第一章  认识角度的选择

宋朝苏轼在其《题西林壁》中所言：不识庐山真面目，只缘身在此山中。意在表明，由于人们所处的位置不同，看问题的角度也就不同，对客观事物的认识难免存在一定的片面性；要认识事物的真相与全貌，就必须摆脱主观成见，选择合适的认识角度，超越狭小的范围。道理虽然简单，难点在于什么样的认识角度才是合适的角度？这个角度该如何去寻找？确立的依据又是什么？

1.1认识角度的确立依据

1.1.1全面角度的认识 （生命体自诞生之初到现在一直行使的功能并不是每个时期功能的相加）

目光盯着飘落在河面上的一片树叶，发现它时而下沉、时而上浮、时而向前、时而向后、时而向左、时而向右，感觉叶片的运动是杂乱无章的，没有特定的方向。实际上，混乱的运动中也蕴含着秩序。如果从大时空尺度上观察，会发现这片树叶在整条河流中的运动是特定的，即沿着河流从地势高的地方向地势低的地方移动。因此，可以说叶片在整条河流上的运动轨迹是由无数个非定向运动排列而成的定向运动。相对于大时空尺度上的观察而言，短期或特定区域的观察可以更容易的获取对某一事物的认识。然而，这种认识很有可能是片面的，甚至是错误的，因为对事物整体的认识并不是对其各个组成部分认识的简单相加。因此，要想实现对某一事物相对更全面、更准确的认识，不仅要有短期或部分的认识，还要有长期或整体的认识，要做到短期或部分认识与长期或整体认识的统一。

1.1.2 共性角度的认识 （所有生命体的共性）

        假设我们不知道河水的流动方式，但是知道河面上的物体会随河水的流动而移动。现在已知河面上漂浮着很多物体（它们运动的推动力只来自河流），有一片树叶，其特征为椭圆形、淡黄色、有昆虫咬食迹象、叶面长5厘米、宽3厘米、叶柄3厘米……；一根枝条，其特征为深褐色、外皮有腐烂迹象、有3个分支、主枝干长10厘米、径面直径1厘米……；一艘木船，其特征为长3米、宽1米、无船夫、板块破旧、船龄5年以上……这些物体各式各样，各有各的特征。然而，它们都有一个共性，便是从地势高的地方向地势低的地方移动（假设河面不是相对静止的，且这些物体在河面上的移动不受任何阻挡）。由此可以推知，河水的流动也是从地势高的地方向地势低的地方流动。基于与研究对象相关事物所呈现出来的共性，也可以实现对研究对象相对合理的认识。

1.1.3 联系角度的认识 （探寻与生命体相关的物体）

某田地里种植的农作物得了病害。这一事件涉及的主要对象包括人、农作物、病原菌和农药四种。要解决这个问题，首先需要弄清楚这四者之间的关系，包括人与农作物之间的关系、人与病原菌之间的关系、病原菌与农作物之间的关系、农药与病原菌之间的关系、农药与农作物之间的关系、农药与人之间的关系等等。除此之外，各个部分分别与生态环境之间的关系也需要弄清楚，因为这些关系都会对问题的解决程度造成影响。例如，如果在雨天喷洒农药，将会降低病害的防治效果。要弄清这些关系，就要明白当地人的耕作习惯、作物的种植方式、病原菌的侵染习性、农药的主要成份、当地的天气状况、病原菌的致病机理、作物的抗病机理、农药的生态效应等问题。从人的立场而言，这些问题解决的越彻底，这一事件的结果就越完美。由此可见，要解决一个问题，仅看到问题自身是不够的，还应看到并解决与这个问题相关的问题。究其原因是由于世界是物质的，物质是相互联系的，联系是普遍存在的。总之，探寻与研究对象相关联的事物，并探明它们之间的关系，将有利于我们更好的认识研究对象。

1.1.4 运动角度的认识 （从能量流动的角度去认识生命体）

运动和物质是不可分割的，运动是物质存在的形式。宇宙间的任何物体都在永不停息地运动着。位置的移动、元素的衰变、个体的成长和衰老、生命的诞生和进化等都是是运动世界的组成部分，揭示了认清与研究对象相关的流动因素，特别是与相关对象之间的流动因素，有利于拓展和深化对研究对象的认识。例如，我们想要认识电灯泡，那么与电灯泡相关的流动因素是什么呢？我们发现了两个事件：1）水利发电站所产生的电流可以使电灯泡发光；2）在电灯泡的光照下，青菜的长势更好。在这个过程中，水利发电站将河流的动能转化为电能，电流经输电线传送至电灯泡后，电能被转化为光能，光能经青菜的光合作用转化为化学能。能量的传递与转化这一运动因素，不但将河流、电灯泡和青菜三个貌似无关的事物联系在了一起，还拓展了我们对电灯泡的认识，包括电灯泡的运行是需要电的，电是可以来源于河流的，电灯泡所产生的光是可以促进青菜生长的等等，而这些单纯基于对电灯泡构造和材料的认识是难以得知的。

1.2 生命起源与进化的认识现状

在世界的演化过程中，生命的起源和进化无疑是最让人感兴趣的话题之一。伟大的生物进化论奠基者—查理∙达尔文（1809-1882年）在其著名的科学论著《物种起源》中提出，任何生物生存繁衍后代都要遵循自然选择的规律，由于器官功能的分化和生存条件复杂化，生物在自然选择的长期作用下变异，让不同的遗传基因去适应新的环境。人类同其他生物一样，也是自然选择长期发展的产物。达尔文的生物进化论，不仅使人类在认识自己方面发生了质的飞跃，让我们重新发现物种进化的源起，也让人们知道了生命来自于大自然。然而，生命是如何从自然界中源起的？自然界为什么会出现生命？书中提到，一切生物都必须进行自然选择和生存斗争。自然选择的结果是新物种的产生，就物种的灭绝，那么自然选择的依据又是什么？生存斗争的结果是物竞天择，适者生存，那么适者适应的又是什么？达尔文生物进化论彻底摧毁了“特创论”、“物种不变论”和“宇宙生命论”等观点，为现代生物学奠定了坚实的理论基础，也为我们打开了一扇通往生命真相的大门。然而，这扇生命之门是如何被打开的呢？就好比指南针可以指示方向的原因是什么这一问题。对于以上所述问题，至今还没有得到令人满意的答案。

凡与环境之间有物质交换和能量传递的体系称之为开放体系。所有生命体都需要从所生存环境中获取物质和能量以维持其生命活动，说明生命体属于开放体系。因此，可以从物质和能量两个角度来探究生命的起源。目前，对于生命起源的假说，主要是基于物质的角度来探寻，即非生命的物质分子是如何构成具有生命活动的生命体的？其中，比较具有代表性的假说来自于苏联生物化学家奥巴林（Alexander Ivanovich Oparin，1894年~1980年），于1936年在其出版的《地球上生命的起源》一书中提出的化学进化理论。所谓化学进化就是指在原始地球条件下，由无机物以及简单有机物逐渐演变为原始生命体的过程。根据物质由简到繁的可能发展模式，将这个化学进化过程大致区分为下列四个阶段。

第一阶段，从无机小分子生成有机小分子；

第二阶段，从有机小分子形成有机大分子；

第三阶段，从有机大分子组成能自我维持稳定和发展的多分子体系；

第四阶段，从多分子体系演变为原始生命。

实验证实，在原始地球条件下，原始大气成分在一定能量的作用下，可以完成从无机物向有机物的转化。然而，从这些非生命的物质，最终形成能把同化作用和异化作用统一于一体的、具有原始新陈代谢作用，并能进行繁殖的原始生命的过程，是一个质变的过程。对于这一过程，至今仍停留在推测阶段。物质分子种类的多样性及物质分子之间联系的普遍性和复杂性，决定了从探究物质源起及物质之间联系的角度探究生命的起源是件浩大而长久的工程。

1.3 对生命起源和进化过程认识角度的再选择

生命体是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生命体结构与功能的基本单位，有了细胞才有完整的生命活动。一切生命的奥秘都要从细胞中寻求答案。因此，探求生命的起源和进化，首先需要揭开细胞起源和进化的面纱。根据古微生物的证据，原始细胞大约在35亿多年前就在地球上出现。构成生命的物质，只有当其以细胞形式出现时，才能表现出生命活动，并稳定地在地球上存在下去。然而，这个进程已成为历史，在现在的实验室条件下，模拟30多亿年前的地球环境，借以研究细胞的起源过程几乎是不可能的。

对于细胞的结构，在亚细胞水平上可以将其大致归纳为三大基本结构体系：由蛋白与核酸构建的遗传信息结构体系（包括染色体、核仁、核糖体）；由蛋白与脂质构建的膜的结构体系（包括细胞膜、核膜及各种细胞器膜等）；由蛋白与蛋白构成的细胞骨架结构体系。由这些基本结构体系形成的细胞器与各级结构在细胞内进行装配、去装配、重装配与重建等过程。对这些结构体系进一步分解，可知其又由多种多样的生物小分子（如氨基酸、嘌呤等）构成。细胞功能的稳定性，说明细胞的组装不是一个简单的、随机的过程，而是一个复杂的，高度有序的过程。那么，究竟是什么原因或者什么力量，导致这些生物分子逐级装配并最终形成生物赖以进行生命活动的细胞结构体系的呢？

如果要切肉，就需要一把一侧开刃的刀，因为开刃的刀相对于未开刃的铁板更容易将肉切割；如果要缝衣服，就需要一根一头尖细的针，因为尖细的针相对于粗钝的铁丝更容易刺穿衣服。由此可见，材料的特性决定了其功能，其功能也反映了材料的特性。同理，细胞的结构决定了细胞的功能，细胞的功能也能够反映细胞各个构成生物分子的种类、属性及它们之间的相互作用等。换言之，透过细胞的功能，应该可以明晰是什么原因或者什么力量，导致这些生物分子逐级装配并最终形成生物赖以进行生命活动的细胞结构体系的。既然生命来源于大自然，那么生命体的功能应该可以通过其在大自然中的作用体现。就好比一棵树之所以长叶子，是因为叶片能够提供树自身生命维持及延续所需要的能量和养分。那么，生命体在自然界中所行使的功能是什么呢？

所有生命体，如果想维持和延续其生命活动，就必须从环境中获取食物，并通过呼吸作用氧化分解食物，从中获取能量和生物小分子。呼吸作用存在于所有的细胞生物中。对生命体而言，呼吸作用具有非常重要的生理意义，这主要表现在以下两个方面：第一，呼吸作用能为生命体的生命活动提供能量。呼吸作用释放出来的能量，一部分转变为热能而散失，另一部分储存在ATP中。当ATP在酶的作用下分解时，就把储存的能量释放出来，用于生命体的各项生命活动，如细胞的分裂、个体的生长、矿质元素的吸收、肌肉的收缩、神经信号的传导等。第二，呼吸过程能为体内其他化合物的合成提供原料。在呼吸过程中所产生的一些中间产物，可以成为合成体内一些重要化合物的原料。例如，葡萄糖分解时的中间产物丙酮酸是合成氨基酸的原料。

通过对呼吸作用的解析发现，所有生命体生命活动所需要的能量都离不开环境中的具有能势差的两种物质：一种是释放能量的高能物质，也可称之为生命体的食物、碳源或能量供体（energy donor）（在后文中以能量供体的形式呈现）；另一种是与能量供体之间存在能势差，用于驱动能量供体能量释放，并接收部分能量的物质，称之为能量受体（energy acceptor）。例如，对于人类而言，其能量供体包括各种碳水化合物、脂肪等，能量受体为氧气（本书中所指能量供体和能量受体是生命体需要从环境中获取的，是独立于生命体知之外，而不是自身的组成成分）。学过生物的人可能会问，葡萄糖代谢释放的能量会以化学能的形式储存在三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）中，传递给氧气的能量相对要少很多，为什么氧气被认为是能量受体，而接受能量并转变成ATP的二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）不被认为是能量受体呢？实际上这里并没有否认ADP是葡萄糖的能量受体，之所以称氧气是能量受体是因为：1）葡萄糖与氧气之间的能势差要比与细胞中的其它接收能量的物质之间的能势差大；2）氧气是从环境中获取的，不是细胞自身的组成成分。正如“黄河之水天上来，奔流到海不复回”、“白日依山尽，黄河入海流”等，这些诗句并不是说黄河里的水只流入海，也并没有否认黄河两岸人民及其农作物等对水的消耗，之所以这样说主要是因为海平面与黄河源头有最大的地势差。

由于脱离能量供体或能量受体的生命体将不再产生有效的生命活动，广义上讲，生命体应该由具有正常代谢活性的生命体及与其对应的能量供体和能量受体三部分组成。对于生命体、能量供体和能量受体三者之间的关系，根据能量在其中的流动方向，可以称生命体介导了能量从能量供体向能量受体的流动。能量供体和能量受体都是自然界的组成部分，因此，生命体在自然界中的功能本认为是介导自然界中的能量流动。本书选择从生命体介导能量流动的角度去认识生命的起源和进化。

1.4 选择能量流动这一观察视角的优势

物质的结构决定其功能，单一物质往往具有多种功能，物质之间的组合体有时还会产生新的功能。因此，物质功能的多样性要远远多于物质种类的多样性。无处不在的元素组成了世界上所有的物质，如果将任何一个物体分解至其最小的组成单元，就会发现，它们都是化学元素。至今总共发现了100多种元素，大多数物质都是由其中几种元素组成。例如，纸张由碳、氢、氧构成，而人体则由25种元素组成。从天上的太阳到浩瀚无际的宇宙，元素凌驾于任何物质至上。能量的表现形式可多种多样，然而，电子供体在生命体内的氧化分解过程是由一系列的氧化还原反应组成。氧化还原反应的本质是电子的得失或转移，可推知电子供体的氧化分解过程，除了产生热能外，还伴随着电磁能和化学能的产生。因此，生命体中的能量种类主要包括热能、电磁能和化学能。

    综上所述，可发现：物质功能的多样性>物质种类的多样性>构成物质化学元素种类的多样性>能量的多样性。组分种类越多，组分之间的联系就越复杂，就越难以明晰组分所组成系统的发展规律，这也是本身选择所含种类最少的能量的角度去解析生命的起源与进化的另一缘由。