绪论

生命现象的复杂性VS生命本质的统一性

楼台听雨，水流花开，红尘经世，松针煮茶，诗酒趁年华，这是多么美妙的图景。不过，如果抛开诗和远方，历经四季变换，花开茶熟却无法永恒，因为它们是生物；而溪水和楼台却能经受千古沧桑，因为它们不是生物。那到底什么是生物？大多数人对于这个问题，都有一种“我虽然说不出，但是见了就知道”的感觉，而要准确地说出到底什么是生物，就需要从纷繁复杂的生命现象中总结生命的本质。

生命现象极其复杂，关于这种复杂我想用“多样”“例外”“涌现”这三个词来解释。

多样。目前，地球上已经被定义和命名的生物已经超过百万种，然而全世界仍然有大量的生物未被定义和命名，甚至尚未被人发现。生物有动物、植物、真菌，还有原核细胞和真核细胞，按照分类学家林奈的划分方法，它们可以被划分为“界、门、纲、目、科、属、种”。这些生物有的生活在海洋里，有的生活在陆地上；有的能自己给自己制造能量，有的靠捕食其他生物为生；有的能飞翔，有的能游泳，有的能奔跑……各种生物在结构、功能、行为、生活方式上都各有各的特点，大自然千奇百怪，丰富多样。

例外。下面几幅图片中，左上图是捕蝇草，虽然大多数植物靠光合作用产生自己的营养物质，但捕蝇草也能以昆虫为食。右上图是绿叶海蛞蝓，我们一般认为植物和某些藻类能进行光合作用而动物不能，但是绿叶海蛞蝓（海蛞蝓的一种）作为一种动物却能够进行光合作用。左下图是海豚，它们生活在海洋里，通常我们认为生活在海洋里的都是鱼类，但海豚却是哺乳动物。右下图是大肠杆菌T2 噬菌体，它们连细胞结构也没有，自己不能繁殖，必须侵入宿主细胞才能复制，那它们到底是不是生物？了解了这些知识之后，你是不是不再那么笃定自己对于动植物的判断了呢？你是不是也突然不太确定生命的界限了呢？

涌现。生命的复杂性会自发涌现。这句话比较抽象，举个简单的例子，将咖啡和牛奶混在一起的时候，会形成很多花纹，而且随着时间的推移，这些花纹会越来越多，越来越复杂，这就是复杂性自发涌现的结果。自然界也是这样，单只行军蚁是很简单的生物，如果将100只行军蚁放在一个平面上，它们只会不断绕圈直到精疲力竭，然后死去。但是，如果将上百万只行军蚁放在一起，它们就会组成一个整体，形成一种看起来具有很高“智慧”的超级生物体。大脑也是这样，单个神经元细胞是不会产生“意识”的，但是，将成千上万个神经元连接在一起的时候，人脑就会产生记忆和意识，这就是“涌现”带来的神奇力量。

这些复杂多样的生命现象，让我们在理解“生物”这个概念时感到较为困难，那这些现象之间有没有什么共同之处呢？我们能不能抽丝剥茧，从纷繁复杂的事物表象中找到相似的性质呢？当然可以，生命虽然表面上看起来异彩纷呈，但在本质上又具有高度的统一性。

分子层面上的统一性。无论什么生物，它们都是由一些基本的化学元素，比如碳、氢、氧等共同组成的，这些元素会组成无机物（如水、无机盐）和有机物（如蛋白质、核酸、糖类和脂质等），这些物质共同构成了生命。在所有生物中，DNA都是遗传物质（部分RNA病毒除外），是由脱氧核糖核苷酸连接形成的反向平行的双链；蛋白质都是生命活动的承担者，生物长什么样子都是由蛋白质体现出来的，而蛋白质也都是由氨基酸通过脱水缩合形成的。无论是微小的细菌，还是很大的大象，抑或是我们人类，所有的生物都以ATP（腺苷三磷酸）为直接能源物质，为生命活动提供能量。这是在分子层面上的统一性。

细胞层面上的统一性。绝大多数生物体都是由细胞组成的。细胞是组成生物体结构和功能的基本单位，像草履虫、变形虫、细菌等生物是由单细胞组成的，因此叫作单细胞生物。除此以外的生物都是由多细胞组成的，叫作多细胞生物。无论是单细胞生物还是多细胞生物，虽然在不同细胞的形态和功能上存在一定差异，但其基本结构大都是由细胞膜、细胞质和细胞核（或拟核）组成的。

除了单细胞和多细胞的分类方法，还可以根据有没有细胞核把细胞分成原核细胞和真核细胞，像细菌一类的生物的细胞是没有细胞核的，被称为原核细胞；植物、动物、真菌等生物的细胞是有细胞核的，被称为真核细胞。真核细胞里面有很多相同的细胞器，比如内质网、高尔基体、核糖体，这说明在真核生物之间也具有统一性。

细胞是生命系统结构层次的起点，从细胞开始，生命系统展现出从小到大的空间结构层次，即一个个细胞形成了组织，比如肌肉细胞形成肌肉组织，神经细胞形成神经组织。组织联系在一起又形成了器官，比如我们人体有肝脏、胃、胆囊等器官。器官联系在一起又形成了系统，比如运动系统、呼吸系统、消化系统等。人体共有八大系统，这些系统相互作用，构成了人体这个个体。很多人在某个地方聚集就组成了人群，成都大熊猫基地所有的大熊猫构成了大熊猫的种群。大熊猫吃竹子，大熊猫、竹子和成都大熊猫基地的其他生物就组成了群落。再加上这些生物生活的环境，就共同组成了生态系统。整个地球就是最大的生态系统，叫作生物圈。细胞 → 组织 → 器官 → 系统 → 个体 → 种群 → 群落 → 生态系统，每一个层次都有它们自己的结构和功能，而每一个层次之间又相互联系、相互依附，组成了一个和谐的整体。

身体结构上的统一性。天上飞的蝙蝠的翼手、鸟的翅膀，地上走的人的手臂，海里游的海豚的鳍肢，这些器官从外形上看起来一点都不一样，而且它们的功能也不同，有的用来飞翔，有的用来劳作，有的用来游泳。但是如果仔细研究它们的结构模式，会发现它们的骨骼组成类型很相似，肌肉和血管的构造也很类似，而且从胚胎学上来讲，它们都是从相同的组织发育而来的。所以，彼此不同而又相似的物种，由同一祖先发展而来，遗传和进化使所有的生物保持某种结构和功能的统一模式。

生命特征的统一性。除了在空间结构层次上的相互关系，我们也可以从时间层次上了解大自然40亿年的造物奇迹。假设你回到了40亿年前，在地球海底的热泉口观察生命的诞生，你会发现从单细胞生物到多细胞生物的所有生物都需要完成两件事情，一是新陈代谢，二是自我复制（或者叫作繁殖）。新陈代谢和繁殖是生命最重要的两个特征。

先看新陈代谢。只要活着，生物就要从外界获取营养物质并转化成自己的成分（同化），同时还要将自己体内的营养物质分解产生能量（异化），这样才能保证正常的生长发育过程。各种来自不同生物、拥有不同功能的细胞里面主要的代谢途径如糖酵解、三羧酸循环等过程居然是一致的，这是生命让人惊叹的地方。

再来看繁殖。基因是“自私”的，《自私的基因》一书中有这样一个观点：“生物只是基因传播的载体”。换句话说，我们可能只是被基因操纵的工具，而所有生物存在的意义就是要让基因传递下去，这种传递的手段就是自我复制（繁殖）。所以，繁殖是一切生物存在的最重要使命，只有通过繁殖把自己的基因传递下去，这个物种才能保证自己在严酷的自然选择中不被淘汰，才能世世代代地传承下去。

信息传递的统一性。在生物体内，有这样一条信息流，被称为“中心法则”：在细胞内，遗传信息从DNA向RNA传递，再从RNA向蛋白质传递，从而完成遗传信息的转录和翻译过程。在翻译的过程中，所有生物共用一套遗传密码，某个密码子一定对应着相应的氨基酸—这正是我们现在能用细菌来制备人类胰岛素的原因之一。除此之外，信息也可以从DNA向DNA传递，完成DNA的复制过程。这是所有具有细胞结构的生物所遵循的法则。在某些病毒中，RNA可以完成自我复制或者逆转录形成DNA，这些是对中心法则的补充。

生命系统是物质、能量、信息的统一载体。物质、能量、信息是任何一个自动控制系统所不可缺少的，细胞、人体、生态系统这些生命系统都不例外。生命是由水、无机盐和生物大分子组成的高度有序的动态体系，能量是推动生命体系的物质运动和保持有序状态的动力，信息传递是维系生命体系的调控机制。例如，细胞中的线粒体能够将有机物中的化学能释放出来，为细胞的生活提供动力，而细胞核中的DNA决定了化学能释放的时刻，它会发出一系列的指令，也就是信息，来精细地指导和控制其中的物质和能量变化。再如，在人体中，我们通过吃饭和喝水吸收物质，将物质转化成为体内的能量，将其中大部分能量转化成热量来维持我们的体温，另一部分能量供我们活动、思考，还有一部分没有用完的能量就在身体内储存起来，以备不时之需。生态系统能量流动顺着食物链的方向进行，碳、氮等物质在生物界和非生物界中不断进行循环，蜜蜂的舞蹈传递着信息，鸟类百转千回的鸣叫也传递着求偶的信号。

所以，虽然生命现象纷繁复杂，但是从微观的分子细胞层面到中观的个体层面再到宏观的生态系统层面，在本质上都具有惊人的一致性。只有在了解了生命的本质之后，我们才能更深刻地理解生物学这门学科。