What is
Life?: How Chemistry Becomes Biology
作者:Addy Pross
出版社:OUP Oxford
索书号:Q111P966(2)2016Y
ISBN:9780198784791
藏书地点:武大外教中心
自从我们试图更好地理解我们在宇宙中的位置以来,几千年来一直存在着一个困扰和折磨着人类的基本问题——生物的本质以及它们与非生物的关系。这些问题的答案不仅会揭示我们是谁,我们是什么,而且会影响我们对整个宇宙的理解。宇宙是否像所谓的人择原理的支持者所说的那样被微调来支持生命?或是如哥白尼那样看待人类在宇宙中的地位,还是像著名物理学家史蒂芬·霍金说的“人类只是一个中等大小行星上的化学分子”。大约65年前,一位著名物理学家埃尔温·薛定谔写了一本书,叫《什么是生命》,直接解决了这个问题。在书的开头,薛定谔写道:发生在生物空间边界内的时空事件如何被物理和化学解释?初步的答案可以总结如下:目前的物理和化学知识无法对这些事件进行解释,但是毫无疑问,这些科学是可以解释这些事件的。65年过去了,尽管分子生物学在那些年里取得了巨大的进步,我们仍在为薛定谔这个简单而直接的问题而奋斗。卡尔·沃斯是二十世纪最重要的生物学家之一,他最近宣称,当今的生物学状态让人想起二十世纪初在爱因斯坦、波尔、薛定谔和其他二十世纪的物理学家彻底改变了这门学科之前的物理学—生物学革命的时代终于到来了。
现在,我们知道没有活力的物质是至关重要的。生物是由相同的没有生命的 “死分子”构成的,从非生命物质到生命的形成大概经历了以下四个阶段(1)小分子生命构件:无机小分子物质(如氢、氨等)生成有机小分子物质(如氨基酸、含氮碱基、核糖或脱氧核糖等)。(2)生物大分子:从有机小分子物质形成生物大分子物质。在原始还原性大气中生成的生物小分子(如氨基酸等)被雨水冲淋,溶解于原始海洋中,这些生物小分子要进一步变为生物大分子(如氨基酸变为蛋白质),就必须脱水缩合;而在原始海洋中进行脱水缩合,就像要使泡在水中的葡萄变干那样困难。 (3)多分子体系:从有机高分子物质组成多分子体系。可以想象,蛋白质和核酸等有机高分子物质,在原始海洋中越积越多,在一定条件下(如高温和适当的pH等),它们相互作用,能形成多分子体系,有界膜与周围环境隔开,呈大、小不等的球状,在原始海洋中漂浮。(4)原始生命:从多分子体系演变为原始生命。这是生命起源最关键的一步,这些分子相互组装,组成了我们和这个星球上每一个活着的生物。尽管在过去的半个世纪里分子生物学取得了巨大的进步,我们仍然不明白生命是什么,它与无生命世界的关系,以及它是如何出现的。在过去的半个世纪里,人们为解决这些根本问题付出了相当大的努力,但通往目的地的大门似乎依然遥远。
化学常识告诉我们“系统倾向于混乱和无序,自发形成有序系统的可能性几乎为零。”而生命系统却违背了这一常理,生物极其复杂,具有独特的性质,如自我维持和明显有目的的行为,自发形成一个高度组织的、远离平衡的微型化学工厂。这是我们在一般化学系统中看不到的。如此看来,生物学和化学似乎相互矛盾,互不相容。多亏了化学中一个新突破的领域,冈特·冯·基德罗夫斯基称之为“系统化学”,将看似矛盾的两个学科统一了起来,而核心生物范式——达尔文主义,是公认的将生物和化学结合起来的一个雄心勃勃的尝试。作者在书中是要努力证明,化学和生物学之间的鸿沟是可以弥合的,达尔文理论可以被整合到更一般的物质理论中,生物学就是化学,特别是所谓的系统化学或复制化学。这种分歧在于,物质世界在某种意义上可以被细分为两个遵循不同规则的平行世界——“常规”化学世界和复制世界。“规则”世界中的变化受玻尔兹曼阐述的热力学第二定律的支配,根据该定律,化学反应只有在热力学意义上处于下坡状态时才会进行,这样不太稳定的反应物就会转化为更稳定的产物,这意味着它们增加了熵或降低了能量。在复制世界中,我们见证了随着时间推移的稳定性,这指的是稳定的复制子数量。我们把与复制系统相关的稳定性称为动态动力学稳定性(DKS),它与复杂的、高能的、远离平衡的系统的出现有关,这些系统通过持续的能量供应来维持,因此不存在凌驾于热力学第二定律之上的热力学第二定律。
那么化学分子是如何产生生物的呢?是什么导致了第一批复制分子沿着这样的路径前进?艾迪·普罗斯在书中展示了在复制分子中运行的不同类型的稳定性如何导致化学系统变得更加复杂并获得生命属性的趋势。引人注目的是,他证明了达尔文进化论是一个更深层次、定义明确的化学概念的生物学表达:从复制分子到复杂生命的整个过程是一个受潜在化学原理支配的连续过程。
这本书试图证明达尔文的天才和远见是正确的,作为连接物理学和生物学的桥梁,化学可以为问题提供答案,帮助我们更好地理解生命是什么。这不仅可以告诉我们我们是谁,我们是什么,而且有希望对宇宙的本质及其最基本的规律提供更深刻的认识。
本书从从化学的角度谈论生物的进化,内容专业详实,语言浅显易懂,来自各种背景的读者都能获取有价值的信息。此外,本书还具有以下特点:
1、
本书前言篇幅较大,全面介绍写作本书的目的,使读者能够初步把握文章的主题;
2、书涉及生物学和化学两个学科的内容,但专业术语较少,而且文章中配备了较多的图,使读者可以全面理解讲述的内容;
3、在本书的最后,将出现的专业词汇都罗列出来,大大方便了大家在阅读过程中对专业术语的认知。
1.
生命是如此奇怪
2.
对生命理论的探索
3.
理解“理解”
4.
稳定性与不稳定性
5.
棘手的生命起源问题
6.
生物学的身份危机
7.
生物学是化学发展而来的
8.
生命是什么
尾声—生命的逻辑
引用和笔记
朱旺 武汉大学生命科学学院 硕士研究生