神奇的生命胚芽

生命是什么

从外太空看地球，有时会是一颗浅蓝色的巨型“月亮”。在这颗超级蓝“月亮”上，生息繁衍着被称为“人”的高级智慧生命。之所以高级智慧，是因为人有思想。当然，一些特别聪明的动物或许也有思想，但都尚处在萌芽状态，对人根本构不成威胁。这些动物要想晋级像人一样的高级智慧生命，可能进化多少万万年都未必成功。这个星球上的人有四大种族，表现为黄、白、黑、棕四种颜色，依靠各自的遗传基因维持着这种差异。至少在太阳系中，人居于食物链的顶端，居于思想的高峰。然而，这种在动物眼里像“神”一样的生命，当长期独处，或在沙漠里长途旅行，或在荒岛上久居，或在外太空漫步，往往不禁会想：生命是什么？从哪里来？到哪里去？

从宏观到微观

迄今天文学和生命科学的研究，还没有从外太空发现任何形式的生命。传说中的外星人和外星生物，都是神话或猜测，并没有经过严格的科学证实。至少从目前看来，地球是令其他星球羡慕的生命的宠儿。整个生物圈，从大气，到海洋、湖泊、河流、沼泽，再到高山、高原、台地、丘陵、沙漠、平原、峡谷，到处都活跃着各种形式的生命。当然，有的肉眼看得见，有的肉眼看不见。

动物是生物圈最活跃的生命，天上飞的、水里游的、地上跑的，以采食植物或捕食动物而生存。世界上体积最大的动物是蓝鲸，一般体长为22～33米，体质量为150 000～180 000千克。相当于约25只大象，或者2 000～3 000个人的重量。

但蓝鲸不是最长的动物，最长的动物是一种名不见经传的海洋蠕虫。它是在英国海滩被发现的，长55米，生活在海底。虽然贵为体积最大或者最长的动物，但它们都不是寿命最长的动物。寿命最长的动物是一种属于蛤蜊类的软体动物，称为“明（Ming）”，507岁，这种动物诞生时中国正处于明朝。

植物是自养型生物，通俗地讲，就是自己能够养活自己。动物以植物为食，或者靠扑杀其他动物果腹。例外情况是，极少数植物（相对庞大的植物种群）喜欢吃荤，如捕蝇草、猪笼草、捕虫堇、瓶子草、茅膏菜、狸藻、花柱草、土瓶草、彩虹草等，大概有600多种。这些食虫植物是植物园里的“明星”，深受游客们青睐。许多家庭也喜欢养来观赏。

世界上体积最大的活生物体，说起来令大型动植物羞愧，竟是一种微生物。根据维基百科记载，在美国俄勒冈州东部草莓山的马尔赫国家森林公园中，发现了一种被称为“奥氏蜜环菌”（Armillaria ostoyae）的巨型蘑菇，菌丝体蔓延达8.9平方千米，相当于1 240多个足球场的面积，推测约有2 400岁。这种巨型蘑菇单株总质量为605吨，超过了世界上最大的动物——蓝鲸。2003年4月出版的《加拿大森林研究杂志》（Canadian Journal of Forest Research）报道，在美国俄勒冈州东北部蓝山地区，发现了一种致病性奥氏蜜环菌，大小约为9.65平方千米，相当于1 350个足球场的面积，年龄估计为1 900～8 650岁。

世界上最高的植物是澳洲杏仁桉树（Australian almond eucalyptus），最高达156米，相当于50层楼高。小鸟儿在树顶欢快地唱歌，树下听起来就像蚊子嘤嘤叫。真是应了那个成语——古树参天。

世界上最长的植物是波西多尼亚海草（Posidonia Oceanica），西班牙生物学家发现的一株长达8 000米。这种濒危的海藻，还拥有世界上寿命最长植物的美名，能够活到10万年以上，海龟（平均寿命为175岁，最高寿命为300岁）跟其根本不在一个数量级。

与动物、植物不同，被称为“微生物”的这种生命，种族间体型相差悬殊，从巨型蘑菇——“蜜环菌”，到需要借助于电子显微镜才能看到的各种细菌、病毒，体积、长度、体质量分布跨度太大。

细菌的形状主要有球状、杆状、螺旋状，大小通常在1微米以下。病毒的形状多种多样，主要有球状、杆状、复杂形状，大小一般为10～30纳米。要知道，1纳米为百万分之一毫米。这些极其微小的生命，看不见，摸不着。

介于细菌和病毒之间的一种微生物是支原体，又称“类胸膜肺炎微生物”，大小为0.1～0.25微米，1微米为千分之一毫米。其外表像汤圆，有时呈丝状或分枝状，最小的体积仅有一般细菌的千分之一。支原体是世界上最小，也是最简单的细胞，像动物细胞一样没有细胞壁，寄生在人和动物体内，多数不致病。少数可引起肺炎、尿道炎、盆腔炎、输卵管炎等疾病。

病毒、细菌的最长寿命不好说，因为休眠状态的病毒、细菌，只要环境条件允许，可以无限期存活。科学家们发现的一种称为“玛士撒拉小虫”的细菌，寿命可达2.6亿年，远非人、动物、植物能比拟的。

新物种的来源

生物的种类丰富多样。迄今科学家已发现并记载的生物有200多万种，包括动物150多万种、植物30多万种、微生物10多万种。地球上物种的真实情况，恐怕要远远大于这个数字，因为还有太多物种没有被发现。我们都已经习惯了，经常有新物种被报道出来。

有多种途径可以产生新物种

●物种自身基因变异，包括基因在复制过程中发生的极小概率的碱基配对错误、环境因素（物理因素如辐射、化学因素如亚硝胺、生物因素如病毒等）诱导的基因突变、细胞分裂过程中发生的极小概率的染色体复制和分离错误等。

●不同物种间杂交。由于存在物种间生殖隔离，如马和驴交配后产生的骡子，不能生育。只有亲缘关系较近的物种杂交才能产生有繁殖能力的后代，如两种甜瓜（羊角蜜、绿宝石）之间的授粉，白种人和黑种人通婚，都能产生有生育能力的基因，不同于亲代的子代。

●转基因、克隆等传统技术和胚胎干细胞、基因编辑等新兴技术。通过基因操作和胚胎干细胞、克隆技术，可以快速改变物种基因，诞生新物种，并且可对新物种基因进行优化。相比，通过物种自身基因变异，不同物种间杂交，再经自然选择，诞生新物种，多数情况下要经历漫长的时间。

在地球上，每天都会有新物种诞生，也会有新物种灭绝，这就是物种更迭。在热带雨林里，物种间的生存竞争激烈，物种更迭的速度也会更快一些。以前一些常见的动植物，由于环境、人为等因素，已经极度濒危，变成了国家保护动植物，只有在动物园、植物园里才能看到。

动植物死去后，最终被微生物分解利用，回到自然界的物质循环。

那些灭绝的动植物，成了一个个鲜活的生命记忆。远古时期灭绝的动植物，经过漫长地质历史时期的演化，有的变成了化石，躺在自然博物馆里供人们观看。我们看到了从没有看到过的大大小小的生物：三叶虫、恐龙、黄河象、剑齿虎、猛犸象、披毛犀、硅化木等。

史前动植物幸存下来的也有，如植物活化石有水杉、银杏树、珙桐、香果树等，动物活化石有鸭嘴兽、大熊猫、中华鲟、扬子鳄、鹦鹉螺、鲎、树袋熊（考拉）等。

现实环境中，一些曾经灭绝的动植物再度出现，是因为长时间出现了适合这些灭绝的动植物生存的环境。

有人不禁要问，史前动植物既然灭绝了，应该不可能繁衍后代了，怎么会又出现呢？

这种现象不难解释，一些植物种子、动物受精卵，在环境变得恶劣时，会诱导基因启动休眠程序。在休眠状态下，植物种子、动物受精卵会被长期保存，直到遇到合适环境，种子启动萌发，受精卵启动发育。

一些史前时期的细菌、病毒，被埋在北极地区厚厚的冰层下，处于休眠状态。一旦这些厚厚的冰层，由于温室效应而融化，这些休眠的细菌、病毒便被释放出来，并处于活动状态。由于现代人从没有接触过这些细菌、病毒，对它们没有免疫力，会有致命危险，需要引起高度警惕。人们应该自觉保护环境，减少大气中的碳排放，控制北极地区温度继续升高。

随着干细胞、基因、克隆、胚胎发育等技术的不断成熟，史前动物也可能被科学家从实验室里复活出来，供人们研究、观赏，同时也可大量繁殖濒危动植物，使它们免遭灭绝。

生存竞争

地球上的生物种类繁多，生存压力大。动植物间是“吃”与“被吃”的关系，学术上称为“捕食者”与“被捕食者”。众多动植物间的这种关系构成了食物链，这是大自然中一种看不见摸不着的链条。不同物种间的食物链错综复杂，彼此交织成网状，称为“食物网”，每一个物种都是这张大网上的一个“结”。

动植物和微生物间，有共生，也有寄生。这两种关系，既可能对动植物有利，也可能有害。譬如根瘤菌和大豆共生，根瘤菌可以从大豆中取得生存需要的营养，大豆也可以利用根瘤菌固定的“氮”作为营养，这是互利共生。菟丝子和大豆则是寄生关系，菟丝子从大豆体内吸取水分和营养，维持自身生存，还遮住了光线，影响大豆的光合作用，不能为大豆生长提供任何营养。

有时候，共生和寄生可以转化，如大肠杆菌。正常情况下，大肠杆菌和人体是共生关系。大肠杆菌可抑制肠道内有害微生物生长，分解食物，帮助消化，合成维生素B和维生素K，供人体利用；人体为大肠杆菌提供居住场所和食物。然而，当大肠杆菌从肛门进入尿道口，就会引起尿道感染，此时大肠杆菌和人体的关系就变为寄生。扁平疣和瘊子就是寄生在人皮肤里的人乳头瘤病毒（human papilloma virus，HPV）所致，既影响美观，又影响健康。

物种要生存，就要学会适应。捕食者要有相应武器和快速反应和攻击能力，譬如老虎的快速反应和攻击能力很强，有锋利的牙齿，强有力的爪子，舌头上长着倒刺，便于舔干净猎物骨头上的碎肉；毒蛇有尖尖的牙齿和毒液；啄木鸟有坚硬的长喙。被捕食者就要善于奔跑、伪装、隐藏，如变色龙变色、竹节虫拟态、毒蘑菇有警戒色等。不能适应的物种，就会在激烈的生存竞争中被淘汰，从而灭绝。

保证自身物种不被灭绝是天赋权利。物种要想生存繁衍，在任何时候，学会分辨敌人和朋友都是极为重要的生存法则。若是敌友不分，将有变成食物的危险。

许多动物有了简单的社会意识。譬如蜜蜂，社会分工明确。蜂王专职产卵，繁衍后代；雄蜂只是负责与蜂王交配；工蜂负责采花酿蜜。灵长类动物甚至有了等级观念，譬如猴子。笔者有一位研究员朋友，是动物生态学家，在中国科学院工作，曾多年隐居峨眉山，观察研究猴子的日常生活行为，并用摄像机录下来，几年下来，获得了大量一手资料。有一次，他来北京出差，我请他吃饭。我说，在峨眉山观察猴子这么多年，得道升仙了吧。他说，没有，猴子跟人类一样，也存在竞争。接着用了大量描写人类行为的语言，娓娓讲述猴子的故事，用《红楼梦》中的人物代替现实中的猴子，听后不禁让人捧腹大笑。

以伦理道德绑架和指责低级物种是一种处于自身生存需要的自我保护行为。譬如，一匹十几天没有进食的草原饿狼，忍不住在一天夜里偷食了牧人家的小羊羔。牧人们发现后，纷纷指责大恶狼没有人性，连羊宝宝都不放过。其实，在狼的世界里，小羊羔仅仅是食物而已，其他什么也不是。这就是物种间生存竞争的残酷性。

细胞形态的生命

1938年，德国植物学家马蒂亚斯·雅各布·施莱登（Matthias Jakob Schleiden）发现，植物体都是由细胞组成的。翌年，德国动物学家西奥多·施旺（Theodor Schwann）发现，动物体也都是由细胞组成。施莱登和施旺共同创立了细胞学说，被誉为19世纪自然科学三大发现之一。大多数肉眼可见的生物都是由多种细胞组成的，称为多细胞生物，如羊、鸡、鱼、玉米、棉花、西红柿等。

动物细胞、植物细胞都有细胞膜、细胞质、细胞核，其中细胞核由双层核膜包裹着，里面有核液、核仁、染色体。细胞核与细胞质界限清晰，各自独立。这样的细胞称为真核细胞。动物体、植物体都是由真核细胞组成的，所以动物、植物都是真核生物。动物细胞、植物细胞也有明显区别，植物细胞有细胞壁、液泡、叶绿体，动物细胞则没有。除动植物外，真核生物还包括真菌，这个大家族的成员有酵母、霉菌、块菌、菌菇类等，总数有12万种之多。与动物细胞一样，真菌细胞没有叶绿体，不能进行光合作用。

酵母菌细胞本身就是独立生活的个体，是单细胞生物。还有一些真核单细胞生物，比如人们很熟悉的矽藻，是生活在湖泊海洋中的浮游藻类，身体呈褐色，又称褐藻；变形虫，又称阿米巴，生活在清水池塘、水流缓慢且藻类较多的浅水、人体肠道等处，寄生于人体时会使人感染发病；眼虫，生活在含机质丰富的水沟、池沼、缓流等处，既像植物细胞，有叶绿体，能光合作用，又像动物细胞，能随意运动，是一种富有科幻色彩的动物，又称裸藻，绿虫藻。

与真核细胞不同，原核细胞更小，一般为1～10微米，仅为真核细胞体积的1/10 000～1/10，需要借助于高倍光学显微镜（油镜）或电子显微镜才能看到。原核细胞没有核膜、核仁，只有核区，称为拟核。遗传物质（DNA）存在于核区中，没有双层核膜包裹。原核生物比较原始，都是单细胞生物。原核生物包括细菌、放线菌、古细菌、蓝藻（蓝细菌）、衣原体、支原体和立克次氏体。不少原核生物是人类病原体。然而有些原核生物对人类有益，如青霉菌、链霉菌、诺卡氏菌等，用于发酵工业，生产抗生素。

分子形态的生命

病毒是地球上恐怖的物种之一，包括人类免疫缺陷病毒、流行性感冒病毒、埃博拉病毒、登革热病毒、狂犬病毒、乙型肝炎病毒、轮状病毒、严重急性呼吸综合征冠状病毒（severe acute respiratory syndrome Coronavirus，SARS-CoV）、新型冠状病毒等，种类繁多。有些病毒非常神秘，看不见，摸不着，却能传播瘟疫，造成大量人口感染发病，甚至死亡，即使侥幸治愈，有些患者也会留下后遗症。1918年的西班牙大流感，造成5亿人感染，2 500万～4 000万人死亡。当时全球人口仅有约17亿人，死亡率为2.5%～5%。一些流感患者治愈后，患上了严重的心脏性疾病、神经精神性疾病等后遗症，余生苦不堪言。不少人经不起病痛的折磨，选择自杀。

跟寄生虫类似，病毒是一种寄生物，只是肉眼可见的寄生虫寄生在肉眼可见的人体内，肉眼不可见的病毒寄生在肉眼不可见的细胞内。寄生在动物细胞内的称为动物病毒；寄生在植物细胞内的称为植物病毒；寄生在细菌细胞内的称为细菌病毒，又称“噬菌体”。按照所含遗传物质种类，病毒分为DNA病毒和RNA病毒，又可细分为单链DNA病毒、双链DNA病毒、单链RNA病毒、双链RNA病毒。

组成病毒的生物大分子包括核酸、蛋白质、脂类和糖类。最复杂的病毒含有核酸、蛋白质、糖类、脂类，如流感病毒的组成成分是核酸（单股负链RNA，即“ss-RNA”，储存病毒遗传信息）、蛋白质（核蛋白、RNA多聚酶、膜蛋白、基质蛋白、血凝素、神经氨酸酶，参与病毒结构维持、RNA转录以及病毒粒子组装、释放、识别和侵入宿主细胞）、脂类（磷脂双分子层，来自宿主细胞膜）、糖类（血凝素、神经氨酸酶都是糖蛋白，参与识别、侵入宿主细胞）。有些病毒含有蛋白质、核酸，如烟草花叶病毒的组成成分是核酸（单股正链RNA，即“ss+RNA”，储存病毒遗传信息）和蛋白质（蛋白质外壳包裹着核酸，对核酸起保护作用，同时维持病毒结构）。还有些病毒更简单，仅含有核酸或蛋白质。类病毒是一种有传染性的环状闭合的单链RNA，分子量约105道尔顿，又称“感染性RNA”。通过高等植物表面机械损伤感染，表现出一定症状，并通过花粉和种子进行传播。

本来病毒就是寄生物，可拟病毒竟敢寄生在病毒体内，真是道高一尺魔高一丈。拟病毒是一类包裹在真病毒粒子中的缺陷类病毒，仅由裸露的RNA（300～400个核苷酸）组成，又称“类类病毒”“卫星病毒”“微型RNA”。更为不可思议的还是朊病毒，传染性极强，却没有遗传物质核酸。朊病毒又称“朊粒”，是一类能侵染动物细胞并在里面复制的小分子无免疫性疏水蛋白质，分子量2.7万～3万道尔顿，大小为30～50纳米。由于实在太小，连电子显微镜都观察不到病毒粒子结构。朊病毒是疯牛病的病原体，故又称“感染性蛋白质”。疯牛病跟狂犬病一样致命，发源于英国的牧场。

病毒是分子形态的生命，只能寄生在活细胞内进行生命活动。需要借助于活细胞内的设施和原料，大量复制自己，繁衍后代，维持物种生存。这种生命形式的最大特点是不能独立生活，或者说只是半条生命。

生命的本质

吃喝拉撒睡，是人的基本生命活动，在此基础上，从事更高级的生命活动，如繁殖、学习、工作、锻炼、休闲等。通过吃、喝、吸气（呼吸），获得组成人体需要的物质，再通过拉、撒、呼气（呼吸）、排汗，排出体内不需要的废物，周而复始，形成人体的物质循环，生命科学家称为物质代谢。生命活动需要的能量来自吃喝进人体的动物性或植物性食物，食物中的能量最终来自绿色植物固定的太阳的光能。然而人体结构决定了不能直接利用太阳的光能，需要转化为食物中储存的化学能，才能被可控地利用。人体物质循环过程中，伴随着能量循环，学术上称为能量代谢。

依靠储存在食物中的化学能，为人体各种生命活动提供动力，就像汽车靠燃烧汽油、柴油提供动力一样。食物中的能量，最初固定在绿色植物通过光合作用合成的葡萄糖中。通过物质代谢中的一系列生物化学反应，葡萄糖中的能量又被转移到其他糖类、蛋白质、脂肪等生物大分子中。脂肪成了储存能源的仓库，在长时间饥饿时会被动用。

糖类、蛋白质、脂肪中的能量是怎样被利用的呢？

原来人体细胞内有一些动力工厂，称为“线粒体”。线粒体与汽车发动机有些类似，生物大分子中储存的能量通过一系列生物化学反应，在这里被以腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）形式释放出来，供给各种生命活动需要。

生命的本质就是这些能量代谢。当然，能量代谢以物质代谢为依托。没有物质代谢，就没有能量代谢。

地球上也有例外。个别生物，生命活动的能量不是来自太阳的光能，如硫化细菌，包括排硫硫杆菌、氧化硫硫杆菌、脱氮硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等，依靠氧化硫化物获得能量。硫化物中的能量属于化学能，跟太阳能没有关系。科学家发现，太平洋海底火山喷口附近，生活着大量红色的多毛虫、大螃蟹，以细菌为食物。这些生物，生命活动需要的能量，最终不可能来自太阳的光能。

这些特殊的生命形式，对于寻找外星生命，具有启发意义。

碳基生命以外的生命形式

迄今地球上发现的生物，都是碳基生命，或称“碳基水基生命”。组成地球生物的蛋白质、核酸、糖类、脂类等生物大分子，都是以碳元素作骨架。在生命活动过程中，通过物质代谢和能量代谢进行的一系列酶催化的生物化学反应，都是以水为介质进行。地球生命，离不开水，水是生命之源。

处于对迥异于地球环境的其他星球的强烈好奇，美国著名化学家、科普科幻作家艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）提出了六种生命形式，碳基水基生命仅是其中之一。硅基生命的概念，是1891年波茨坦大学的天体物理学家儒略·斯坦纳（Julius Sheiner）最早提出来的，之后被英国化学家詹姆士·爱默生·雷诺兹（James Emerson Reynolds）所接受。硅基生命成了许多科幻小说中的主人公，但是并没有经过科学证实。相反，硅基生命的概念面临着许多挑战，还存在不少争议。

由于认识的局限，人们甚至还不清楚，地球上有没有碳基生命以外的生命形式，譬如在深海区、陆地深处、南北极厚厚的冰层下。至于人们对外太空其他星球的了解，就更少，幻想的成分多。