是“假死”還是“長(zhǎng)生不老”？——生死之間的“薛定諤”狀態(tài)
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“薛定諤的貓”
2006年，科學(xué)圈子里開始流傳一則令人十分好奇的消息，說到一組關(guān)于生、死和似乎奇怪、讓人不安的兩者混合狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)。一開始，這些發(fā)現(xiàn)像謠言一樣在同行間萌生、流傳，接著，它在各種科學(xué)會(huì)議的連續(xù)會(huì)談中慢慢成熟，最終在此前默默無聞的一位生物學(xué)家的一系列優(yōu)秀論文中完全盛放。不久特別是在2010年麥克阿瑟基金會(huì)授予他此項(xiàng)工作“天才獎(jiǎng)”之后，馬克·羅斯（Mark Roth）就不再“名不見經(jīng)傳”。羅斯是一位開拓者，率先進(jìn)入到一片遙遠(yuǎn)的國(guó)度，這一國(guó)度不僅可以告訴我們很多關(guān)于什么是“生命”的信息，也可以告訴我們什么是“活著”，以及（不只是現(xiàn)在，還有很久以前——地球上的生命第一次“活過來”的時(shí)候）兩者是否缺一不可。
羅斯發(fā)現(xiàn)，亞致死劑量的硫化氫會(huì)使哺乳動(dòng)物進(jìn)入一個(gè)只能稱為“假死”的狀態(tài)。雖然這個(gè)名稱中附加了大量通俗文化的包袱（主要來自科幻領(lǐng)域），但實(shí)際上這個(gè)詞相當(dāng)恰當(dāng)?shù)孛枋隽税l(fā)生在這些中毒動(dòng)物身上的事情。這些受試動(dòng)物的活躍性或運(yùn)動(dòng)能力，不僅在能夠觀察的范圍內(nèi)停止了（它們不再運(yùn)動(dòng)，其呼吸頻率和心率大大減慢），而且在更基本的層面停止了。正常組織和細(xì)胞功能大大降低。然后發(fā)生了更加出乎意料的事情：哺乳動(dòng)物失去了調(diào)節(jié)體溫的能力。它們不再是恒溫的了，而是回到了更原始的脊索動(dòng)物狀態(tài)：變成外溫性的，或冷血的狀態(tài)。但它們既沒有死，也不是真正地活著，雖然就哺乳動(dòng)物最基本的一項(xiàng)特征判斷，它們好像死了，但那是暫時(shí)的。它們的生命活動(dòng)在一段有限的時(shí)間里暫時(shí)停止，但當(dāng)停止施用這種氣體的時(shí)候，所有功能都恢復(fù)了正常。除了明顯的醫(yī)療應(yīng)用外，這一新的認(rèn)識(shí)在很大程度上闡釋了生命是什么，以及生命不是什么。
羅斯的直覺很簡(jiǎn)單，他認(rèn)為生與死之間存在著一種狀態(tài)，這種狀態(tài)既未被探查過又具有潛在的醫(yī)療價(jià)值，而且為解釋某些生物在大滅絕中為何能幸存下來提供了線索。也許死亡并不像通常假設(shè)的那樣是一了百了的“最終結(jié)局”。他希望能夠把生物帶入這個(gè)狀態(tài)，然后再把它們帶回來。事實(shí)上，沒有任何一個(gè)英語單詞能夠準(zhǔn)確捕捉到（表達(dá)出）這個(gè)狀態(tài)的本質(zhì)。電影制作人賦之以“僵尸”之類的名稱，也許頑固的科學(xué)（界）最終會(huì)采用這個(gè)詞。但我們對(duì)此表示懷疑。
扁形蟲
這是他的一個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)：他用扁形蟲（一種簡(jiǎn)單的動(dòng)物，但仍然是動(dòng)物）做實(shí)驗(yàn)。然而，與微生物相比，任何動(dòng)物都不“簡(jiǎn)單”。他降低扁形蟲呼吸的氧含量。像所有的動(dòng)物一樣，扁形動(dòng)物不僅需要氧氣，而且需要很多氧氣。隨著盛有扁形蟲的密閉容器中的氧含量降低，扁形蟲們逐漸放慢了動(dòng)作，進(jìn)而停止運(yùn)動(dòng)。即使刺它們、戳它們，都不會(huì)引起任何反應(yīng)。但是，羅斯并沒有就此結(jié)束實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上，他不停地降低扁形蟲水箱中的氧含量，結(jié)果它們又恢復(fù)了生命狀態(tài)。扁形蟲經(jīng)歷了不死不活的“休眠”狀態(tài)。生和死，是兩種更為復(fù)雜的狀態(tài)，似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們大多數(shù)人目前的認(rèn)知。
哺乳動(dòng)物是最復(fù)雜的動(dòng)物。在這些實(shí)驗(yàn)中，有趣的實(shí)驗(yàn)對(duì)象顯然是活著的：它們的心臟依然跳動(dòng)，血液繼續(xù)流入靜脈和動(dòng)脈，神經(jīng)活躍，生命必要的離子轉(zhuǎn)運(yùn)繼續(xù)發(fā)揮作用，只不過是以較慢的速率。然而，在更簡(jiǎn)單、更小的生命體中，如細(xì)菌和病毒，仍然存在生命運(yùn)作的問題，特別是當(dāng)它們被放置在沒有氣體或非常寒冷的環(huán)境中時(shí)。這些，都不是理論問題而已，因?yàn)槊恳惶欤⑸锒急幻土业娘L(fēng)暴拋向地球大氣層的最高層，并發(fā)現(xiàn)自己到達(dá)如此之高的位置，以至于失去了地球的臭氧保護(hù)層的庇護(hù)（臭氧層是抵御來自太空的紫外線的主要防衛(wèi)物）。這是研究“生與死”的第二個(gè)前沿領(lǐng)域：對(duì)地球“最高的生命”的研究。
在高層大氣中待了數(shù)天或數(shù)周之后，這些地球上最新發(fā)現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)中的成員又重返地球（正在研究對(duì)流層生物群的科學(xué)家，把這些生物命名為“高層生命”，這個(gè)名稱不太精準(zhǔn)）。但在太空時(shí)，它們是活的嗎？
雖然從太空時(shí)代早期開始，我們就知道在飛機(jī)能到達(dá)的最高海拔，可以發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和真菌孢子，但這并無助于我們回答“在地球這一最大棲息地中，可以找到多少不同的物種”這一問題。這塊最大的棲息地，在空間容量上令第二大棲息地（從上到下的整個(gè)海洋）相形見絀。但一項(xiàng)從2010 年開始的工作證明，在任何給定的時(shí)間里，這塊棲息地都可能有成千上萬種細(xì)菌、真菌和數(shù)不清的病毒類群。華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)也發(fā)現(xiàn)，在俄勒岡州的一座高山上所探測(cè)的空氣中， 中國(guó)的沙塵暴經(jīng)常把真菌、細(xì)菌和病毒拋到北美西海岸。
然而，可以在如此之高的大氣中發(fā)現(xiàn)微生物（等于大氣可以作為運(yùn)送洲際病毒武器的傳輸系統(tǒng)）除了具有內(nèi)在的生物學(xué)意義，還有一個(gè)新的基本的理解，構(gòu)成本書故事的一部分，那就是：地球上最初的生命遠(yuǎn)離起源地、分散傳播出去的方式，可能是通過大氣傳輸。既然在不到一天的時(shí)間內(nèi)，生命就能通過空氣從一個(gè)大陸移動(dòng)到另一個(gè)大陸，為什么還要通過反復(fù)無常的涌流慢慢地漂浮在海洋里呢？稍后，我們將再議地球生命史上高層生命的意義；但這里的問題是—在洲際大氣旅行中，它們是活著的還是休眠了？在最基本的生命類型中，我們發(fā)現(xiàn)，生死之別，即使不是偽命題，也是相當(dāng)不完備的。
人們通過三種途徑收集高空生物：用退役的美軍高空偵察機(jī)；用高空氣球；以及當(dāng)大風(fēng)暴在亞洲升空、越過太平洋，充分地“吃入”大氣，使用高山上的空氣“嗅探器”可以捕捉到的一丁點(diǎn)兒下降的對(duì)流層空氣。這一點(diǎn)兒空氣中充滿微生物。我們從現(xiàn)在已知的常出現(xiàn)細(xì)胞和病毒的浩瀚大氣層的高空中收集細(xì)菌，收集到的細(xì)菌是瀕死的。但將它們帶回地球，置于它們可能曾經(jīng)生活、演化的高度一些時(shí)間之后，它們又恢復(fù)了生機(jī)。
我們大多數(shù)人會(huì)同意，對(duì)于哺乳動(dòng)物，甚至對(duì)于所有的動(dòng)物來說，死的就是死的。但在更簡(jiǎn)單的生命中，情況并非如此。事實(shí)證明，在我們對(duì)什么是生、什么是死的傳統(tǒng)理解之間，還有一片廣大的處女地值得探索。這一新發(fā)現(xiàn)的領(lǐng)域?qū)Φ厍蛏返摹伴_篇”有著重要的啟示，它告訴我們，“死”的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)受到適合的結(jié)合和刺激，也可以變成活的。生命，至少是簡(jiǎn)單的生命，不總是活著的。但現(xiàn)在，科學(xué)試圖探尋是否存在一個(gè)介于兩者之間的狀態(tài)。地球上最初的生命可能就誕生在我們所稱的“死地”，或者說某一處接近于“活”的地方。
“生命是什么”這個(gè)問題，是幾本書的書名，其中最著名的是20世紀(jì)早期物理學(xué)家歐文·薛定諤所著。這本小薄書之所以構(gòu)成一座里程碑——不僅是因?yàn)樗鼤鴮懙膬?nèi)容，還因?yàn)樽髡咚芯康目茖W(xué)學(xué)科。薛定諤是一位物理學(xué)家，在他生活的時(shí)代及以前，物理學(xué)家一直蔑視生物學(xué)研究，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這些不值得研究。薛定諤開始以物理學(xué)家的方式思考有機(jī)體，用物理術(shù)語表達(dá)即“生命體里最關(guān)鍵部分中的原子排列以及這些排列間的相互作用，從根本上不同于物理學(xué)家和化學(xué)家迄今為止試驗(yàn)性和理論性研究的對(duì)象。”雖然《生命是什么》這本書的大部分都在討論遺傳和變異的性質(zhì)（這本書寫于DNA發(fā)現(xiàn)前的20年，當(dāng)時(shí)遺傳的性質(zhì)還是一個(gè)難解之謎），但在書的最后，薛定諤慎重考慮了“生命”的物理學(xué)原理，他寫道“生命物質(zhì)避免了朝向靜寂的衰敗”和生命以“負(fù)熵為生”。
薛定諤
生命通過新陳代謝來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，表現(xiàn)為進(jìn)食、飲水、呼吸或物質(zhì)的交換，新陳代謝一詞的詞根來自于其原始的希臘語定義。新陳代謝就是生命的密鑰（關(guān)鍵）嗎？也許是?！辽賹?duì)一位生物學(xué)家來說，答案是肯定的。作為物理學(xué)家的薛定諤，領(lǐng)會(huì)到了一些更為深刻的東西：“認(rèn)為最基本的事兒是物質(zhì)交換，這是一個(gè)荒謬的觀點(diǎn)。氮、氧、硫等任意原子，都不亞于其同類的其他原子；在交換它們的過程中能得到什么呢？”那么，這種包含在我們的食物中、讓我們遠(yuǎn)離死亡、被我們稱為生命的珍貴“東西”究竟是什么？對(duì)于薛定諤來說， 這很容易回答?！懊恳粋€(gè)過程、事件，每一個(gè)自然發(fā)生的事情，都意味著在它發(fā)生之處的那部分世界的熵在增加。因此，一個(gè)活的有機(jī)體在不斷地增加它的熵?！边@就是薛定諤的“生命的秘密”：生命是引起熵增加的物質(zhì)。由此，一種比較生與死的新方法形成了。
于是，對(duì)于薛定諤來說，生命的維持要依賴從環(huán)境中攝取“秩序”，他稱之為“負(fù)熵”（他自己也承認(rèn)這是一種笨拙的表達(dá)）。因此，生命是大量分子通過不斷從所處環(huán)境中吸取“秩序”，從而在高度有序的水平上維持自身的裝置。薛定諤提出：生物體不僅從無序中創(chuàng)造了有序，而且從有序中創(chuàng)造了有序。
那么，生命就是一臺(tái)改變有序和無序的性質(zhì)的機(jī)器嗎？從物理學(xué)的角度來看，生命可以被理解為一系列的化學(xué)機(jī)器，全部緊密地安放在一起，并以某些方式整合起來，通過消耗能量保持有序。幾十年來，這是對(duì)于生命最具影響力的定義。但半個(gè)世紀(jì)之后，其他人開始質(zhì)疑并修正這些觀點(diǎn)。有些人，是像薛定諤這樣的物理學(xué)家，如保羅·戴維斯（Paul Davies）和弗里曼·戴森（Freeman Dyson）。但其他人都是訓(xùn)練有素的生物學(xué)家。
保羅·戴維斯
保羅·戴維斯，在其著作《第五個(gè)奇跡》（The Fifth Miracle）中，用一個(gè)不同于“生命是什么”的提問，靠近了“生命是什么”的問題。這個(gè)提問就是——生命做什么？根據(jù)他的主張，定義生命的是活動(dòng)。這些主要活動(dòng)如下：
所有生命體都加工化學(xué)物質(zhì)，以此把能量注入體內(nèi)。但這種能量有什么用呢？我們所說的新陳代謝，是指有機(jī)體對(duì)能量的處理和釋放，它們也是生命獲取負(fù)熵、維持內(nèi)部秩序所必需的方式。思考這個(gè)問題的另一種方式是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)。如果生命體從主動(dòng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（不是在生命體內(nèi)部）的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥Ｖ狗磻?yīng)，生命體就不再是活的。生命不僅可以維持這種非自然的狀態(tài)，而且也可以找到能發(fā)現(xiàn)和收獲必要能量的環(huán)境來維持這種狀態(tài)。地球上的一些環(huán)境比其他地方更適合生命的化學(xué)反應(yīng)（如一個(gè)溫暖的、陽光明媚的珊瑚礁之上的海面，或黃石國(guó)家公園的一眼熱泉），在這樣的地方，我們發(fā)現(xiàn)了大量的生命。
事實(shí)上，不存在由少量（即使是幾百萬）原子組成的簡(jiǎn)單生命。所有生命都是由大量的原子以錯(cuò)綜復(fù)雜的方式排列組成的。這種復(fù)雜性的組織是生命的一個(gè)特征。復(fù)雜性不是一臺(tái)機(jī)器，而是一種屬性。
這最后一點(diǎn)，對(duì)生命至關(guān)重要的分子的短暫壽命，作為理解生命最早在哪里形成的一條重要線索被嚴(yán)重低估。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）對(duì)生命的定義更簡(jiǎn)單，但最受卡爾·薩根（Carl Sagan）的青睞，即生命是一套具有達(dá)爾文演化能力的化學(xué)系統(tǒng)。這里有三個(gè)關(guān)鍵概念。首先，我們正在處理的是化學(xué)物質(zhì)，而不只是能源或電子計(jì)算系統(tǒng)；第二，這不僅是化學(xué)物質(zhì)，還涉及化學(xué)系統(tǒng)。因此，存在化學(xué)物質(zhì)之間的相互作用，而不僅僅是物質(zhì)本身。最后，化學(xué)系統(tǒng)必須經(jīng)歷達(dá)爾文式的演化，這意味著如果環(huán)境中存在的個(gè)體超過可用能量能夠維持的個(gè)體數(shù)量，其中一些生命將難以維系。那些幸存下來的，是因?yàn)樗麄償y帶了有利的遺傳性狀，可以傳遞給它們的后代，因此給了后代更強(qiáng)大的生存能力?？枴に_根和美國(guó)國(guó)家航空航天局的定義的優(yōu)點(diǎn)是——不再混淆“生命”和“活著”。
“死”的化學(xué)物質(zhì)以這樣的方式結(jié)合形成“活”的生命，其“驅(qū)動(dòng)力”是什么？產(chǎn)生生命的主要驅(qū)動(dòng)力是一種新陳代謝系統(tǒng)，是后來增加了復(fù)制能力，還是相反—先有復(fù)制能力，后添加了新陳代謝系統(tǒng)？如果是前者，就是原始代謝系統(tǒng)（必定封閉在細(xì)胞樣的空間中）后來獲得了復(fù)制和整合一些攜帶信息的分子的能力；如果是后者，則是復(fù)制的分子（如核糖核酸或一些變體）獲得了使用能量系統(tǒng)幫助其復(fù)制的能力，并在后來被封閉在細(xì)胞中。所以，在化學(xué)分子層面，我們可以看到代謝與復(fù)制問題存在非常鮮明的對(duì)比：是先有蛋白質(zhì)，還是先有核酸？?jī)烧咴谑裁辞闆r下，能在化學(xué)反應(yīng)之間為生命賦能？然而，如果一個(gè)活細(xì)胞的基本特征是動(dòng)態(tài)平衡（在不斷變化的環(huán)境中保持穩(wěn)定且基本不變的化學(xué)平衡的能力），就必須先有新陳代謝。攝食之后再繁殖似乎是目前公認(rèn)的觀點(diǎn)，但在處理生命起源的問題時(shí)一樣，仍然存在令人不安的問題。
