卒获生命。”
50、然而让人跌破眼镜的是，从英国科学家罗伯特·胡克(RobertHooke)在显微镜下观察到植物软木标本里一个个蜂巢状的微小结构并于1665年提出“细胞”的概念，到1972年辛格(SeymourSinger)和尼克尔森(GarthNicolson)提出目前被广为接受的细胞膜物质解释“流动镶嵌模型”，足足用了三百多年的时间！
51、和宏观生命一样，细胞这种微观生命也同样是有清晰边界的。它们被一层仅有几纳米厚的脂类分子薄膜严密地包裹起来，薄膜内部是生机勃勃的生命活动，外面则是危险冷漠的外在世界。实际上，考虑到地球生命都是由数量不等的细胞构成的，我们完全可以认为这层薄膜才是生命和地球环境的边界。
52、科学并不是完美的，也不是万能的。科学的发展本身就有其历史上的偶然因素。数学从几何学开始，是因为古代的人们要丈量土地。物理学从牛顿力学开始，也是因为我们作为人类，能够感知到的现象，首先是苹果落地、行星转动，然后，我们才开始去探索我们看不到的东西，比如电磁、原子、量子力学。我给学生讲课的时候，曾经告诉学生，你们不要觉得物理学天经地义就应该是这样的。设想人类不是像现在这样大，假设我们像细菌一样小，生活在别人的细胞里，却和人类一样聪明，那么，我们先发明的物理学会是什么，是牛顿力学吗？学生都摇头。我们先发明的数学会是微积分吗？学生也摇头。其实，这正是科学不断进步的原因。科学的进步是从承认自己的无知开始的，科学是从猜测开始的，并在发展中不断地修正自己原有的观点。这正是薛定谔的《生命是什么》给我们的启示。
53、薛定谔的负熵说暗示我们，生命是开放系统里打破平衡的秩序的集合，而DNA密码只是维系生命机制的一部分。可惜的是，薛定谔并未触及物理学家西拉德(LeoSzilard)在麦克斯韦妖上的研究成果，西拉德的思维实验揭示了如何借助看似宏观统计噪声的分子水平信息来降低熵的混乱程度。
54、哥白尼觉得这套理论过于繁琐，他提出了“日心说”。“日心说”只是一种假说，而且并不能更好地解释天体运行，因为哥白尼假设天体运行轨道是圆形的，现在我们都知道，天体的运行轨道其实是椭圆形的。后来，丹麦科学家第谷观测了大量天体数据，他的助手开普勒利用这些数据，提出了我们现在熟知的行星运动三大定律。再到后来，牛顿认为，三大定律揭示的只是表面现象，还没有解释天体运行的本质。他认为，一个更基本的东西就是引力。牛顿提出的万有引力定律，把开普勒的三大定律做了更简洁的概括，把当时人们所能想到的力学运动都统一起来了。
55、为了更好地理解为什么定义生命如此之难，让我们了解一下几个工作在区分生命与非生命前沿的领域——
56、在逻辑上很容易想通这层薄膜的意义——它远比简单的一层屏障重要得多。
57、进化论是人们思考生命本质的关键|Pixabay
58、动物是生命，人也是生命，人因为强大的认识能力而区别于动物。植物也是生命，植物因为它感知能力及移动能力的缺少而区别于动物和人。
59、引证：《二十年目睹之怪现状》第八十回：“生命注定的何必去寻。”
60、“我认为，‘生命’从根本上就不会有一个精准的定义，但是我们依然有一些可以瞄准的目标。”在南丹麦大学研究人工生命的SteenRasmussen说。来自世界各地的团队都在研究PMC模型中的各个单独组分，并把它们放入系统以研究其性质。但是目前为止，没人可以将这些组分装配起来，成为一个有综合功能的生命形式。
61、朗诵：梅竹(刁梅君)，辽宁省朗诵艺术协会副会长，丹东市朗诵艺术协会主席，辽宁省戏剧家协会会员，丹东市市戏剧家协会理事。中国广播电影电视报刊协会认证朗诵教师，首届全国“巅峰朗诵”大赛评委。朗诵的作品被中华书局出版的《大学生古代诗词曲素养100篇》一书录用。喜欢朗诵的她用真情实感诠释文章，作品经常被一些媒体平台发表。多次参加网络的大型晚会，和现实的朗诵演出。
62、几年后，激进的英裔印度籍生物学家J.B.S.哈尔丹也写了一本题为《生命是什么》的书，并在书中宣称：“我不会回答这个问题。事实上，我很怀疑这个问题会不会有完整的答案。”他把活着的感觉与我们对颜色、痛苦或努力的感知相比较，以示“我们无法用别的说法来描述它们”。我对哈尔丹的说法深有共鸣，但这也让我想起了美国最高法院法官波特在1964年定义色情时所说的话：“我看到就知道了。”
63、在某种程度上，人工生命包括生物学家在实验室中将两种及以上的已存在的生命形态组合在一起形成的新有机体，但是它也可以更抽象。
64、从某种意义上说，每一个细胞都可以看作一个有着自己独特生活经历和命运的生命体。祖先细胞的DNA分子完成自我复制后各奔东西，携带着祖先的记忆，伴随着细胞本身一分为完成生命的繁衍复制。在每一个细胞内部，能量货币ATP驱动着各种各样生命活动的进行，它让红细胞能够吸满氧气在血管里畅游，让神经细胞释放高高蓄积的离子水位产生微弱的生物电流，让草履虫的纤毛轻轻摆动，让大肠杆菌修补外壳上破损的脂多糖。而到生命的尽头，细胞或因为外敌的入侵不幸罹难，或按照自身的生命密码启动了自杀程序，曾经辉煌壮丽的生命大厦轰然倒塌，曾经严整有序的形态、结构和生物分子慢慢破损消亡。
65、http://www.bbc.com/earth/story/20170101-there-are-over-100-definitions-for-life-and-all-are-wrong
66、“生命的外壳：细胞膜”一文以及插图，节选自王立铭新作《生命是什么》。《知识分子》获授权发表。
67、如果是这样的话，那么单个基因突变是如何在分子水平上导致某种特定的宏观结果(如某种表型、可观察到的遗传性状)的呢？答案可能指向薛定谔的猫的幽灵——薛定谔在1953年提出这只猫的宏观生死取决于单个量子事件。
68、有些英文教材会用“MRSGREN”作为便于记忆的口诀，帮助孩子记住定义生命的7个元素：运动(movement)、呼吸(respiration)、感知(sensitivity)、生长(growth)、繁殖(reproduction)、排泄(excretion)和营养(nutrition)。但是这仅仅是定义生命的开始，绝不是终点。有很多用传统的定义难以划归到生命的类别都拥有这7种特征，比如一些晶体，以及具有传染性的蛋白质——朊病毒；甚至一些计算机程序按照MRSGREN的归类方法都可以被称为生命。
69、宇宙万物千变万化，自然界里绚丽多彩，不外乎是生物和非生物之分。从现代科学的角度来看，生命只是物质运动的一种形态，它只是由蛋白质、核酸、脂类等生物分子组成的物质系统而己，远没有古人对生命的理解那么玄妙。
70、更何况，正如作者所言，“此时此刻，我们比以往任何时候都更需要了解生命科学，更需要深刻地理解生命和人类智慧”。
71、有关生命的主题总是充满神秘难解的特性。爱因斯坦说，“我们所能感受到的美是神秘的，神秘性是一切真正的艺术与科学的来源”。所以，只要对这个世界、对我们自己还抱有好奇和兴趣，都可以试着去拨开生命迷雾，一窥究竟。