神奇的生命

随着“旅行者2号”航天探测器（Voyager 2）于1977年8月20日在美国佛罗里达州发射升空，人类有史以来最成功的科学探索任务拉开了帷幕。两周后，“旅行者2号”的姐妹探测器“旅行者1号”（Voyager 1）也冲向了苍穹。[10]两年后，“旅行者1号”到达了它的第一个目的地——木星。在这里，它先是完成了对木星这个巨型气态行星的拍照任务，得到了木星上空翻腾盘旋的气流和著名的木星大红斑照片，随后，又从冰雪覆盖的木卫三上空飞过，之后，“旅行者1号”还见证了木星的另外一颗卫星木卫一上的一次火山喷发。与此同时，“旅行者2号”正在另外一条不同的轨道上飞行，它于1981年8月抵达土星附近，开始传送回一系列美得令人惊艳的土星环照片。通过这些照片可以发现，这些像一条精心编织的项链一样的土星环，其实是由数以百万计的小岩石和小卫星构成的。大约又一个十年后，“旅行者1号”于1990年2月14日拍下了有史以来最引人注目的照片：在一片带着颗粒感的灰色背景中，地球只是一个极其微小的小蓝点。[11]

在过去的半个世纪中，旅行者探空计划和其他太空探测器让人类得以在月球上漫步，遥控式地探索火星上的峡谷，窥视金星上荒凉的大漠，甚至还目睹了一颗彗星猛烈地撞入木星的大气层。但大多数情况下，这些探测器发现的只是岩石——许许多多的岩石。事实上，我们可以认为，对姐妹星球的探索其实在很大程度上是对岩石的研究。无论是“阿波罗号”上的宇航员从月球上带回的一吨左右的矿物质，还是美国国家航空航天局（NASA）在“星尘”任务中发现的需要用显微镜才能看到的彗星碎片，无论是于2014年与一颗彗星直接接触的“罗塞塔号”（Rosetta）彗星探测器，还是分析火星表面情况的“好奇号”火星探测器（Curiosity Rover），其实都是在研究各种各样的岩石。

宇宙空间中的岩石当然是非常有趣的东西，因为它们的结构和组成将为解答诸如太阳系的起源、各个行星的形成以及太阳系形成之前的宇宙事件等问题提供线索。但是，对于大多数非地质学家而言，一块火星上的球粒陨石（一种石质的非金属陨石）和一块来自月球的橄长岩（一种铁质的富含磁性物质的陨石）并没什么太大的不同。然而，在太阳系中却有这样一个地方——在这里所有构成岩石和石头的基本元素以多样化的形态、功能和化学反应结合在了一起，仅仅一克这样的物质就足以超越已知的宇宙空间中所有其他地方的物质多样性。这个地方就是“旅行者1号”拍到的那个暗淡的蓝色小点，而我们把它叫作“地球”。最令人惊奇的是，那些让我们的星球表面变得如此与众不同的形形色色的原材料，还共同创造了生命。

生命如此美妙。我们已经讨论过知更鸟令人惊异的磁感应，但这种特别的技能不过是其诸多能力中的一种而已。知更鸟能够看到、嗅到、听到并捕捉苍蝇；它能够在地面或是树杈间跳跃；它能够飞上天空并一口气飞行数百公里远。最令人惊叹的是，它能够在伴侣的一点点帮助之下，用和那些岩石成分相同的材料，创造出一整窝和自己相似的生物。地球上有成千上万亿的生命体，它们具备与知更鸟相似的能力，还有许多其他同样令人费解的技能，而知更鸟只是这芸芸众生中的沧海一粟。

另一种非常奇妙的生物当然就是你了。凝视夜空，星光中的光子进入你的眼睛。光子经视网膜组织转换为极其微弱的电流，沿着视神经抵达大脑的神经组织，并生成一种“闪烁”的神经冲动，让你体验到自己正置身于一闪一闪的漫天繁星之下。与此同时，你的内耳毛发细胞感受到了小于1/109个大气压力的轻微气压变化，并生成听觉神经信号来提醒你，微风正拂过树林，那声音仿佛鸣响的口哨。几个分子飘入你的鼻子，被特殊的嗅觉感受器捕捉到，这些分子的化学特性紧接着传递到你的大脑，告诉你现在正值夏日时光，金银花正在盛放。此外，你的每一个微小的运动，无论是仰望星空，静听风吟，还是嗅闻花香，都要靠数百条肌肉协调行动才能得以实现。

由人类的身体组织完成的那些机械运动，无论如何不同凡响，与同在一个星球上生存的其他生命体比起来，都显得苍白无力。切叶蚁能够举起30倍于自身质量的重物，相当于你要背起一辆小汽车。大齿猛蚁在咬合时能将大颚在0.13毫秒内从0加速到230千米/时，而一辆F1方程式赛车要加速到相同的速度需要大概40 000倍的时间（大约5秒）。亚马孙河电鳗能够瞬间产生600伏特的致命电压。生命的能力千奇百怪：鹰击长空，鱼翔浅底，蚓食埃土，猿曳森林。还有，正如前面发现的那样，包括知更鸟在内的许多动物，能够利用地球磁场完成数千公里的旅程。此外，就生物合成能力而言，没有什么能够与地球上那多姿多彩的绿色生命相提并论。它们把空气、水（再加一些矿物质）的分子糅合在一起，就造出了青草、橡树、海藻、蒲公英、地衣和高耸入云的红杉树。(www.daowen.com)

所有的生命体都有其特别的技能和特长，比如知更鸟的磁感应或是大齿猛蚁的极速咬合，但有一种人类器官的表现可以让其他所有生物望尘莫及。这个灰色肉质的器官（大脑）被我们坚硬的颅骨牢牢地保护着，其计算能力超过了世界上所有的计算机，它还创造了埃及金字塔、广义相对论、《天鹅湖》、《梨俱吠陀》、《哈姆雷特》、明代的陶器和唐老鸭。而且，最令人惊叹的一点是，人类大脑有能力感知到自身的存在。

生命体拥有万千的形态和无尽的功能，然而构成这种极大生命多样性的原子，与火星上那些球粒陨石中发现的原子几乎完全相同。

究竟是什么将岩石中那些没有活动能力的原子和分子夜以继日地转化为能跑、能跳、能飞、能定位、能游泳、能生长、能爱、能恨、能欲求、能恐惧、能思考、能哭、能笑的活生生的生物呢？这是科学界最宏大的问题，也是本书的核心。对它这种非凡转化现象的熟悉，让我们觉得它似乎稀松平常，但请牢记，即使在这样一个基因工程与合成生物学的时代，人类还从来没能用完全非生命的物质创造出生命。我们的技术至今未能成功地完成一次转化，而即使是地球上最简单的微生物也能毫不费力地创造出生命来。这个事实告诉我们，我们关于生命构成的知识还不完善。我们可能忽略了一些元素，这些元素并不存在于非生命体中，却是激活和维持生命必不可少的“火种”。

这并不是说我们要宣称存在什么能够激活生命的原动力、灵魂或是神奇的原料。我们的故事可比那有趣多了。我们要做的是探讨最新的研究。这些研究表明，至少有一部分生命之谜的问题会在量子力学的世界中得到解答。在那里，物体可以同时出现在两个地方，物体之间拥有幽灵般的联结，并且可以穿越明显无法穿透的屏障。生命似乎一只脚踩在了充斥着日常物品的经典世界中，而另一只脚陷在了奇怪而特别的量子世界中。我们想说的是，生命，其实生活在量子的边缘。

我们坚信自然法则只能用来描述基本粒子的行为，但是，动物、植物和微生物是否也受自然法则的支配呢？当然，就像足球、汽车或是蒸汽火车一样，生命体同样是由数以兆计的粒子构成的宏观物体，应该充分地遵循经典物理学规律，比如牛顿力学定律或是热力学定律。既然如此，那我们为什么还需要隐藏的量子力学世界来解释生命物质的奇特属性呢？要回答这个问题，我们需要先踏上一次短暂的科学之旅，来回顾一下科学为了理解“生命究竟有什么特别之处”所做过的努力。