作为吃货，你和科学家之间相差一个好问题！

福冈伸一：何谓生命

文/孙正凡

生命究竟是什么？对这个充满了哲学味道问题，生物学家进行了科学探索，发现了生命的基础运作机制，这有助于我们破解人类最久远的困惑，在认识自我，在身体与心灵上取得统一与和谐。日本学者福冈伸一的《生物与非生物之间》带你体悟生命的意义。

福冈伸一，1959年生于东京，毕业于京都大学。历任美国洛克菲勒大学和哈佛大学医学院研究员、京都大学副教授，现任日本青山学院大学教授，专攻分子生物学。

吃还是不吃

亚瑟·叔本华是19世纪德国著名哲学家，唯意志论的开创者，他认为世界是由意志决定的，世界本质就是某种无法满足的欲求。叔本华也是一个标准的“吃货”。有一天在饭馆里，一位邻桌的陌生人惊讶地看他吃饭，叔本华对他说：“先生，你大概是惊讶我的食量吧！是的，我吃得比你多三倍，但我的脑力也比你高明三倍以上。”

叔本华这样甩开腮帮子大吃大喝的形象，不同于古代传统的哲学家。东西方许多思想者不约而同地赋予“思考”苦修的姿势，他们蔑视身体，视肉体为达到超然思考的障碍。因此斋戒和禁食成为古代宗教信仰中常见的修行模式，吃或者不吃某些食物，成为信仰的重要侧面。道家更是渴望“采天地之精华”的辟谷之术。

但是我们要注意，这样的“身心二元论”，即肉体与灵魂对立的思想产生的年代，科学的触角还没有伸入生物学领域，对生命的本质考察还仅仅是一种人文思考。到了现代，“生命是什么”这个古老命题有了新的解答，这就是日本生物学家福冈伸一的《生物与非生物之间》所关注的大问题。

物理学与吃的道理

在20世纪30年代，量子物理学家薛定谔在演讲《生命是什么》以及后来出版的同名著作里，对生命的本质进行了深入思考。薛定谔的著作鼓舞许多年轻学者从物理学投身到生物学研究，其中就包括发现DNA双螺旋结构的克里克。

薛定谔提出，既然生命是以物质为基础的，所以生命现象同样必须遵循基础的物理法则。他举例说明，原子总是在做毫无规律的热运动，因此物质存在扩散现象，一滴墨水滴到水杯里，整杯水会变成均匀的浅色。最近生物学家在观察果蝇的发育过程时，发现当果蝇卵在逐渐变成蛆虫的过程中，从纺锤形的卵细胞团的头部那一端，会释放出一种特别的分子，像滴入水杯里的墨水一样迅速扩散。这种分子承担了指示细胞分化的功能，它从头向尾的纵向扩散使蛆虫具有了分节结构，向左右均匀扩散让果蝇具备了左右对称的结构。我们在中学物理课上学过的分子热运动现象，竟然就这样在生命最初阶段决定了果蝇——甚至可能还有我们的形态特征。

20世纪初，科学家们仍倾向于把生命看作一架复杂的机器，要维持机器的正常运转，就需要给它提供足够的原料和能量。薛定谔指出，热运动扩散现象导致的无序，意味着生命最终会死亡，而为了维持生命，我们的细胞进行生长复制，修复伤病，都需要从外界吸收能量来做功，以抵抗无序倾向。所以跟“辟谷”梦想相反，一句俗话更反映了生命的基本需求：“人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌。”看来叔本华的“吃货”形象，只不过生命基本需求的反映。

食物如何变成“我们”

薛定谔可能也没有想到，在19世纪30年代，已经有生物学家应用物理学的新发现在研究生命活动过程了。为了逃避纳粹对犹太人的迫害，鲁道夫·舍恩海默从德国移民到了美国，在哥伦比亚大学工作。1935年，他利用含有放射性同位素氘（原子核里含有1个中子的氢）的脂肪，研究动物体内脂肪贮存和代谢情况。

此前的观点认为，我们身体把脂肪贮存起来，优先消耗摄入的脂肪。舍恩海默的研究却发现，4天过后，动物体重没有变化，体内的一半脂肪有了放射性氘，这说明动物把新摄入的脂肪贮存起来了，而原来贮存的脂肪被快速分解利用。换言之，动物体内的脂肪并不是静止的，而是快速流转。接下来他又用氮的重同位素标记了亮氨酸（一种氨基酸），3天之后的检测表明，这些组成身体基本组分的氨基酸也存在同样的情况，新摄入的氨基酸又有一半进入了身体各部分的蛋白质中，旧的蛋白质被分解排出体外。他进一步的检测还表明，亮氨酸在动物体内已经分解和重组，转化成了其他种类的氨基酸，这个发现又更新了生物学对大分子代谢的认识。

舍恩海默的研究表明，我们的身体并不是简单地贮存物质，而是随时在进行物质的更新换代，新摄入的分子被分解、重新组装，旧的分子被分解消耗。物质就像流水一样，从身体里“流过”。这意味着，只要过一年半载，虽然我们的外形外貌变化不大，但在分子层次上，组成我们的身体的那些物质早已更迭。

这也说明了为什么长期饥饿会带来生命危险，而且危险并不来自能量：脂肪可以短时间贮存，作为身体基本成分的蛋白质却随时都在分解，会消耗殆尽。所以对于素食主义者来说，由于缺乏肉食的蛋白质营养，更需要注意通过豆类摄入足够的蛋白质，“蛋奶素”则是更好的选择。

生物学揭示的生命意义

作为生物学家，作者福冈伸一教授也拥有活跃的思维。在这本书中，他记录了“生物学实验狗”的艰辛，也讨论了生物学家之间正当和不正当的竞争，比如 “双螺旋发现”这个科学史公案各方当事人的深度八卦，让我们在阅读过程中不时会心一笑，科学家们也是具有七情六欲还有小心眼的普通人。

当然，其中给人印象最深刻的，还是作者带我们思考“生命是什么”的重大问题。

自从沃森和克拉克揭示了DNA双螺旋结构之后，分子生物学成了主流，正如福冈教授所说，“生命的钥匙就在其中”。DNA可以由四种碱基A、T、C、G表示，三个碱基组合对应一种氨基酸。在消化系统中，我们吃进去的食物被分解成小分子，组装成氨基酸，它们进入细胞之后，DNA机器又负责把氨基酸联合组装为蛋白质。

福冈教授曾经在哈佛大学医学院做研究，研究对象是GP2基因，这种基因对应的蛋白质对动物细胞膜有重要意义。研究的方式是从小鼠的基因中敲除GP2基因，也就是培育不带有GP2基因的小鼠，理论上来说，这样的小鼠胰脏细胞膜会出现严重异常，带来严重的糖尿病。福冈所在的研究组花费了巨额资金，成功培育了GP2敲除小鼠，核算下来每只小鼠花费高达4万元，但是意外出现了——小鼠的生命活动完全健康，它们的胰脏细胞也没有丝毫异常！

这次实验失败了吗？并非如此，在科学实验中出现“零”结果同样具有重要意义，甚至这样“意外”的结果更能说明深层次的问题。福冈伸一由此发现，我们需要修正生命本质的概念。生命不止是具有自我复制功能的机器，它更是动态平衡的过程。在DNA中存在大量“沉睡基因”，它们曾经被称为无用基因（在人类基因组中比例高达98.5%）。但生命成长过程中，从受精卵开始的发育过程，每一步都是动态平衡的，这意味着生命体带有强大的自我修复功能。当生物学家们敲除某个基因之后，有些基因的功能无可替代，会影响生命体的健康甚至生存； 而GP2这样的基因虽然被敲除了，但发育过程的路线图也因此被改变，可能某些具有替代作用的“沉睡基因”被唤醒，从而修复了GP2基因对应的功能。

福冈教授把生命体视为不可逆的时间洪流中的折纸作品，这个作品一旦被折叠起来之后，就无法拆开。我们虽然理解了生命现象中的许多重要问题，但恐怕还有更多问题是未解之谜，甚至连问题本身也尚未发现，这一切都证明了一件事——人类不可能像操纵机器那样操纵生命。对于致力破解生命奥秘的人类来说，研究才刚刚开始。

从博物到科学、从物理到生物

福冈伸一在序言中，回忆了少年时酷爱抓鱼捉虫，梦想着成为法布尔。到了大学时代，由于对“生命的机制”的好奇心而成为分子生物学者。后来到美国洛克菲勒大学、哈佛大学医学院做研究，又回到日本任教。

虽然经历了漫长的“实验室苦力”生涯，但他始终没有放弃对重大问题的思考。书名《生物与非生物之间》就是一个科学史上的重大问题。我们都知道的名词“无机”“有机”，标志着科学家曾经认为在无机物和有机物之间有森严壁垒，但生物化学的发展让科学家发现这个界限其实是模糊的。通过化学手段，我们可以人工合成具有生物活性的物质，比如中国非常有名的牛胰岛素的合成。

有些界限依然森严。比如生命是如何起源的，至今我们还没有接近的答案，科学家们也从来没有凭空制造出生命。这就像作者在大学里的第一堂生物课，老师问：“我们能在一瞬间判断出眼前的东西是生物还是非生物，那么判断的标准是什么呢？生命到底是什么？”这些问题的答案依然是科学地平线上不可企及的远景目标。

这正如薛定谔在《生命是什么》中的预言，尽管生命活动受到基础物理定律的约束，但由于结构的不同，大量原子分子组成的生物有不同于物理学的规律，生命存在的条件和方式决定了很多生物学规律是无法被归结简化为物理学基本定律的。事实上，构造变化和复杂程度每增加一步，其中起作用的规律可能都是有差异的。

正是对其中规律性认识的逐渐深入，在物理、化学等学科的介入之下，古老的博物学逐渐升级为生物学，生物学逐渐分化为分子生物学、发育生物学、演化生物学等各个分支，它们各有各的研究方向，又相互交叉渗透。

物理与生物之间、分子与生命之间、生命与环境之间，这些复杂关系保持微妙的平衡，构成了如此丰富如此美好的世界，或许这才是促使我们跟科学家一起沉思“生命是什么”这个重大问题的原因吧。

作者简介：孙正凡（@松鼠老孙），天体物理学博士、科学松鼠会创始会员、中国科普作家协会会员、曾任第六版《十万个为什么》编辑。对中西方文化比较、科学发展及其对人类文明史的影响，有独到的见解。已翻译科普书十余本，举办科学讲座近百场。现居上海，从事科学传播、科学亲子教育。

生物与非生物之间