放下對生命確定性的偏執(zhí)

胡珉琦

生物學(xué)是什么？答案既簡單又復(fù)雜。它的復(fù)雜性在于要回答“生命是什么”這一根本性問題。中科院生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所研究員吳家睿在今年出版的著作《生物學(xué)是什么》中，就向這個任務(wù)發(fā)起了“挑戰(zhàn)”。

1、寫給自己的書

不同于普通的生物學(xué)教科書或者科普讀物，本書的內(nèi)容是吳家睿近十幾年在生物學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究過程中逐漸領(lǐng)悟到的“生命觀”的總結(jié)，體現(xiàn)了他對科學(xué)與哲學(xué)交叉問題的深刻思考，極具啟發(fā)性。但對普通讀者而言，也意味著更高的閱讀門檻。

“這首先是一本寫給我自己的書?！钡珔羌翌Ｖ毖裕瑹o論是高中生、大學(xué)生還是同行，懂與不懂，打開就會有收獲。

本書共有五章，從“解析生命的有序性”“破譯生命的信息流”到“建立生命的統(tǒng)一性”“揭示生命的區(qū)域化”，再到“重構(gòu)生命的復(fù)雜觀”，涉及生命的構(gòu)成本質(zhì)和運行規(guī)律兩個層面。

本書第一章圍繞生物大分子展開。從生物大分子的核心元素“碳”的手性特征出發(fā)，討論了生命的有序性，同時進一步分析了生物大分子的構(gòu)成規(guī)則，并在此基礎(chǔ)上闡釋了生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系;第二章是對生物體在其遺傳信息傳遞和利用方面的基本規(guī)律的介紹;第三章試圖通過物種的命名規(guī)則、相互關(guān)系和演化特征來闡述生命的進化規(guī)律;第四章則從生命特有的區(qū)域化現(xiàn)象出發(fā)來解釋生命為什么要從原核細胞發(fā)展到真核細胞，并進一步發(fā)展到多細胞個體。

在最后一章，作者從系統(tǒng)生物學(xué)的角度對生命復(fù)雜系統(tǒng)的特點進行探討：生物大分子之間通過復(fù)雜的相互作用形成了執(zhí)行各種生物學(xué)功能的動態(tài)網(wǎng)絡(luò);此外，這些生物大分子間的相互作用極易變化且受環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致了生命復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性。

吳家睿表示，生命科學(xué)是一門進展非常迅速，同時又不斷受到?jīng)_擊的學(xué)科。為了適應(yīng)這樣的特點，他在寫作時盡可能保證了材料的“新鮮度”和探討的開放性。

2、“非主流”的觀點

《生物學(xué)是什么》的不同之處，還體現(xiàn)在書中的一些分析和觀點是“非主流”的。作者希望打開一個視角獨特的“窗口”，從而引發(fā)讀者對生物學(xué)本質(zhì)和運行規(guī)律的新的認識。

吳家睿提到，關(guān)于生命本質(zhì)的探討一直以來有兩個截然相反的觀點。一個是還原論，一個是活力論。

“它們的產(chǎn)生可以追溯到古希臘時期。當時的還原論代表是哲學(xué)家德莫克利特。在他看來，世間萬物都是由原子構(gòu)成的，生命同樣也是由原子所構(gòu)成。而同時期的哲學(xué)家亞里士多德則持相反的觀點，認為在生物體中存在著一種特有的要素——‘隱德來希（希臘語，意思是完成），這種要素使得物質(zhì)獲得‘生機，使生命這種特定的形式實現(xiàn)其自我完善的目的?！眳羌翌Ｕf。

20世紀中葉，隨著物理學(xué)和化學(xué)等物質(zhì)科學(xué)的介入以及分子生物學(xué)的誕生，還原論從此占據(jù)了生物學(xué)研究的主流地位。

“按照還原論的觀點，生命是一架可以完全被拆解的機器，所以生物學(xué)家的任務(wù)就是把生命機器的每一個零件拆下來，逐一研究，當我們知道每個零件是什么、有什么功能的時候，我們就知道生命是什么了?！眳羌翌＝忉尅?/p>

隨著研究的深入，人們逐漸意識到，生物體并非僅僅是一個裝載了各種生物大分子的簡單容器，而是一個由這些數(shù)量巨大且種類繁多的生物大分子間相互作用構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。在新千年到來之際，美國生物學(xué)家克爾斯勒等人從系統(tǒng)生物學(xué)的角度提出了“分子活力論”，認為由生物大分子構(gòu)建而成的生物體具有特殊的性質(zhì)。

2000年后，系統(tǒng)生物學(xué)引起了吳家睿的注意，并成為了他此后學(xué)術(shù)研究的主要陣地。2005年，中國科技大學(xué)和中科院上海生命科學(xué)研究院共同創(chuàng)立了全國首個系統(tǒng)生物學(xué)系，吳家睿是首任系主任。他教授了多年系統(tǒng)生物學(xué)課程，梳理系統(tǒng)生物學(xué)的基本概念、理論，探索系統(tǒng)生物學(xué)的研究策略和研究方法，從整體論、系統(tǒng)論的角度來認識生命和解釋活動。他也是國內(nèi)系統(tǒng)生物學(xué)學(xué)科發(fā)展的主要推動者。

“從一定的意義上說，生物學(xué)的發(fā)展史就是由還原論和活力論之間的爭論和相互替代推動而形成的?！痹谒磥?，系統(tǒng)論的觀點雖然仍不及還原論“樹大根深”，但是科學(xué)家已經(jīng)有能力在更為全面、復(fù)雜的層面上分析生命現(xiàn)象，兩者不再是相互對立、隔離，而是互為補充、互為依賴。

3、生物學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)是什么

除了生命的本質(zhì)，吳家睿對生命運行規(guī)律同樣提出了“非主流”的探討方向。

他說，持還原論的科學(xué)家還有一種普遍觀點，“那就是所有生命活動都不是隨機的，它們都遵循著基本的物理學(xué)和化學(xué)規(guī)律。因此，現(xiàn)代生物學(xué)的另一大任務(wù)就是找到并揭示所有的規(guī)律，這樣我們就能理解、控制甚至制造生命”?；谶€原論的生命科學(xué)決定論者往往有這樣一個潛在信念，就是對確定性的追求?？墒牵絹碓蕉嗟难芯堪l(fā)現(xiàn)，這只是科學(xué)家的一廂情愿。

吳家睿在書中舉例，生物體內(nèi)的生物大分子種類繁多、數(shù)量巨大，即使是大腸桿菌這樣簡單的單細胞原核生物所擁有的各種蛋白質(zhì)分子的總拷貝數(shù)就高達250萬個左右。因此，這些生物大分子在細胞內(nèi)通常處于極端擁擠環(huán)境和無序排列狀態(tài)。

生物大分子不僅具有結(jié)構(gòu)上的無序組織，而且在其合成的過程中也有許多隨機波動存在，這種生物大分子具有的隨機波動性通常被稱為生物學(xué)噪聲。一項對大腸桿菌的單分子研究發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)噪聲的影響下，基因表達量和相應(yīng)的蛋白質(zhì)表達量之間呈現(xiàn)出了隨機的關(guān)系。

過去人們通常認為隨機性“噪聲”會對生命產(chǎn)生負面影響，應(yīng)該被消除。但更多最新研究表明，生命中的噪聲不僅難以消除，而且對生命也有著積極的一面，它常常具有許多重要的生物學(xué)功能。吳家睿認為，對生物學(xué)噪聲的研究讓研究者認識到，生物體作為一個開放的非線性復(fù)雜系統(tǒng)，一方面自身具有各種內(nèi)在的隨機噪聲，另一方面生存于充滿不確定性的外部環(huán)境之中。

“可以這樣說，地球上生命的演化過程就是由偶然性推動的，它使生命從最簡單的原核細胞形式發(fā)展為如此復(fù)雜多樣的動植物。如果生物世界真的是由確定性所‘統(tǒng)治的，那么今天地球上存在的生命很可能依然是大腸桿菌這一類簡單的單細胞生物?！?/p>

正因如此，吳家睿在書的結(jié)尾指出：“生物學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)是，來自研究者的決定論思維與生命的偶然性特征之間的沖突?！?/p>