基因決定命運？不，生命從來沒有預設的劇本

大約40億年前，地球上出現了第一個“生命”。那或許只是一團包裹在脂質膜中的核酸與蛋白質，在原始海洋的熱泉口附近完成了第一次自我復制。但……等等，什么是生命？

這個看似簡單的問題卻困擾了科學家和哲學家數千年。1944年，量子物理學家薛定諤在《生命是什么》中曾試圖用“負熵”為生命下定義，卻也承認這只是描述而非答案。書中跨學科的觀點啟發了后來DNA雙螺旋結構的發現，但要真正理解生命，我們必須先弄清楚它是如何運作的。

在歷史長河中，人類對生命的探索從未停止。亞里士多德提出“生機論”，認為生命體具有特殊的“生命力”；笛卡爾則將生物視為精密的機械裝置；達爾文用自然選擇理論解釋生命的多樣性。進入20世紀后，隨著分子生物學的突破，我們逐漸揭開了生命的層層面紗。但不得不承認，生命的運作機制仍然充滿了未知，許多問題至今沒有確切答案。比如，癌癥為何難以攻克？衰老的本質究竟是什么？意識的起源和本質又是什么？這些問題困擾著科學家，也激發著我們對生命的無限遐想。

英國皇家化學會會員、《自然》前編輯菲利普?鮑爾（Phillip Ball）以20余年科普寫作的積淀著成的《生命傳》（

How Life Works

菲利普·鮑爾（Philip Ball），科學作家，英國皇家化學會會員、歐盟委員會合成生物學專家團成員、BBC“科學的故事”欄目出品人，曾任《自然》期刊編輯20余年

作為同時深諳科學細節與人文視角的科普作家，鮑爾的獨特之處在于：既不沉迷于基因序列的瑣碎數據，也不滿足于“生命是臺精密機器”的簡化模型，而是將生命視為一場“多維度的即興演出”，打破了“基因決定論”“生命機械論” 等傳統認知的桎梏，通過解析DNA與蛋白質的動態交互、細胞信號網絡的混沌與秩序、多細胞生物的自組織原理等前沿發現，展現出生命作為復雜系統的靈動與韌性。

在《生命傳》中，鮑爾顛覆了傳統生物學的認知，提出了三大新觀念：

基因是仆人，而非主人：DNA并非生命的唯一指揮官，細胞、蛋白質、組織等層級各有其自主性。

生命拒絕簡化類比：將生物體比作機器或計算機是誤導性的。生命通過分子噪聲、隨機性和自組織實現動態平衡，而非預設程序。

生命是層級的交響樂：從RNA的轉錄糾錯到細胞群體的集體決策，生命通過多層級協作“創造意義”。正如諾貝爾獎得主、生物學家方斯華·賈克柏所言：“生命可不只是一種單一組織，而是一系列像俄羅斯套娃那樣互相嵌套的組織。”

熵增是宇宙的法則，生命選擇逆熵而行

多層級協作的生命圖景，或許正是生命能夠“逆熵而行”的核心奧秘。

“熵”最早由德國物理學家克勞修斯于1865年提出，用于度量一個系統的“內在混亂程度”。簡單來說，熵越高，系統越無序；熵越低，系統越有序。

熵增定律指出，在一個孤立系統中，如果沒有外力做功，系統的總混亂度（熵）會不斷增大。這就如同我們的房間，如果不加以整理，會越來越亂；一杯熱水放在桌上，熱量會逐漸散失，最終與周圍環境溫度一致。從更宏觀的角度看，宇宙也在遵循著熵增定律，終將走向熱寂與無序，這似乎是宇宙萬物不可避免的命運。

然而，生命卻像是一個奇跡，一個違背熵增定律的“叛逆者”。從簡單的單細胞生物到復雜的多細胞生物，從生機勃勃的植物到靈動聰慧的動物，生命以其獨特的方式展現著有序性和組織性。生物體有著精確的結構和功能，細胞能夠有條不紊地進行代謝、分裂和分化，器官之間相互協作，維持著生命的正常運轉。

生命是如何做到這一點的呢？薛定諤認為，答案或許在于生命是一個開放系統，它能夠與外界進行物質和能量的交換。他提出生命以“負熵”為食，即通過攝取外界的低熵物質（如食物、陽光），排出高熵廢物（如熱量、代謝產物），來維持自身的低熵狀態。植物通過光合作用，將太陽能轉化為化學能，合成有機物質，這是一個從無序到有序的過程，降低了自身的熵。而動物則通過攝取植物或其他動物，獲取能量和物質，維持生命活動和身體的有序性。

但鮑爾認為薛定諤雖然提出了關鍵問題，卻給出了過于機械化的解決方案。鮑爾進一步揭示，這種逆熵能力絕非簡單的能量轉換，而是源于生命系統獨特的層級架構：

分子層面的隨機性利用。與傳統認知相反，生命并非竭力消除分子噪聲，即便組件中存在噪聲或者發生某些變異，這類宏觀節點都能可靠運作。

細胞尺度的自主決策。每個細胞都像微型"逆熵引擎"，能根據微環境調整代謝策略。

組織層級的抗脆弱性。當干旱讓草原枯萎，一些植物的根系會通過化學信號協調資源分配，這種群體智慧使生命系統在擾動中保持穩定。從更廣泛的意義上說，地球生命已經持續存在了近40億年，生命的韌性非凡！

我們曾以為生命是一部精密的機器，后來以為它是一臺復雜的計算機。但現在我們終于明白，生命更像一片永遠在生長的森林，每個細胞都是一棵會思考的樹，它們彼此競爭又相互滋養，在混亂中創造秩序，在有限中追求無限。

我們真的是基因的傀儡嗎？

這片在混亂中生生不息的“生命森林”，既展現著逆熵的奇跡，也暗藏著更深層的謎題：維系這一切秩序的核心力量究竟是什么？是基因在幕后操控著每一片葉子的生長方向嗎？我們真的是基因的傀儡嗎？

在探索生命運作機制的道路上，理查德?道金斯的《自私的基因》無疑是一部具有里程碑意義的著作。這本書出版于1976年，一經問世便引起了廣泛的關注和激烈的討論。道金斯在書中提出，基因是自然選擇的基本單位。

2000年6月，人類基因組計劃宣布完成草圖時，時任美國總統克林頓曾豪情萬丈地宣稱：“此時此刻，我們正在學習上帝創造生命的語言。”人類基因組計劃的完成，曾讓人們滿懷期待，以為我們即將揭開生命的所有奧秘。科學家們原本預計人類大約有10萬個基因，然而結果卻令人驚訝，人類基因的數量只有2萬個左右，與一些簡單生物的基因數量相差并不懸殊。這一發現讓人們開始反思，基因似乎并不能完全決定生命的一切。

越來越多的研究表明，生命并非僅僅由基因決定，環境、表觀遺傳等因素同樣起著至關重要的作用。表觀遺傳是指在不改變DNA序列的基礎上，調控基因表達的現象。

父母的生活經歷，如飲食、壓力、環境暴露等，都可能通過表觀遺傳標記傳遞給后代，影響后代的基因表達和生理特征。在納粹占領荷蘭期間，那些因為封鎖食物而在食物短缺中孕育下一代的女性，她們的孩子長大后出現肥胖、心血管疾病等代謝問題的概率明顯增加，而且這種影響還延續到了再下一代。這說明，環境因素可以在基因上留下“印記”，改變生命的軌跡。

此外，基因的表達也不是一成不變的，它會根據細胞的需求和環境的變化進行動態調整。以果蠅為例，致癌基因和無翼基因是完全一樣的，只是名字不同，表現的效果不同。在后來的研究中，科學家們又發現這樣的基因不止這一種，類似的基因其實是一個家族，這個現象在生物學中到處都有。

基因確實是生命的重要組成部分，在生命的舞臺上扮演著獨特的角色。但基因并不是決定一切的主宰。鮑爾說道：“基因不能產生生命，相反，基因依賴生命。”科學哲學家詹姆斯·格里塞默極為直率地表達了這一點：“基因根本不是主宰一切的分子，它們是發育的囚徒，被囚禁在森嚴牢獄的最深處。”

哈佛大學的科學家曾觀察到一個奇妙現象：當酵母細胞處于饑餓狀態時，一種名為Gcn4的蛋白質會主動附著在200多個基因的啟動子區域，喚醒那些負責氨基酸合成的基因。更令人驚訝的是，這些基因的激活順序并非固定不變，而是根據細胞內的營養水平靈活調整。這哪里是基因決定蛋白質，分明是蛋白質在指揮基因該何時登場。

如今看來，基因并非“主宰者”，更像是一本被反復批注的詞典，沒有哪個基因能獨自決定“我要長成一朵花”，就像沒有哪個漢字能單獨寫出一首詩。

在混亂中尋找秩序

從魚鰭到人手，從鳥翼到蝙蝠翅膀，生物學家發現這些看似不同的器官，都由相同的“模塊”發育而來。這種模塊化設計賦予了生命驚人的適應性。當環境變化時，生命不需要推倒重來，只需調整模塊的組合方式。恐龍的鱗片逐漸演化成鳥類的羽毛，前肢變成翅膀，這種改造并非從零開始，而是在原有結構基礎上的創造性轉化。

強大穩健性是生命的另一個重要特征。無論是干旱、洪澇、高溫、低溫等自然環境的變化，還是病原體的入侵、自身的損傷等內部因素的影響，生命都能夠通過各種機制保持自身的穩定性和生存能力。

動物在面對病原體入侵時，免疫系統會迅速啟動，識別和清除病原體。免疫系統中的T細胞、B細胞、巨噬細胞等各種免疫細胞相互協作，形成了一個復雜的防御網絡。生命還具有自我修復的能力。當生物體受到損傷時，細胞會通過分裂和分化來修復受損的組織和器官。皮膚受傷后，表皮細胞會迅速分裂，填補傷口，使皮膚恢復完整。植物的應激反應更具詩意。當樹木遭遇蟲害，會釋放揮發性化學物質警告周圍的同伴，鄰近的樹木接到信號后，會主動增加葉片中的單寧含量，讓害蟲難以下咽。這種無聲的互助，讓整片森林形成了一個巨大的防御網絡。

此外，在生命的發展過程中，存在著渠限化現象。這意味著生命的發展并非無限可能的，而是受到一定的限制。在胚胎發育過程中，細胞會按照特定的路徑分化成不同的組織和器官，而不是隨意發展。這種渠限化使得生命的發展具有一定的方向性和確定性。

渠限化也與生命的穩定性和適應性密切相關。它使得生命系統能夠在有限的資源和條件下，發展出最適合生存的特征和能力。不同的生物在進化過程中，通過渠限化形成了各自獨特的形態、結構和功能，以適應不同的生態環境。例如，鳥類進化出了翅膀，使其能夠飛行，適應空中的生活。魚類進化出了鰓，使其能夠在水中呼吸，適應水生環境。

生命的未來：重新定義可能與邊界

當我們突破基因決定論的桎梏，生命科學正迎來前所未有的可能性。合成生物學作為生命科學領域的一顆新星，正逐漸嶄露頭角。這是一門匯聚了生物學、工程學、化學等多學科知識的前沿學科，旨在通過對生物系統的設計和構建，創造出自然界中原本不存在的生物功能和生物系統。

2010年，美國科學家克雷格?文特爾領導的研究團隊成功合成了第一個人工合成基因組，并將其植入到一個去除了遺傳物質的細菌細胞中，創造出了第一個“人造生命”。2021年，我國科學家將釀酒酵母的16條染色體融合成1條，這個“極簡酵母”不僅存活下來，還能正常繁殖。

這些突破并非簡單的基因編輯，而是重新設計生命的底層邏輯。科學家們正在嘗試構建具有全新功能的生物系統：能檢測土壤重金屬的細菌，能生產抗癌藥物的酵母菌，甚至能分解塑料的工程菌。

合成生物學的發展，讓我們對生命的理解攀升到了一個新的高度。它不僅為我們提供了一種全新的視角來審視生命的本質，還為解決能源危機、環境污染、疾病治療等人類面臨的諸多挑戰提供了新的解決方案。例如，糖尿病患者需要的胰島素曾經依賴從動物胰腺中提取，如今則可以讓工程菌在發酵罐中大量生產。這種將生命改造成“微型工廠”的技術，正在用最溫柔的方式緩解人類的痛苦。

與合成生物學并駕齊驅的還有再生醫學。蠑螈能再生斷肢，海星能重建內臟，這些生物的再生能力曾讓人類羨慕不已。如今，致力于利用生命科學和工程學的原理，促進人體組織和器官的再生與修復的再生醫學正在讓這種羨慕變成現實。日本科學家成功將皮膚細胞重編程為誘導多能干細胞，這種細胞能分化成各種組織器官，為器官移植帶來了曙光。

除了干細胞，再生醫學還涉及組織工程、生物材料等多個方面。組織工程通過構建三維支架，并在其上種植細胞，模擬人體組織的結構和功能，實現組織的再生。生物材料則為細胞的生長和組織的修復提供了良好的微環境。科學家們開發出了各種生物可降解材料，這些材料可以在體內逐漸降解，不會對人體造成負擔。通過將生物材料與干細胞技術相結合，可以更好地促進組織和器官的再生。

如今，具身智能進入了百花齊放、高速發展的階段，但有一些科學家卻在嘗試另一種思路：用肌肉細胞驅動微型機器人。這些“生物機器人”既有機器的精確控制，又有生命的自主修復能力，它們能在體內精準遞送藥物，或是在環境中檢測污染物。

更具顛覆性的是“腦機接口”技術。當癱瘓患者通過植入大腦的電極控制機械臂，當漸凍癥患者用意念拼寫單詞，這些突破不僅改變了殘障人士的生活，當機器成為身體的延伸，當電子信號與神經沖動交融，生命的定義正在被重新書寫。

如果基因不是命運的主宰，那么我們在編輯胚胎基因時，是在糾正錯誤，還是在重寫人類的未來？如果意識源于細胞的集體智慧，那么AI是否也可能“覺醒”？

《生命傳》最終將我們引向一個更深遠的思考：當我們越來越擅長“改寫”生命時，我們是否真正理解了生命的本質？鮑爾在書中提醒我們，科學的發展不應只關注“我們能做什么”，更要思考“我們應該做什么”。

一場顛覆生命科學的概念變革

一部關于生命的恢宏“傳記”

打破生命認知的黑箱

在AI時代重新理解智能、進化和創造

-End-

2025.7.14

編輯：閃閃 | 審核：孫小悠