王立铭是科普界的明星,也是国内少有的、可以在科普科研间自由切换的优秀青年科学家。我之前已经读过立铭两本精彩大作(《吃货的生物学修养:脂肪,糖和代谢病的科学传奇》和《上帝的手术刀:基因编辑简史》),后来知道他在用心打造一本新著。之后又读到他精彩的新书书稿的后记,更加心急难耐。万幸近日从立铭处得到样书,遂一气读完。就是这一本我今天要谈的《生命是什么》。
生命是什么?如果是对“生命”这个概念的解释,那么这可能是我们能想象的最难回答的问题之一,学术界也的确没有统一答案。但如果这是个开放的问题,我们便可以在很多有趣的维度解释并充分演绎。立铭此书便是要以一己之力从多个维度提取出最重要而又互相承接的维度,并在20万字里把《生命是什么》以层层递进的方式解析。本书的主题比起立铭前两部书更宏大而深刻,所以我称之为“野心”之作。
生命是什么?
作者在开篇并没有尝试直接回答这个问题,而是把我们的视角转离地球,瞄向太空。他首先提出了一个全体人类都感到好奇的问题:外星生命是否存在?接连几个精彩的科学故事,从非常有说服力的“费米悖论”,令人遐想的“戴森球”,以及可以推算外星生命机率的“德雷克公式”,展示人类一直尝试用理性去想象外星生命的存在的模式。寻找外星生命,一个前提是我们要有能力分辨什么是生命?
这也是困扰美国航天局负责寻找外星生命的科学家的主要问题之一。这个问题自然而然引出了作者的创作主旨——生命是什么?
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。
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。
这部分,立铭首先提出了产生生命的物理先决条件——能量。
立铭的偶像之一,物理学黄金时代的代表,量子力学奠基人之一薛定谔在1944年发表的影响深远的科普名著《What Is Life?》(也是立铭本书取名的原因)里就提到,由热力学第二定律推论,在一个封闭系统中,熵只会增加,即变得无序。而生命是高度有序的系统,所以生命应以负熵为生,需要能量的摄入来维持稳定而有序的存在(注:负熵这个概念薛定谔本人后来也有修改,感兴趣的可以进一步阅读相关文献)。
这一推论显示出生命的基本法则不违背物理基本法则(实际上我们目前已知的所有生命的基本法则都不违背物理或化学的基本法则,不过迄今未止也没有任何一个物理学的理论能够把对生命的解释包含在内)。以此为引,作者请出了他非常喜欢的而且在书中非常不吝言辞赞美的ATP及其合成酶。这一部分立铭写的非常精彩,是本书的高潮之一。我不敢在此剧透,强烈推荐读者自己阅读体验。
解决了能量问题之后,想象力丰富的立铭随即把一个个精彩的理性科学发现和其浪漫的想象力结合在一起,构想出了生命诞生之初的“前生命”形式的几个可能版本(从1.0到4.0)。蛋白,DNA和RNA轮番登上舞台。他尝试从各个角度的可能性来探讨生命起源的可能途径。这一部分我们可以欣赏到立铭作为著名科普作家的功力。
生命诞生前的时刻对科学家来说都是神秘和晦涩的,立铭通过其丰富的想象力把各种可能性转变为在读者面前的一幕幕精彩文字影像。
所有上述的准备都是为了胞生命诞生的那一刻,这是一个可以自我复制其生命分子和个体的生命单位,一个活着的细胞。这应该是一个有能力把遗传信息传递到几十亿年之后的细胞,一个有能力转动进化之轮的细胞。
(从科学上来说,细胞学说的诞生(1839)远远早于DNA作为遗传物质的发现(1944),是第一个真正把所有生命都包含在内的学说。)可以说生命的诞生标志就是第一个细胞的诞生。在这个环节,立铭强调了细胞膜的产生是关键性的一步,因为这是把酶、遗传物质和其他生命必须分子聚集在同一空间的关键。
我个人认为,对第一个细胞的多种想象也是立铭可以进一步加以发挥的地方,可能因为篇幅原因,立铭并没有在此进一步打开其想象力的闸门。而随之而来的细胞的分工即多细胞生命的出现则是打开了生命爆发的闸门,这直接导致了更为复杂的生命以及具有高等智慧的人类的出现。作者称之为“君临地球”。
进化本身虽然并非是从低级到高级,但复杂生命的产生却是长期进化的结果。生命进化漫长的历史中最杰出的产物毫无疑问当属人类的大脑。至此,作为神经科学家的立铭用整个下半部进一步展示大脑的功能:感知、学习记忆、社交,并由此一直讨论到哲学上都极有难度的更抽象的概念:我,自由意志。从视觉的神经解码,到语言的生物基础,再到多重人格症以及人工智能,这些精彩的故事呈现出一个已经非常精彩且在未来会更加精彩的科学世界。
科学研究在带来新知的同时总是带来新的未知。曾经被生命科学吸引的物理学天才费曼戏言,在生物学领域,随便一个问题我们都没有答案,而物理学则是你要花相当多的时间才能找到没有解决的重要问题。这样的现状并没有改变太多,而立铭之后讨论的生命科学的已知和未知也会让读者浮想联翩,我想这部分对于有抱负的下一代科学家会有相当的吸引力。所以,读完本书,你可能找不到“生命是什么?”的答案,但你对“生命是什么?
”这一问题的理解定会有质的提升。
好科普难写,中文世界的原创科普可以达到英文优秀科普著作高度的更少。我个人认为,立铭的作品是中文科普世界里凤毛麟角的存在。这部书的架构和逻辑在英文科普著作里也少见,可见立铭对此做过仔细推敲琢磨。好的科普书重要的作用不是科普知识点,因为知识早晚变得陈旧,重要的是普及科学的思维和判断方式。
这一点读者应能从立铭讲故事的字里行间体会到,他总是努力地给读者展现精彩科学发现背后的内在逻辑,从推理到实验验证,丝丝入扣。
从行文风格也可以看出立铭是有人文情怀的作家,他的作品充满了积极对待未知世界的态度和一个更好未来的信念。这部作品的风格让我想起我最喜欢的法国科学大师、优秀的科普作家弗朗西瓦.雅克布(Francois Jacob,1920-2013,1965年因操纵子模型获诺贝尔奖)。他在1973年出版的科普著作《生命的逻辑》探讨的角度和思路与立铭本书有交相辉映之处。
立铭本书起名《生命是什么》,有向偶像薛定谔的《What Is Life?》致敬之意。薛定谔的这部名著启发了分子生物学时代的许多科学名家,最出名的当属DNA双螺旋结构的发现者之一沃森。我想,立铭花如此多心思打造这一本中文同名著作的“野心”也在与此,他一定希望本书能启发中国下一代科学家在青少年时代就能领略到真正的科学思维。我至今记得自己在年轻时阅读薛定谔这本著作时对科学产生的懵懂而向往的情愫。
我相信立铭也做到了这一点,因为即使中年如我,在阅读本书过程中脑子里也在不断蹦出新的问题:假设宇宙中另存一个物理上一摸一样的太阳系,该太阳系里的星球能进化出和我们地球一样的生命类型吗?人类出现在那里的机率是否可以通过德雷克公式推导出来?自称掌握了基因编辑这把上帝的手术刀的人类真的可以跳出自然选择吗?在生命产生初期,是否产生过不基于DNA传递遗传信息的生命形式而被筛选掉了?
最早的产生的细胞里的基因组到底有多大?进化论是否是放之宇宙而皆准的生命法则?
我不擅书评,立铭花两年打造的精品,也不是我一天写就的书评就能揭示其全部精彩的,之所以成此文是衷心推荐本书给各个层面的读者,此书老少咸宜,希望您有自己的收获。当然我尤其推荐给对科学感兴趣的青少年,我女儿就非常喜欢“戴森球”的故事。
我想,作为科普作家的立铭一定不止一次想象过这样的一天,一位中国科学家在斯德哥尔摩的领奖台上致获奖辞:“我踏上科学之路是因为小时候读的一部王立铭教授的科学名著,《生命是什么》。”