6.22 生物医学地理大发现:目标星辰大海

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“原始汤”卡通画

生命如何起源?这个问题其实远未达成基本一致。

  • 人法地、地法天、天法道、道法自然“天下万物生于有,有生于无”。这是中国道家哲学解释。

中国道家哲学系统没有认真描述生命起源,好像人就应该在那里,不怎么追究起源,只关心人间演化大道。这是一种非常智慧的观点。

老子《道德经》第二十五章、第四十章的这两个观点可以推论出中国原生哲学的生命起源观点。道德经第五章还有“天地不仁以万物为刍狗,圣人不仁以百姓为刍狗”的说法,这也反映了道家哲学并没有把生命乃至人的生命置于更高的位置。

中国古代神话有盘古开天、女娲造人的传说,后来结合传入的佛教中国也有了“三世说”的生命观。中国儒教讲究“敬天法祖”,有些类似“两世说”的生命观。当前人间世以“科学”名义流传的无神论和演化论生命观,是“一世说”。

  • 生命起源问题上,东方人很务实,既然生命已经在那里了,就好好过日子,不琢磨太多。西方宗教(尤其是传承自两希-希伯来和希腊-的宗教系统)更重视终极的起源,世界从哪里来?生命从哪里来?人又从哪里来?于是创世说和神造万物的思想理论占据主导。

本书不是研究思想文化和宗教内容的,关心生命起源是为了让人类自己的生命长度和品质得到升华。

用演化论解释生命起源,是科学给出的、目前的、最好的答案。演化论解释生命起源有两个:星辰、大海。

宇宙起源说

由于生命过于神奇,如果没有万能的神来创造,那么地球上自动演化出生命总是有些匪夷所思。于是假设地球上生命来源于外太空。近年经常有报道支持这个说法:

  • 陨石内含有氨基酸成分,而氨基酸是生命的第一道门槛和产生的必备条件;
  • 其他星球可能具有生命产生的条件;
  • 宇宙中小原子量元素分布很广,如氢、碳、氮、氧、硫、磷等生命必须物质。

人类怀着好奇心,努力探索地外生命,在茫茫的宇宙中寻找具有智慧的邻居。最近火起来的科幻小说《三体》就讲述人类招惹上三体文明的故事。

假设宇宙无限大,那么找到生命的可能就很大。虽然美国科学家费米的“费米佯谬”在某种程度上否定了地外生命,但却无法说服很多人。于是向星空寻找生命和生命起源(三体里提及的那个著名的SETI计划是现实存在的)就不可避免地长期持续下去。

还有一个风靡一时的生命起源说,也可以归入宇宙起源一类。

故事的主角是斯坦利.米勒(Stanley Miller),时间是1953年。这是一个奇迹之年,因为DNA结构也是这一年被发现的,斯大林同志也是这一年逝世的。米勒发明了一锅“原始汤”,用来解释生命起源。米勒本人直到2007年逝世,也一直认为他的那锅汤就是生命起源之汤。

米勒向大烧杯内加入混合气体和水,模拟他的地球大气的原始组成。他选择的气体是木星上的大气成分,包括:氨气、甲烷、氢气(科学家可以通过观测星星的反射光的光谱确定那颗遥远的星星上的大气成分)。米勒向这团气体和水里面放电,形成电火花,模拟闪电的效果,然后等待奇迹发生。

几天、几周、几个月后,米勒发现了奇迹:他的原始汤里出现了一堆神秘的有机分子混合物,还有好几种氨基酸,而氨基酸是蛋白质的组成部分,被视为生命的名片(注意那时候是1953年,DNA刚刚被发现,名气还不够)。米勒因为这锅汤,成了《时代》杂志的封面人物。

后来原始汤学说渐渐失宠,被质疑。质疑来源主要是:地球大气(原始地球)不是那种构成,与木星的大气成分非常不同;原始汤发生那些化学反应的热力学几乎不可能(好比一只猫在电脑键盘上划拉俩月恰好写出一部莎士比亚全集一样)。现在原始汤理论已经边缘化,但是作为名噪一时的生命起源解释值得被铭记。

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海底黑烟囱,最早被研究的热泉

海底热泉说

1977年美国海军潜航器“阿尔文号”降到深海裂谷,找到海底热泉口,在那里发现了丰富的生命。

这些生命足够复杂,而且它们生存不是依赖太阳的能量而是依靠海底热泉的能量。科学家们激动了一段时间,发现这个热泉还是不能满足生命产生的苛刻化学条件,随后又发现了“碱性热泉口”,在这里原来的热泉存在的问题都被解决掉,二氧化碳与氢的反应、直接生成有机分子、释放能量驱动其他有机化学反应。碱性热泉口具有极其丰富的微型空腔的表面结构,而且具有活性(由具有催化能力的硫铁矿构成),可以形成热梯度和化学梯度。因此,生命所需要的核心化学反应在这里都可以发生。

让科学家们确信海底碱性热泉是生命起源的最重要的发现是:三羧酸循环在这里可以建立起来。三羧酸循环是生命的能量通货腺苷三磷酸ATP循环的核心化学反应循环。就好像生命是奔驰的汽车,腺苷三磷酸酶循环就是汽车的发动机做功冲程,而三羧酸循环就是火花塞点火让汽油爆炸。

所有生命都共享同样的代谢反应内核,这个内核可以在海底热泉建立起来。其他生命产生的条件在海底碱性热泉都具备,于是伟大的自然演化导演了生命产生的过程。

于是海底热泉产生简单的生命,简单的生命变拥有DNA作为遗传物质、后来光合作用加盟了生命体、然后线粒体等移民搬进了细胞体内成为共生关系、真核生物发明了性行为作为演化的抗干扰和稳定剂、然后会跑的动物出现、视觉和眼睛这样复杂的器官演化出来、热血动物对比冷血动物取得巨大优势、然后产生意识和智能。到这里人类就登场了。但不幸的消息是:死亡似乎是演化的必须步骤,如果想对抗死亡,必须跟演化规律先作弊,然后再图扭转。

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生命演化过程中原始生命形态拥有更多共性

生命的一致性

生命虽然丰富多彩,却有着惊人的内在一致性:

  • DNA类遗传物质和蛋白质

除了病毒外,生命与DNA和蛋白质密切绑定。DNA是生命代码,蛋白质是生命的运行状态和结果

生物医学研究基因和蛋白质是学科根本。经常有人疑惑为什么总是看到科学家去研究简单生物。这是因为简单生物足够简单,却有着生命的全部基本特征,研究结果往往有普遍意义。

在DNA和蛋白质层面,生命从最低级到最高级表现出惊人的延续性和稳定性。有些基因和蛋白质是所有生命共有的,而我们却对之了解很少。

  • 生物化学核心反应

上文提及的三羧酸循环和腺苷三磷酸ATP循环对真核域生物是普遍共性;叶绿体也被认为是植物细胞的外来移民,叶绿体是绝大部分植物转化光能为生物能的唯一渠道,叶绿体内的两步化学反应在不同植物见没有多大不同;线粒体也是细胞的移民,线粒体内发生的ATP能量循环也极其普遍。不同分类的动植物都可以在本分类内找到一致的生物化学反应。这些反应越基本、越核心,就越趋近一致。

  • 新陈代谢

生物新陈代谢遵循一致的生物氧化还原化学过程。动物食谱复杂,却在能量代谢的末端被格式化成相对简单的模式。

人类新陈代谢过程已经逐渐清晰,因此那些宣传吃什么会有如何神奇效果的说辞越来越面临窘境。

  • 有性繁殖

性和有性繁殖是大多数相对高等生命的标配。通过性活动和有性繁殖生物获得演化优势。

  • 生命的核心利益

传递基因的拷贝,传递的越多越成功。

这是生命的核心利益吗?现在很多人认为从生物角度是这样的。可以把这个论断修饰一下:传递稳定、可持续发展的基因是生物的核心利益。

生命还有更多一致性的方面,生物医学关注生命一致性,希望找出更多共性,帮助人类从生物学维度真正掌控自己的生命。

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来一碗星辰大海的鸡汤

生物医学目标

生物医学的基础目标是帮助人类活得更长。

人类寿命的天花板亟需突破,不管是120岁,还是150岁,似乎都不是很大的目标。谷歌Calico公司宣称的500岁也许更值得期待。但生物医学的第一个小目标是初步解密衰老、逆转衰老,让人类平均寿命到100岁怎么样?

生物医学的进阶目标是让人们过得更好。

“没病没灾百岁而终”。虽然平淡却极其美好。病灾会让生活质量极度下降。抗衰老的真正意义在于给延长的生命和晚年生命增加舒适感和幸福感。生物医学现在为此提交的答卷是:基因检测、生活环境改善、提出保健和生活细节建议、早期预防疾病和衰老易感疾病、采用免疫疗法和干细胞疗法。

生物医学的高级目标是让人们想得更美。

还记得“生命逃逸速度”吗?复习一下。

  • 我计划在60岁的时候做一次奢侈的生物医学抗衰老;
  • 我比没有做这些抗衰老的同伴多获得了10年的“青春时光”,我愉快地继续工作10年;
  • 我70岁的时候又一次做了升级版的生物医学抗衰老;
  • 我比没有做这些抗衰老的更年轻同伴多获得了10年“青春时光”,我愉快地工作10年;
  • 如此往复。

这个十年一次抗衰老,跟生命作弊游戏就是“生命逃逸速度”游戏。是不是想得很美?这不是白日梦,有人已经决定付诸实施。

生物医学的目标不限于此,既然生命可能来源于星辰大海,那么生物医学的目标也应该是星辰大海。不是有大人物说过:梦想还是要有的,万一实现了呢?生物医学编织的梦想应该实现的几率比万一大很多。

6.生物医学:寻找上帝隐藏的生命之匙
6.22 生物医学地理大发现:目标星辰大海

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