宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个-第10章
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因此，外界环境是生物个体生存的条件，是非生物个体消亡的原因，这就是生物个体与非生物个体在与环境相互作用过程中的本质区别。
（3）生长与繁殖 生物的生长，是指生物把生命所需要的物质吸收到体内，经过一系列转化后成为其自身的物质，而使生物个体长大的过程。
非生物的〃生长〃只是相同物质的增加。在寒冷季节，把水浇在冰块上，冰块会增大；把若干小溪的水注入一条河时，河水会增加。但冰块的增大部分和河水的增加部分仍然是水，而不是别的物质。所以生物的生长与非生物的生长有着本质的区别，前者有质和量的变化，后者只有量的变化。生物生长到一定程度后具有产生后代的能力，即具有繁殖能力。由于任何一个生物个体有朝一日总要死亡，因此生物的繁殖保证了种族和生命的延续。
（4）遗传、变异和进化 生物进行繁殖时，具有〃类生类〃现象，如狗生狗、猫生猫。这种亲代与子代相似的现象称为遗传，它保证了各个物种的相对稳定性。但是，亲代与子代之间，以及子代各个个体之间总会有差异，这种现象称为变异。生物有了变异，通过自然选择把有利的变异在群体中固定下来而成为新类型，使生物得以进化。
生物通过遗传、变异和自然选择，不仅使得生物界的各个物种具有相对的稳定性，而且使得生物界产生由低等到高等、由简单到复杂、由水生到陆上的逐渐进化。
3．生命的哲学解释
生命是生物体所显现的种种现象的总的抽象概念。从古至今随着人们对这些现象的逐步理解，生命的概念也在不断地改变。上文中我们提到的现代常用的定义，即生命是生物体所表现的自身繁殖、生长发育、新陈代谢（与环境进行物质和能量交换）、遗传变异以及对刺激的反应等的复合现象。但这些复合现象中任何一个单一现象都不是生物所特有的。拿〃新陈代谢〃来说，非生命的火焰不断把燃料变成其他物质，进行着剧烈的物质和能量交换，但人们并不认为它有生命；相反在适当条件下保存着的种子（如古莲子）在长时间内可以没有物质和能量交换，但仍然具有生命，因为环境适宜它就会萌发。〃生长〃也是一样，无机的晶体在形成的时候（如水结冰），就有一个生长的过程；相反，有些生命体并不总在生长，有的一旦形成，大小就不变了。〃繁殖〃也不是生命体独具的特征，凡是有自催化过程的反应系统都有繁殖现象，如一些核反应；而有些生命体由于生殖系统的先天缺陷也不能繁殖（如骡子）。至于说到外界刺激会引起反应这一点，自从有了机器，特别是计算机以后，那也就不能认为是生命所特有的性质了。
第46节：一、生命解说（4）
既然生物学上的概念不能涵盖生命的定义，我们就必须从更广泛的领域中寻找答案。
古希腊的哲学家倾向于把一切尚不了解的产生运动的原因称之为〃力〃。以后的学者们就借用了这个〃力〃的概念，研究了各种运动，如物理学中的〃引力〃、〃电磁力〃，化学中的〃亲和力〃等。他们的研究取得了很多成果，但是至今还没有弄清楚古希腊哲学家很早就提出的所谓〃活力〃或〃生命力〃是什么。中国古代的哲学家倾向于把尚不了解的产生运动的原因归之为〃气〃，生命被看作是〃气〃的活动。例如：〃人之生也，气之聚也，聚则为生，散则为死……故曰通天下一气耳。〃〃气〃也是不明确的概念，不同的学者有很不同的解释。其他与现代科学比较接近、有唯物主义倾向的观点如：〃人之生，其犹冰也，水凝而为冰，气积而为人。〃这里把生命的形成比作水结冰的过程，这种观点与现代科学的近似之处在于它强调了生命的有序性。也有把生命比作火的，如：〃人含气而生，精尽而死，灭也。譬如光焉，薪尽而火灭，则无光矣。故灭火之余，无遗炎矣；人死之后，无遗魂矣。〃这种观点则强调生命是一个物质代谢过程。由此可知，中国古代哲学家把生命看作一个物质运动过程，常把生与死联系起来讨论，这也是中国哲学思想的特点。
4．分子生物学观点
分子生物学产生后，人们开始从生命物质微观构成的共性来概括生命定义。根据分子生物学的研究，人们对构成生命活动的基本物质有了比较详细的了解。生命体的形状、大小和结构可以千差万别，但它们都是由脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）和蛋白质等大分子为骨架构成的。
DNA是由4种不同的叫作脱氧核苷酸的小分子（单体）按一定的排列次序组成的一条非常长的分子链，例如大肠杆菌的 DNA就是由约两千万个脱氧核苷酸分子组成的长链。在各种不同形式的生命体中，DNA相当于同样字母写出的长短不同、排列次序不同，因而意义也不同的书。RNA也是由4种不同的叫作核苷酸的单体连接而成的分子链。其情况与DNA相似，但链较短。各种不同形式的生命体中有着各式各样长短不一的 RNA。蛋白质是由20种不同的氨基酸单体按照一定次序连接起来的长链分子。各种不同形式的生命体中具有各式各样的单体排列次序的长短不同的蛋白质链，链的折叠、卷曲形状也各不相同。总之，各种生物的DNA、RNA和蛋白质都分别由4种脱氧核苷酸、4种核苷酸和20种氨基酸单体组成，也就是说它们都是由通用的〃元件〃组成的，这些核酸、蛋白质在各种生物的生命活动中所起的作用也基本相同。
第47节：一、生命解说（5）
由于DNA可以自身复制，因而使生命物质具有繁殖和遗传的能力；由于DNA能通过转录和翻译决定RNA及蛋白质的结构，从而控制了生物的形态结构和生理功能；而复制、转录及翻译这些过程又都需要蛋白质、酶及 RNA参与。这样，就有了一个分子生物学的生命定义：生命是由核酸和蛋白质特别是酶的相互作用产生的、可以不断繁殖的物质反馈循环系统。
分子生物学上对生命的这种说法是对生命物质的微观结构及其运动过程的描述。它概括了分子生物学的一些重要的理论突破，但仍然有一些界限不清楚的地方。自然界有一类东西称为病毒，病毒是由核酸链和蛋白质外壳构成的，单独存在时，好像是一种纯粹的化学物质，并可结晶，但一旦进入了活的特定的宿主细胞中，就可利用宿主细胞内的单体和能量的供应以及复制、转录和翻译的〃机器〃自我繁殖。近来又发现一些被称为质粒的物质，它更为简单，只是一些裸露的环状核酸，但可进出于活细胞之间，利用活细胞内的复制〃机器〃自我繁殖。此外，类病毒也有类似的情况。这些物质是否具有生命，目前还有争论。有人认为，只要能够控制自身繁殖和遗传变异并对进化力量独立做出反应的都应称之为生命。如果这样讲，那么病毒、噬菌体、质粒和类病毒之类的东西就都可划为生命物质。也有人认为，生命体必须能够独立自主地复制、转录、翻译和提供单体及所需的能源，而病毒、类病毒和质粒之类的东西是一种不完整的生命形态，它们都是寄生的，不能独立存在。但后一种观点也不能成为明确的生命定义的划分界限，因为生命体从来就不是一个孤立的存在物，它与周围环境以及与其他生命都有着不可分割的联系，这就使得什么是独立生活、什么是寄生生活失去了明确的意义，因此还需要从宏观的角度、也就是从生态学去研究生命观。
5．生态学的生命观
就已知的事实看，在太阳系内，生命活动只见于地球的生物圈内─由高约离地表20公里的大气层（当然不包括航天器中的生命），直至地下离地表十几公里的深处，这一相对说来不厚的空间构成。在生物圈内有的生命体具有叶绿素，可进行光合作用，称为自养生物，大部分植物、蓝藻和部分细菌都属于这类生命体；还有一些生物没有叶绿素，不进行光合作用，必须依靠摄取自养生物或其他生物为食而生存，称为异养生物，真菌、动物（包括人在内），以及大部分细菌属于这类生命体。生物圈中的无机物质，通过自养生物的光合作用进入生物体，以后部分通过自养生物自身的代谢活动而回到无机世界，部分为异养生物所摄取，通过代谢活动（包括呼吸、排泄等）又回到无机世界；而大部分植物秸秆和动物尸体最后都经腐生生物（异养生物）的降解作用而返回无机世界。这样就形成了生物圈内的物质运动循环。这种循环运动都是单方向进行，不可逆转。在这个循环运动中少了哪一环或哪一环不通畅，都会影响到整个生物界。没有自养生物或自养生物不足，异养生物当然难以生存；但只有自养生物，没有异养生物，大量有机物质积累后不能降解，也会阻塞自养生物继续生存的道路。
第48节：一、生命解说（6）
从物质的简单形式来看，例如在大气中的以二氧化碳形式存在的碳元素，经过自养生物的光合作用，与水化合成糖类进入生命体内，部分经过自养生物自身的呼吸作用，重新成为二氧化碳回到大气中；其他部分又被各种异养生物所利用，通过它们的呼吸作用，回到无机世界。这样就形成了一个碳元素的循环。这个碳元素循环在生命体中还必须与其他很多元素（如氢、氧、氮、磷、硫等）的循环通过化学反应耦合起来，同时也推动了这些元素在空间进行循环运动。在生物圈内，元素的循环运动网络中，有很多交点，这些交点所代表的生物个体的总和就是生物量。这种周而复始的循环运动，不仅在宏观的生物圈中存在，同时在生物体的微观运动中也是存在的。生态学把生命看作是上述生物圈中种种不可逆物质循环过程的中心环节，但它仅描述了生命的外部条件及其所处的地位，却未指明生命本身的质的特点。
6．生物物理学的生命观
生物物理学出现后，对生命的诠释开始着重从物质运动的一般规律上指明生命特征。我们知道，物质和能量是守恒的，地球与外界没有物质交换只有从太阳辐射得到能量，而又反射和辐射到太空之中。太阳辐射到地球上的能量与地球反射和辐射到太空中的能量相等。尽管地球的物质和能量都没有显著变化，但地球上各种元素由于与太阳辐射发生不同反应就可产生不同程度和不同方式的运动，即产生了上述的各种循环运动，这些运动导致了地球上物质的不均匀分布。因太阳辐射所造成的能量流动对地球的影响在一个长时期内是稳定的、有节奏的和有规律的，所以，地球上物质分布的不均匀性也是有节奏的和有规律的，这就产生了地球上物质分布和运动的有序状态。热力学第二定律用一个叫作〃熵〃的函数来衡量一个系统的均匀程度。一个孤立系统，即与外界没有物质和能量交换的系统，运动总使熵增加。当熵达到极大值时，宏观的物质运动就会停止，称为热力学平衡。此时系统处于均匀的、无序状态。地球不是一个孤立系统，而是一个闭系，即与外界只有能量交换而无物质交换的系统，它接受太阳辐射的能量，同时它又向太空反射和辐射能量。太阳辐射出来的能量使太阳表面呈高温状态（约5800℃），根据熵的定义，它处于相对的低熵形式。而地球向太空辐射的能量，由于地球表面温度远低于太阳，故处于相对的高熵形式。活的生命体是个开放系统，它与外界不仅有能量变换，而且有物质交换。所以，站在生物物理学的角度上来看，生命体实际上是从环境中取得以食物形式存在的低熵状态的物质和能量，把它们转化为高熵状态并把废物排出体外，从而保持自身的熵处于比环境更低的水平，也就是维持着自身的有序状态。
第49节：一、生命解说（7）
生命体的有序性从分子水平看就很明显。它们的大分子如核酸、蛋白质在各种细胞中都有一定的排列顺序，以至一个生态系统都有一定的空间结构。有序性不但表现在空间的分布上，也表现在生命体活动的规律上。它们都有一定的特性：生长、发育、生殖、衰老、死亡以及对外界刺激做出有规律的反应等。因此，用有序性来诠释生命的概念，似乎是比较完全的了。
但是，我们仍然有一个地方没有弄清楚。从热力学的观点来看，生命的有序性现象都出自太阳辐射的推动，但是太阳辐射仅仅是生命现象出现的外部条件，因为太阳系还有其他行星，它们都具备这个条件，但却只有地球上有生命活动，生命的出现必然还有它自身的因素。
7．对称性破缺导致的生命现象
根据近三十年来物理学、数学以及其他领域的研究进展结果，人们发现过去以牛顿力学为哲学背景建立起来的自然科学的思想基础（包括量子力学在内）都是有一定局限性的，都是以线性叠加原理成立为前题的，但是自然界的各种现象中很多都是非线性的，可以统称为非线性问题。简单地讲就是，一个系统的性质不同于它的组成部分性质的线性叠加，这个系统就是一个非线性系统。在过去，不论从数学还是物理学上都认为这类非线性问题很困难，无法解决。由于近年来计算技术的发展和数学、物理上的突破，出现了一大批研究非线性问题的理论和方法，如〃突变论〃、〃耗散结构〃、〃协同论〃、〃分岔理论〃以及〃混沌现象〃等等，这些理论虽然提法和解决问题的方法都不相同，但是它们都是针对动力系统的非线性问题而产生的。
当一个系统的变化属于非线性问题时，它的控制参数超过了某个临界值，就会出现〃对称性的破缺〃，一个均匀的、对称的系统就变为不均匀的和不对称的系统。物质在空间中出现了不均匀的分布也就意味着出现了结构。这种结构的形成和维持要依靠系统中各个组分及其与外界相互作用的非线性的性质才能实现。一旦各组分及其与外界的相互作用发生变化，它们就可能解体、消失，有人称之为〃耗散结构〃，因为它们的相互作用不断地耗散能量和物质。生命现象是一个典型的非线性动力系统，因此动力系统非线性问题的研究对生命的理解将有重要的贡献。
生命现象是一个不断地对称性破缺的过程。从分子水平上看，所有的核苷酸、绝大部分的氨基酸以及很多脂肪酸和其他分子都是〃光学活性〃分子，即只有手性分子的镜像的一面，它的镜像异构分子在生物体中却不存在。这个特性，从百多年前被巴斯德发现一直到现在，是唯一的有无生命活动的经验判据。这也可能是宇宙不守恒的对称性破缺的结果。这些分子的相互作用构成了一系列的对称性破缺，从而生成了有复制能力的对称性破缺的反应系统，从而导致生命现象的出现。
第50节：二、生命演化（1）
二、生命演化
1．100亿年前…生命物质
以前，人们认为地球在古生代才开始有生命存在，但是现在已经发现远在30亿年前，当地球还在幼年时期，表面受陨石撞击和火山运动而变得沟壑纵横时，地球上就已经有了生命物质。
关于地球上生命诞生的条件问题，我们可以从其他类地行星上不具备什么条件来得到反证。
第一，距离太阳的远近决定着行星表面的温度，例如水星向阳面的温度可以使铅熔化，而天王星表面温度�
