神奇的生命胚芽

生命是什么

從外太空看地球，有時會是一顆淺藍色的巨型“月亮”。在這顆超級藍“月亮”上，生息繁衍著被稱為“人”的高級智慧生命。之所以高級智慧，是因為人有思想。當然，一些特別聰明的動物或許也有思想，但都尚處在萌芽狀態，對人根本構不成威脅。這些動物要想晉級像人一樣的高級智慧生命，可能進化多少萬萬年都未必成功。這個星球上的人有四大種族，表現為黃、白、黑、棕四種顏色，依靠各自的遺傳基因維持著這種差異。至少在太陽系中，人居于食物鏈的頂端，居于思想的高峰。然而，這種在動物眼里像“神”一樣的生命，當長期獨處，或在沙漠里長途旅行，或在荒島上久居，或在外太空漫步，往往不禁會想：生命是什么？從哪里來？到哪里去？

從宏觀到微觀

迄今天文學和生命科學的研究，還沒有從外太空發現任何形式的生命。傳說中的外星人和外星生物，都是神話或猜測，并沒有經過嚴格的科學證實。至少從目前看來，地球是令其他星球羨慕的生命的寵兒。整個生物圈，從大氣，到海洋、湖泊、河流、沼澤，再到高山、高原、臺地、丘陵、沙漠、平原、峽谷，到處都活躍著各種形式的生命。當然，有的肉眼看得見，有的肉眼看不見。

動物是生物圈最活躍的生命，天上飛的、水里游的、地上跑的，以采食植物或捕食動物而生存。世界上體積最大的動物是藍鯨，一般體長為22～33米，體質量為150 000～180 000千克。相當于約25只大象，或者2 000～3 000個人的重量。

但藍鯨不是最長的動物，最長的動物是一種名不見經傳的海洋蠕蟲。它是在英國海灘被發現的，長55米，生活在海底。雖然貴為體積最大或者最長的動物，但它們都不是壽命最長的動物。壽命最長的動物是一種屬于蛤蜊類的軟體動物，稱為“明（Ming）”，507歲，這種動物誕生時中國正處于明朝。

植物是自養型生物，通俗地講，就是自己能夠養活自己。動物以植物為食，或者靠撲殺其他動物果腹。例外情況是，極少數植物（相對龐大的植物種群）喜歡吃葷，如捕蠅草、豬籠草、捕蟲堇、瓶子草、茅膏菜、貍藻、花柱草、土瓶草、彩虹草等，大概有600多種。這些食蟲植物是植物園里的“明星”，深受游客們青睞。許多家庭也喜歡養來觀賞。

世界上體積最大的活生物體，說起來令大型動植物羞愧，竟是一種微生物。根據維基百科記載，在美國俄勒岡州東部草莓山的馬爾赫國家森林公園中，發現了一種被稱為“奧氏蜜環菌”（Armillaria ostoyae）的巨型蘑菇，菌絲體蔓延達8.9平方千米，相當于1 240多個足球場的面積，推測約有2 400歲。這種巨型蘑菇單株總質量為605噸，超過了世界上最大的動物——藍鯨。2003年4月出版的《加拿大森林研究雜志》（Canadian Journal of Forest Research）報道，在美國俄勒岡州東北部藍山地區，發現了一種致病性奧氏蜜環菌，大小約為9.65平方千米，相當于1 350個足球場的面積，年齡估計為1 900～8 650歲。

世界上最高的植物是澳洲杏仁桉樹（Australian almond eucalyptus），最高達156米，相當于50層樓高。小鳥兒在樹頂歡快地唱歌，樹下聽起來就像蚊子嚶嚶叫。真是應了那個成語——古樹參天。

世界上最長的植物是波西多尼亞海草（Posidonia Oceanica），西班牙生物學家發現的一株長達8 000米。這種瀕危的海藻，還擁有世界上壽命最長植物的美名，能夠活到10萬年以上，海龜（平均壽命為175歲，最高壽命為300歲）跟其根本不在一個數量級。

與動物、植物不同，被稱為“微生物”的這種生命，種族間體型相差懸殊，從巨型蘑菇——“蜜環菌”，到需要借助于電子顯微鏡才能看到的各種細菌、病毒，體積、長度、體質量分布跨度太大。

細菌的形狀主要有球狀、桿狀、螺旋狀，大小通常在1微米以下。病毒的形狀多種多樣，主要有球狀、桿狀、復雜形狀，大小一般為10～30納米。要知道，1納米為百萬分之一毫米。這些極其微小的生命，看不見，摸不著。

介于細菌和病毒之間的一種微生物是支原體，又稱“類胸膜肺炎微生物”，大小為0.1～0.25微米，1微米為千分之一毫米。其外表像湯圓，有時呈絲狀或分枝狀，最小的體積僅有一般細菌的千分之一。支原體是世界上最小，也是最簡單的細胞，像動物細胞一樣沒有細胞壁，寄生在人和動物體內，多數不致病。少數可引起肺炎、尿道炎、盆腔炎、輸卵管炎等疾病。

病毒、細菌的最長壽命不好說，因為休眠狀態的病毒、細菌，只要環境條件允許，可以無限期存活。科學家們發現的一種稱為“瑪士撒拉小蟲”的細菌，壽命可達2.6億年，遠非人、動物、植物能比擬的。

新物種的來源

生物的種類豐富多樣。迄今科學家已發現并記載的生物有200多萬種，包括動物150多萬種、植物30多萬種、微生物10多萬種。地球上物種的真實情況，恐怕要遠遠大于這個數字，因為還有太多物種沒有被發現。我們都已經習慣了，經常有新物種被報道出來。

有多種途徑可以產生新物種

●物種自身基因變異，包括基因在復制過程中發生的極小概率的堿基配對錯誤、環境因素（物理因素如輻射、化學因素如亞硝胺、生物因素如病毒等）誘導的基因突變、細胞分裂過程中發生的極小概率的染色體復制和分離錯誤等。

●不同物種間雜交。由于存在物種間生殖隔離，如馬和驢交配后產生的騾子，不能生育。只有親緣關系較近的物種雜交才能產生有繁殖能力的后代，如兩種甜瓜（羊角蜜、綠寶石）之間的授粉，白種人和黑種人通婚，都能產生有生育能力的基因，不同于親代的子代。

●轉基因、克隆等傳統技術和胚胎干細胞、基因編輯等新興技術。通過基因操作和胚胎干細胞、克隆技術，可以快速改變物種基因，誕生新物種，并且可對新物種基因進行優化。相比，通過物種自身基因變異，不同物種間雜交，再經自然選擇，誕生新物種，多數情況下要經歷漫長的時間。

在地球上，每天都會有新物種誕生，也會有新物種滅絕，這就是物種更迭。在熱帶雨林里，物種間的生存競爭激烈，物種更迭的速度也會更快一些。以前一些常見的動植物，由于環境、人為等因素，已經極度瀕危，變成了國家保護動植物，只有在動物園、植物園里才能看到。

動植物死去后，最終被微生物分解利用，回到自然界的物質循環。

那些滅絕的動植物，成了一個個鮮活的生命記憶。遠古時期滅絕的動植物，經過漫長地質歷史時期的演化，有的變成了化石，躺在自然博物館里供人們觀看。我們看到了從沒有看到過的大大小小的生物：三葉蟲、恐龍、黃河象、劍齒虎、猛犸象、披毛犀、硅化木等。

史前動植物幸存下來的也有，如植物活化石有水杉、銀杏樹、珙桐、香果樹等，動物活化石有鴨嘴獸、大熊貓、中華鱘、揚子鱷、鸚鵡螺、鱟、樹袋熊（考拉）等。

現實環境中，一些曾經滅絕的動植物再度出現，是因為長時間出現了適合這些滅絕的動植物生存的環境。

有人不禁要問，史前動植物既然滅絕了，應該不可能繁衍后代了，怎么會又出現呢？

這種現象不難解釋，一些植物種子、動物受精卵，在環境變得惡劣時，會誘導基因啟動休眠程序。在休眠狀態下，植物種子、動物受精卵會被長期保存，直到遇到合適環境，種子啟動萌發，受精卵啟動發育。

一些史前時期的細菌、病毒，被埋在北極地區厚厚的冰層下，處于休眠狀態。一旦這些厚厚的冰層，由于溫室效應而融化，這些休眠的細菌、病毒便被釋放出來，并處于活動狀態。由于現代人從沒有接觸過這些細菌、病毒，對它們沒有免疫力，會有致命危險，需要引起高度警惕。人們應該自覺保護環境，減少大氣中的碳排放，控制北極地區溫度繼續升高。

隨著干細胞、基因、克隆、胚胎發育等技術的不斷成熟，史前動物也可能被科學家從實驗室里復活出來，供人們研究、觀賞，同時也可大量繁殖瀕危動植物，使它們免遭滅絕。

生存競爭

地球上的生物種類繁多，生存壓力大。動植物間是“吃”與“被吃”的關系，學術上稱為“捕食者”與“被捕食者”。眾多動植物間的這種關系構成了食物鏈，這是大自然中一種看不見摸不著的鏈條。不同物種間的食物鏈錯綜復雜，彼此交織成網狀，稱為“食物網”，每一個物種都是這張大網上的一個“結”。

動植物和微生物間，有共生，也有寄生。這兩種關系，既可能對動植物有利，也可能有害。譬如根瘤菌和大豆共生，根瘤菌可以從大豆中取得生存需要的營養，大豆也可以利用根瘤菌固定的“氮”作為營養，這是互利共生。菟絲子和大豆則是寄生關系，菟絲子從大豆體內吸取水分和營養，維持自身生存，還遮住了光線，影響大豆的光合作用，不能為大豆生長提供任何營養。

有時候，共生和寄生可以轉化，如大腸桿菌。正常情況下，大腸桿菌和人體是共生關系。大腸桿菌可抑制腸道內有害微生物生長，分解食物，幫助消化，合成維生素B和維生素K，供人體利用；人體為大腸桿菌提供居住場所和食物。然而，當大腸桿菌從肛門進入尿道口，就會引起尿道感染，此時大腸桿菌和人體的關系就變為寄生。扁平疣和瘊子就是寄生在人皮膚里的人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）所致，既影響美觀，又影響健康。

物種要生存，就要學會適應。捕食者要有相應武器和快速反應和攻擊能力，譬如老虎的快速反應和攻擊能力很強，有鋒利的牙齒，強有力的爪子，舌頭上長著倒刺，便于舔干凈獵物骨頭上的碎肉；毒蛇有尖尖的牙齒和毒液；啄木鳥有堅硬的長喙。被捕食者就要善于奔跑、偽裝、隱藏，如變色龍變色、竹節蟲擬態、毒蘑菇有警戒色等。不能適應的物種，就會在激烈的生存競爭中被淘汰，從而滅絕。

保證自身物種不被滅絕是天賦權利。物種要想生存繁衍，在任何時候，學會分辨敵人和朋友都是極為重要的生存法則。若是敵友不分，將有變成食物的危險。

許多動物有了簡單的社會意識。譬如蜜蜂，社會分工明確。蜂王專職產卵，繁衍后代；雄蜂只是負責與蜂王交配；工蜂負責采花釀蜜。靈長類動物甚至有了等級觀念，譬如猴子。筆者有一位研究員朋友，是動物生態學家，在中國科學院工作，曾多年隱居峨眉山，觀察研究猴子的日常生活行為，并用攝像機錄下來，幾年下來，獲得了大量一手資料。有一次，他來北京出差，我請他吃飯。我說，在峨眉山觀察猴子這么多年，得道升仙了吧。他說，沒有，猴子跟人類一樣，也存在競爭。接著用了大量描寫人類行為的語言，娓娓講述猴子的故事，用《紅樓夢》中的人物代替現實中的猴子，聽后不禁讓人捧腹大笑。

以倫理道德綁架和指責低級物種是一種處于自身生存需要的自我保護行為。譬如，一匹十幾天沒有進食的草原餓狼，忍不住在一天夜里偷食了牧人家的小羊羔。牧人們發現后，紛紛指責大惡狼沒有人性，連羊寶寶都不放過。其實，在狼的世界里，小羊羔僅僅是食物而已，其他什么也不是。這就是物種間生存競爭的殘酷性。

細胞形態的生命

1938年，德國植物學家馬蒂亞斯·雅各布·施萊登（Matthias Jakob Schleiden）發現，植物體都是由細胞組成的。翌年，德國動物學家西奧多·施旺（Theodor Schwann）發現，動物體也都是由細胞組成。施萊登和施旺共同創立了細胞學說，被譽為19世紀自然科學三大發現之一。大多數肉眼可見的生物都是由多種細胞組成的，稱為多細胞生物，如羊、雞、魚、玉米、棉花、西紅柿等。

動物細胞、植物細胞都有細胞膜、細胞質、細胞核，其中細胞核由雙層核膜包裹著，里面有核液、核仁、染色體。細胞核與細胞質界限清晰，各自獨立。這樣的細胞稱為真核細胞。動物體、植物體都是由真核細胞組成的，所以動物、植物都是真核生物。動物細胞、植物細胞也有明顯區別，植物細胞有細胞壁、液泡、葉綠體，動物細胞則沒有。除動植物外，真核生物還包括真菌，這個大家族的成員有酵母、霉菌、塊菌、菌菇類等，總數有12萬種之多。與動物細胞一樣，真菌細胞沒有葉綠體，不能進行光合作用。

酵母菌細胞本身就是獨立生活的個體，是單細胞生物。還有一些真核單細胞生物，比如人們很熟悉的矽藻，是生活在湖泊海洋中的浮游藻類，身體呈褐色，又稱褐藻；變形蟲，又稱阿米巴，生活在清水池塘、水流緩慢且藻類較多的淺水、人體腸道等處，寄生于人體時會使人感染發病；眼蟲，生活在含機質豐富的水溝、池沼、緩流等處，既像植物細胞，有葉綠體，能光合作用，又像動物細胞，能隨意運動，是一種富有科幻色彩的動物，又稱裸藻，綠蟲藻。

與真核細胞不同，原核細胞更小，一般為1～10微米，僅為真核細胞體積的1/10 000～1/10，需要借助于高倍光學顯微鏡（油鏡）或電子顯微鏡才能看到。原核細胞沒有核膜、核仁，只有核區，稱為擬核。遺傳物質（DNA）存在于核區中，沒有雙層核膜包裹。原核生物比較原始，都是單細胞生物。原核生物包括細菌、放線菌、古細菌、藍藻（藍細菌）、衣原體、支原體和立克次氏體。不少原核生物是人類病原體。然而有些原核生物對人類有益，如青霉菌、鏈霉菌、諾卡氏菌等，用于發酵工業，生產抗生素。

分子形態的生命

病毒是地球上恐怖的物種之一，包括人類免疫缺陷病毒、流行性感冒病毒、埃博拉病毒、登革熱病毒、狂犬病毒、乙型肝炎病毒、輪狀病毒、嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome Coronavirus，SARS-CoV）、新型冠狀病毒等，種類繁多。有些病毒非常神秘，看不見，摸不著，卻能傳播瘟疫，造成大量人口感染發病，甚至死亡，即使僥幸治愈，有些患者也會留下后遺癥。1918年的西班牙大流感，造成5億人感染，2 500萬～4 000萬人死亡。當時全球人口僅有約17億人，死亡率為2.5%～5%。一些流感患者治愈后，患上了嚴重的心臟性疾病、神經精神性疾病等后遺癥，余生苦不堪言。不少人經不起病痛的折磨，選擇自殺。

跟寄生蟲類似，病毒是一種寄生物，只是肉眼可見的寄生蟲寄生在肉眼可見的人體內，肉眼不可見的病毒寄生在肉眼不可見的細胞內。寄生在動物細胞內的稱為動物病毒；寄生在植物細胞內的稱為植物病毒；寄生在細菌細胞內的稱為細菌病毒，又稱“噬菌體”。按照所含遺傳物質種類，病毒分為DNA病毒和RNA病毒，又可細分為單鏈DNA病毒、雙鏈DNA病毒、單鏈RNA病毒、雙鏈RNA病毒。

組成病毒的生物大分子包括核酸、蛋白質、脂類和糖類。最復雜的病毒含有核酸、蛋白質、糖類、脂類，如流感病毒的組成成分是核酸（單股負鏈RNA，即“ss-RNA”，儲存病毒遺傳信息）、蛋白質（核蛋白、RNA多聚酶、膜蛋白、基質蛋白、血凝素、神經氨酸酶，參與病毒結構維持、RNA轉錄以及病毒粒子組裝、釋放、識別和侵入宿主細胞）、脂類（磷脂雙分子層，來自宿主細胞膜）、糖類（血凝素、神經氨酸酶都是糖蛋白，參與識別、侵入宿主細胞）。有些病毒含有蛋白質、核酸，如煙草花葉病毒的組成成分是核酸（單股正鏈RNA，即“ss+RNA”，儲存病毒遺傳信息）和蛋白質（蛋白質外殼包裹著核酸，對核酸起保護作用，同時維持病毒結構）。還有些病毒更簡單，僅含有核酸或蛋白質。類病毒是一種有傳染性的環狀閉合的單鏈RNA，分子量約105道爾頓，又稱“感染性RNA”。通過高等植物表面機械損傷感染，表現出一定癥狀，并通過花粉和種子進行傳播。

本來病毒就是寄生物，可擬病毒竟敢寄生在病毒體內，真是道高一尺魔高一丈。擬病毒是一類包裹在真病毒粒子中的缺陷類病毒，僅由裸露的RNA（300～400個核苷酸）組成，又稱“類類病毒”“衛星病毒”“微型RNA”。更為不可思議的還是朊病毒，傳染性極強，卻沒有遺傳物質核酸。朊病毒又稱“朊粒”，是一類能侵染動物細胞并在里面復制的小分子無免疫性疏水蛋白質，分子量2.7萬～3萬道爾頓，大小為30～50納米。由于實在太小，連電子顯微鏡都觀察不到病毒粒子結構。朊病毒是瘋牛病的病原體，故又稱“感染性蛋白質”。瘋牛病跟狂犬病一樣致命，發源于英國的牧場。

病毒是分子形態的生命，只能寄生在活細胞內進行生命活動。需要借助于活細胞內的設施和原料，大量復制自己，繁衍后代，維持物種生存。這種生命形式的最大特點是不能獨立生活，或者說只是半條生命。

生命的本質

吃喝拉撒睡，是人的基本生命活動，在此基礎上，從事更高級的生命活動，如繁殖、學習、工作、鍛煉、休閑等。通過吃、喝、吸氣（呼吸），獲得組成人體需要的物質，再通過拉、撒、呼氣（呼吸）、排汗，排出體內不需要的廢物，周而復始，形成人體的物質循環，生命科學家稱為物質代謝。生命活動需要的能量來自吃喝進人體的動物性或植物性食物，食物中的能量最終來自綠色植物固定的太陽的光能。然而人體結構決定了不能直接利用太陽的光能，需要轉化為食物中儲存的化學能，才能被可控地利用。人體物質循環過程中，伴隨著能量循環，學術上稱為能量代謝。

依靠儲存在食物中的化學能，為人體各種生命活動提供動力，就像汽車靠燃燒汽油、柴油提供動力一樣。食物中的能量，最初固定在綠色植物通過光合作用合成的葡萄糖中。通過物質代謝中的一系列生物化學反應，葡萄糖中的能量又被轉移到其他糖類、蛋白質、脂肪等生物大分子中。脂肪成了儲存能源的倉庫，在長時間饑餓時會被動用。

糖類、蛋白質、脂肪中的能量是怎樣被利用的呢？

原來人體細胞內有一些動力工廠，稱為“線粒體”。線粒體與汽車發動機有些類似，生物大分子中儲存的能量通過一系列生物化學反應，在這里被以腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）形式釋放出來，供給各種生命活動需要。

生命的本質就是這些能量代謝。當然，能量代謝以物質代謝為依托。沒有物質代謝，就沒有能量代謝。

地球上也有例外。個別生物，生命活動的能量不是來自太陽的光能，如硫化細菌，包括排硫硫桿菌、氧化硫硫桿菌、脫氮硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌等，依靠氧化硫化物獲得能量。硫化物中的能量屬于化學能，跟太陽能沒有關系。科學家發現，太平洋海底火山噴口附近，生活著大量紅色的多毛蟲、大螃蟹，以細菌為食物。這些生物，生命活動需要的能量，最終不可能來自太陽的光能。

這些特殊的生命形式，對于尋找外星生命，具有啟發意義。

碳基生命以外的生命形式

迄今地球上發現的生物，都是碳基生命，或稱“碳基水基生命”。組成地球生物的蛋白質、核酸、糖類、脂類等生物大分子，都是以碳元素作骨架。在生命活動過程中，通過物質代謝和能量代謝進行的一系列酶催化的生物化學反應，都是以水為介質進行。地球生命，離不開水，水是生命之源。

處于對迥異于地球環境的其他星球的強烈好奇，美國著名化學家、科普科幻作家艾薩克·阿西莫夫（Isaac Asimov）提出了六種生命形式，碳基水基生命僅是其中之一。硅基生命的概念，是1891年波茨坦大學的天體物理學家儒略·斯坦納（Julius Sheiner）最早提出來的，之后被英國化學家詹姆士·愛默生·雷諾茲（James Emerson Reynolds）所接受。硅基生命成了許多科幻小說中的主人公，但是并沒有經過科學證實。相反，硅基生命的概念面臨著許多挑戰，還存在不少爭議。

由于認識的局限，人們甚至還不清楚，地球上有沒有碳基生命以外的生命形式，譬如在深海區、陸地深處、南北極厚厚的冰層下。至于人們對外太空其他星球的了解，就更少，幻想的成分多。