网上有关“生命的本质是什么?”话题很是火热,小编也是针对生命的本质是什么来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-479.html?寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。
您应该知道关于生命的定义很多,有生理学上的、遗传学上的,等等等等。不过,我认为最科学的是薛定谔于上世纪50年代在《生命是什么》一书中提出的观点:生命是一个热力学意义上的开放系统,它依靠从外界吸收低熵的物质(如食物),将其转化为高熵状态(如二氧化碳和水)排除系统外,从而维持自身的熵越来越低。
简单地说,就是:生命是负熵。从这个观点出发,我们吃饭,更多的是为了获得负熵,而不仅仅是获得能量。薛定谔作为一个研究物理出身的人,看生物问题往往视角特别独特。
我倾向于这个定义是因为,它高度概括了生命的最基本特征,并且还可以对可能存在的其他形式的生命也作出定义。比如,地球上的生命都是有机的,但可不可能存在无机的生命呢来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-877.html?如果我们发现外星人,它们不一定非得是有机的,那么共同点就应该是都有负熵。也就是说,我们不必局限于生命一定得是有机的来源:https://yz66.net/cshi/202501-2461.html。而且,定义中的“熵”,也不一定非得是热力学上的熵,可以是其他形式的熵,比如信息论里不就有一个“信息熵”吗?这样,符合上述定义的一个信源也可以认为是生命。
当然,这样定义的缺陷也显而易见了,就是太过于宽泛,远远超出了现在生物学的研究对象。这也是它最大的争议之处。
另外,薛定谔的这个定义吸引了一批物理学家、数学家的理论上的探讨,形成了“耗散结构论”。所谓耗散结构,就是一个远离平衡态、熵不断减少的开放系统。目前发现,耗散系统一般都有自组织行为,换言之,薛定谔的这个定义已经把生长、发育、生殖、遗传等特征包括进去了。不过这个证明过程比较复杂,在这里也不好讲清楚,具体可以参考耗散结构论的有关书籍。
您可以在图书馆里查阅有关资料,如《非线性科学与复杂性科学》《耗散结构论》《协同学》《生命是什么》(薛定谔著)《混沌生物学》等。我不知道您主攻的是生物学的哪一个方面,不过这些书可以使您对生命科学产生全新的认识,如果您还没有了解这些知识的话。
另外补充一点,薛定谔的这个定义目前争议还是很大的,不过影响也很大。上世纪70年代左右诞生的新三论——耗散结构论、协同论、突变论(区别于老三论,即诞生于上世纪40年代的信息论、控制论、系统论)——都或多或少地和这个定义有关。从新三论发展而来的非线性科学和复杂性科学更是现在整个科学界非常重大非常热门的交叉学科问题。建议您了解一下。
不妨谈谈我对其他生命定义的看法,当然只是个人的。
目前教科书上最完整的生命定义是要符合6个条件:1、有共同的物质组成(核酸、蛋白质等)和结构(一般指细胞结构);2、有新陈代谢;3、有应激性;4、有生长、发育、生殖现象;5、有遗传、进化现象;6、能适应环境、改造环境。不过我认为,一个科学的“定义”,其内部各个条件应该相互独立。即,如果定义满足条件1、2、3的叫A,那么1、2、3中任何一条不能被其他一条或几条推导出来。比如,三角形的定义是“三条线段首尾相连组成的图形”,那么我们没有必要定义成“三条线段首尾相连且内角和为180°的图形”,因为后一个条件可以被前一个推导出来。
以这样一个观点来看这个教科书上的生命定义。首先,条件1就值得怀疑,因为它直接导致了病毒是不是生命这样一个现在都还在争议的问题。魏泰克的五界分类系统里就没有病毒的位置,虽然我还是支持病毒是生命的。而且以后要是发现了没有细胞结构或者没有核酸蛋白质等又很像有机生命、能生长发育遗传的物体,那唯一的办法就是修改定义的。这样的话,这个定义很狼狈。而且这个定义有很浓厚的描述性生物学色彩,而描述性生物学,一般很难深入生命本质进行研究。
条件2我认为还是很重要的。但条件3“应激性”我怎么想都觉得可以从新陈代谢推导出来。新陈代谢其实就是自组织的具体表现,那么应激性应该就很自然了(理由好像不太充分)。条件4“生长发育”的基础是新陈代谢,貌似也可以推导。遗传的基础当然也是新陈代谢,但是如果要推导似乎没有前面几个那么容易,可以保留来源:https://www.yz66.net/cshi/202501-3141.html。条件6“适应环境、改造环境”我觉得完全可以从前面推导:有了遗传,进化就很自然了;有了进化,适应环境就很自然了;生命作为环境的一部分,自己发生变化,环境自然也变化,也就改造环境了。所以这一条可以删掉。
后来我又看到一个定义,只有3条:1、有一个明确的边界可以区分生命部分和非生命部分;2、有新陈代谢;3、有生殖、遗传现象。这个简洁多了。
再后来,就看到薛定谔的定义。我觉得,用数学的方法,从薛定谔的定义出发,可以推导出教科书上的6个条件。所以,我倾向于薛定谔的定义。
生命是怎样诞生的?
宇宙的螺旋
在较为温和的天气现象中可以看到促使螺旋形成的力,这种力使赤道以北的低压系统逆时针自转,南半球的情况则正好相反。人们通常都认为,就连抽水马桶的漩涡也是相似原因形成的。
对于航空公司来说,事先考虑到科里奥利效应当然很有必要:一架试图按直线从欧洲飞往美洲的大型喷气式客机最终很可能会令人难堪地降落在目的地以北2000英里的地区。避免飞机在北极圈着陆的唯一办法就是按照能够补偿地球自转效应的螺旋形路线前进。
一级方程式赛车手们也懂得利用螺旋形的好处。对行车路线的研究表明,像杰基.斯图尔特这样的世界级选手都按照弧形路线前进,因为弧线使他们能够在尽量少减速的情况下通过转弯处。这样,他们就能够加大进入和驶出的速度。
然而,从解开螺旋之谜中受益最大的还是科学家。16世纪的天文学家尼古拉斯.哥白尼向世人表明,最能解释火星、木星和土星有时出现“翻筋斗”式螺旋(这种现象称作逆行运动)的是地球围绕太阳运动,而不是相反。
地球上最壮观的螺旋也是最不受人欢迎的螺旋:飓风。飓风典型的螺旋形状可以蔓延数百英里,再加上140英里的时速:其毁灭力相当于10万颗原子弹。这可怕的力量一部分来自太阳的热,后者加剧了热带地区的蒸发作用,使大量热能进入大气层。但是,飓风的螺旋形状却来自科里奥利效应:地球的自转力往往使所有物体朝同一个方向运动。在热带,距赤道越远,科里奥利效应越强;这种效应把新形成的飓风变为乌云、狂风和暴雨组成的浓密螺旋。
维多利亚时代的天文学家发现,水星的整个轨道都围绕太阳运动,每300万年就形成一个巨大的螺旋:爱因斯坦利用这一发现向世人表明,牛顿的万有引力定律包含着一些小小的错误,只有他的相对论才能修正这些错误。
从宇宙的范围看,天文学家们希望弄清为什么80%的星系都是螺旋形。显然,无所不在的引力起到了关键的作用,但到底它是怎样把灿烂的星系雕刻成美妙螺旋的呢? 这仍旧是个谜。
植物的螺旋
许多植物属于另一些更为复杂的螺旋结构。它们(从松果到菠萝)的茎、皮和子实都显示了奇特的螺旋规则,这些规则在数学上极为精确。例如,向日葵的种子都按螺旋形排列,一些呈顺时针,一些呈逆时针。
植物学家发现,在自然界中,这两种螺旋结构只会以某些“神奇”的组合同时出现。比如,21个顺时针,34个逆时针,或34个顺时针、55个逆时针。有趣的是,这些数字属于一个特定的数字列:斐波纳契数列,即1,2,3,5,8,13,21,34等,每个数都是前面两数之和。
而螺旋线可以在你的花园里找到,比如一些爬藤植物。但是,这些生物是怎样喜欢上数学的呢?对于爬藤植物来说,亿万年的进化使它们呈螺旋形生长:它们在抓住其他结构的同时尽可能使自己多接触阳光。对于菊石来说,它们的外层生长得十分缓慢,这使它们在盘曲的同时稳步增大中心与边缘的距离。
植物怎么能“知道”这个深奥的序列呢?科学家为此苦苦思索了几个世纪。迄今为止最好的解释是1992年由两位法国数学家伊夫·库代和斯特凡尼·杜阿迪提出来的。他们证明,斐波纳契数列使花朵顶端的种子数最多。
动物身上的螺旋
这些螺旋也是自然界中最普通的螺旋。例如,6500万年以前和恐龙一起灭绝的海洋生物菊石就是属于阿基米德螺旋。另一种螺旋称作对数螺线。菊石的现代亲戚、生长迅速的鹦鹉螺,其外形就是一种巨大的对数螺线。
生命的螺旋
将近半个世纪以前,探索生命之谜的科学家发现了所有螺旋中最著名的一个:DNA的双螺旋结构,也就是人体每个细胞内部的复杂的遗传分子;这些分子中的代码包含了建造、控制、维持生命机体所需的一切信息来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-724.html。
X光技术显示,DNA分子是一种呈螺旋状的阶梯结构,阶梯的“栏杆”由碳水化合物和磷酸盐构成,“台阶”则由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶(简称A、T、C、G)四种基本的化学物质结对而成来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-751.html。每个台阶都由同样的化合物组合而成:A永远与T相配,C则永远与G相配。
科学家已经发现,这种搭配方式能够使DNA修正关键遗传信息中的缺陷:如果附着在DNA一条单链上的四种化合物之一有缺损,检查另一条单链上与之配对的化合物就可以将缺损化合物识别出来;于是,细胞复制出一个新的拷贝。从而减少了畸形的发生。
阿基米德螺旋 来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-638.html
大约在2300年以前,古希腊时代最伟大的数学家阿基米德第一个发现了螺旋的能量和魔力。他在古代最出色的数学著作之一中解释了这种结构的特性,他的名字因此与两种螺旋永远连在了一起。
阿基米德表明,他的第一种螺旋能够用来解决一些长期存在的数学难题,但另一种螺旋却有更多的实用性。这种称作阿基米德螺旋泵的东西是一种围绕一支圆筒向上的结构。这种在技术上称作螺旋线的形状构成了著名的阿基米德升水泵(一种内装螺旋“线”的圆筒形汲水装置)的核心。这种水泵今天已得到广泛使用,而螺旋线则有了其他许多实际用途,包括钻头、螺栓和螺丝钉等来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-768.html。
这里只是将自然界的螺旋现象提出来并显示给大家,其中有些问题的有了初步的答案,还有一些没有研究清楚。一些最伟大的科学家都对解开螺旋的存在之谜兴趣十足,这项工作为地理学和遗传学等各个领域的突破开辟了道路。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-392.html
伴随着人们对宇宙形成之谜的探索,人们同样也在不断探索生命是如何诞生的。“先有鸡还是先有蛋”的讨论,实际上也就是探讨生命起源之谜的尝试。
据天文学家说,地球是在46亿年前从太阳诞生后的残余物中形成的。据推测,当地球成形后,其表面仍然保持融熔状态达6亿年之久。地球内受地核加热,外遭小行星撞击,致使温度升高,水沸腾化为蒸汽。过了相当长的一段时间,残余的小行星逐渐在轨道上安定下来,小行星撞击变得稀少了,这时,碳、氮、氢和氧的各种化合物开始“化合成氨基酸和其他构成生命的基本化合物”。诺贝尔奖获得者克里斯蒂安·德·杜弗在他的《至关重要的尘埃》一书中写道:“这些化合物随着降雨、彗星和陨石散落在毫无生命的地球表面,形成一张有机物之毯。”这个富含碳的薄层又受到地球和坠落在地球表面的天体的“搅拌”,并遭到强烈的紫外线辐射。由于有地球大气的阻挡,今天的紫外线辐射比当初要微弱得多。这些物质最终流入大海。著名英国科学家霍尔丹在他1929年的一篇论文中形象地形容其为“原始海洋成为一锅热汤”。这个过程的主要副产品是一些棕红色的黏稠的东西,被命名为“黏性物”或“黏泥”。
那么生命是如何从像热汤一样的海洋和许多无处不在的黏泥中产生的呢?
因为生物分子,如蛋白质和核酸等是生命之本,它们比较脆弱,在低温下可以存活很长一段时间,所以化学家始终坚持认为生命应该起源于低温,甚至是像木星卫星零下很多度的冰冷环境中。但是人们在火山口附近发掘出来微小的线状生物的化石,可见构成这种生物的原料也应该来自火山口附近。事实上,现在在火山口和温度高达110℃的温泉里仍然活着最古老的细菌。这些古老火山细菌的存在强有力地支持了生命起源高温环境说。
探索生命起源的两个主要研究领域都存在较大的问题。不仅仅是生命最早开始出现的年代被一再往前推,以至于似乎没有足够的时间来发生创造生命的化学变化,而且那些化学反应本身也存在着许多谜。
新的问题犹如乌云遮蔽了生物进化图景,这个图景曾经在“种系树”上似乎是如此清晰。进化的种系树是达尔文在19世纪为了表示动物群的演化史而提出来的。种系树反映了生物的进化史,人们可以沿着它的枝干追根溯源。第一张复杂的种系树图谱是德国博物学家恩斯特·海克尔绘制的,他同时还创造了“生态学”这个词。DNA的发现使人们不仅可以绘制出动物和植物的种系树图谱,而且可以绘制出构成动植物的生命体的遗传物质的种系树图谱,它能使我们更深刻地理解生命的进化过程。为了绘制这些种系树图谱,研究者利用了一种比较测序的方法,首先测定一种生物体中组成核酸或组成蛋白质的氨基酸的分子的排列顺序,然后把它与另外一种生物体进行比较。利用这种技术,有可能发现种系树上的两根细“枝”的距离究竟有多远,并揭示出引发种系树“分出枝丫”(因为生物体的进化或突变)的机制是什么来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-396.html。
20世纪70年代后期,伊利诺伊大学的卡尔·沃斯把比较测序方法应用到存在于所有生物体的RNA分子上,结果得到了一张比以前所猜想的要复杂得多的种系树图谱。
这棵种系树有三个明显的分支,描绘了三类基本的生物体:原核生物、古菌和真核生物。原核生物是细菌类的微生物,古菌是由沃斯提出的新的分类,它是第二组通常可在非常热的地方如滚烫的温泉发现的细菌类有机体。真核生物是具有大细胞的生物体,细胞中有一个与周围环境隔开的细胞核。真核生物包括所有多细胞生物体如动物和植物,当然也包括人类。来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-1075.html
从20世纪80年代早期开始,随着这三类基本生物体的越来越多基因被解码,问题出现了。除了沃斯最初的蛋白质模型外,这些基于基因组的三类基本生物体的种族树图样都不同。另外,基因不断反复的现象令人惊奇,这种变化导致寻找所有基因的共同的祖先变得很复杂,这表明原始基因,即导致生命起源的基因是相当复杂的,这种复杂性并非一个“起始”基因应有的。唯一可能的解释是,假定在生命进化的早期,一些基因并非一直突变而形成一株一直向上生长并分出许多枝桠的种系树,而是在水平方向上发生交换。这一理论被现在所发现的一些事实所支持,例如,一些细菌能在水平方向上改变部分基因以使自己更具有抵抗抗生素的能力,这对人类来说是一件不幸的事。这个推论意味着生命之树并不具有一个挺拔的主干。
现在,专家们把不同时间赋予由DNA形成的树开始向上,生长并分出枝丫的那些点上,时间跨度从最近的10亿年前到以前所猜想的40亿年前。就像关于宇宙起源的大爆炸理论一样,关于生命起源的理论也很复杂,特别是随着新的发现和测量方式促进了知识水平的提高,它变得更复杂了。因为这个原因,其他曾经作为空想而消失很久的对生命起源的解释仍有忠实的追随者。
我们的地球上的生命会不会是来自太空,来自小行星、陨石和彗星甚至是火星?荣获1903年诺贝尔奖的瑞典化学家斯凡特·奥古斯特·阿雷尼乌斯创立了生命起源的胚种论,他认为细菌孢子在一种休眠状态下在冰冷的宇宙中旅行,当它遇到合适的行星时便开始生长繁衍。阿雷尼乌斯没注意到致命的宇宙射线可能会杀死细菌孢子。佛瑞德·霍伊尔大肆鼓吹另一种更离奇的胚种论,他认为类似于1918年流行于西班牙的流感之类的流行性疾病是由于太空中的细菌造成的,人类的鼻子已经进化成能过滤这种太空诞生的病菌了。弗朗西斯·克里克(他与詹姆斯·沃森、莫里斯·威尔金斯一起,因发现DNA的双螺旋结构而获得了1962年诺贝尔生理学或医学奖)与研究生命起源前的化学的先驱者莱斯利·奥格尔一起甚至走得更远,他们认为生命是一些高等的外星文明“播种”在地球上的,他们称这个假想为“定向胚种论”。
也许在即将来临的2015年,关于远离地球的太阳系的生命,人类将发现更多的甚至是惊人的证据。NASA探测器将探测土星的卫星土卫二,这是一颗表面被冰封的星球,这意味着在其下面可能存在水,这颗探测器将证明宇宙中的生命比一些保守的科学家所猜想的更普遍。近年来,我们知道地球上的生命存在于一些极端温度下,在这样的温度下,我们长期以来一直认为对任何生物有机体来说都是极其不利的。如果在土卫二冰面下发现任何种类的生命,那么胚种论将提高到一个新的水平。同时,科学家平息关于宇宙起源的争论也将变得更加复杂。
关于“生命的本质是什么来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-297.html?”这个话题的介绍,今天小编就给大家分享完了,如果对你有所帮助请保持对本站的关注!来源:https://wzwebi.com/cshi/202501-740.html