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生命 与非 生 命 的 界 限 科学如何走向统一 O 刘元 维 -1．口 据英国戴维斯的观点：一个镜像对称的封 ／卜r 闭系统，在时间上是严格不变的c它既有两 l 、 个起点 ，也有两个终点。“而它的历史终点 就是它的未来起点 ，所 以知道 了历史就看 到T未 来 而它现在的状况 ．就是由历史原因造成的 ．并决 定了它的未来结果 ． 他写道 ， 如果把这个系统分成 两半，那幺我们现在其有历史，没有未来，或相反．只 有未来 ，而没有历史。”所 ，这个对称系统 ，就是 由 历史与未来两个独立系统分界构成的= 这就意味着 ，科学发展不能总走直线。园为 ，在 跨学科的交叉点上 ，既隐 含着历史科学的一半 ，也包 容着未来科学的另一半 ，所以．在理论原则上两者不 能混为一谈 。 生命与非生命的界限 在近代科学中，物理学是最先实现技术现代化 和高度数学化的学科。化学也 随着物理学的发展被 分离出来 只要化学向前迈进 一小步 ，就进人了生 物学。作为生物种群的一员——人 ，就是物理学意义 上的技术人 。 远在两个世纪 前 ．法 国』、笛 卡儿就 曾指出 ： “动物是机器。”控制论发明者美国人维纳认为：“控 制论意昧着动物与机器之间的本质同一性。”日本人 九山一辉提出，从时间生物学的原则理论来看 ，生物 可 以是 自动的物理机器。许多科学家反复强调 ，一个 原始生命结构的 自发产生和转化过程 ，也许同人工 合成化合物一样 ，其原理应该是极其简单 的。 当代化学工业，已经生产出一个庞大的化合物家 族 今天，生物化学家正在学着复制各种生物中的化学 反应．但是这种复制只能将单一形式的反应同其他反 应分开进行，从而提取井分离出在浓度与纯度上合格 的产品。然而，生物却无法忍受这种单一形式的高温高 压、强酸强碱或催化环境 。它们总是根据各 自不同的 条件和需要 ，在常温常压和酸碱平衡值的范围内共 同进行 =当然也有例外发生 ，但不能形成主流。 维普资讯 http://www.cqvip.com 可见 ，严格控制 化学反应与生物反应 比较起 来，虽然原始落后，但是随机应变的生物反应也并非 完美无缺。从这个意义上讲．所有的化学反应都一 样 ，都是通过简单的动量传递、热量传递 、质量传递 和反应工程这四个基本过程来完成的=就像 自然创 造的火和人工制造的燃饶一样 ，虽然概念各不相同． 但内容却是相互贯通的。 美国生物学家赖特确信 ：“精神是普遍存在的 它不但存在于生物及它们的细胞中。也存在于原子 、 分子和基本粒子 中 ” 在基础科学 中，物理学与生物学是两个最具代 性而又十分独特的学科。目前，还不能给它们探人研 究的课题准确下定义。分子、原子和基本粒子⋯ 这 在今天看来毫无意义 ，也不能说明问题 因为，它们失 去了规律性 ，即使数学也无能为力。 有人提出．我们希望发现的物质奥秘，应该存在 于物质的本质中。特别应指明的是 ，原子与粒子和 蛋白质与核酸 ，它们的共同本质到底是什么。 然而，美国人克赖顿却做出了意外的回答：它们 都一样 ，就像是一块岩石、一十塑料玩具、一台发动 机或一堆火等等。它们都有感觉与行为，能进食、消 化、吸收和排泄，还能繁殖与遗传。它们都是活着的 不同生命形式 ．只是与我们今天的科学基础和思维 暾性想像不习惯而已。因为，在不同条件下，有些物 质的相互作用只能分开进行 ，即只有感觉没有行为 ， 或只有行为而没有感觉。但有时感觉与行为必须同 时进行 ，即感觉就是行为 ，行为就是感觉 只是这一 过程由于刚刚开始，所以进行得根慢 ，往往总是千古 不变。相反，有些过程却处在快速转化中．就像黑暗 中的一道闪电那样短暂 ．瞬 万变⋯一 “很清楚 ，我们除了仅仅靠研究无生命物质而产 生的物理学与化学 外 ，还需要研究有生命的物理 学和化学 ，由于同样 的原因 ．研究生命物质 的生物学 与人类学 也需要研究无生命的生物学与人类学 。” 澳大利亚人伯奇解释道：“这并不是说近代科学的研 究方向出现了错误 ，而是说从现代科学的研究倾 向 看，它们都是不完善的。”他写道．“如果今天有生命 科学与无生命科 学进行交战 ．而双方都想要吞没对 方的话，那么 ，它们将被相互吞没。当然 ，这种吞没 并不舍破坏它们 中的任何一条普遍原理与机制 ，而 是把它们拼接在统一的模型体系中。”不过，对于这 样的“统一模型”，科学尚不能解释。 那么．发育生物学中的“敏和场坐标模型 ，是否 能给我们一种有益的启示呢? 梯度与轴线的设想 当有些动物的生殖器官发育到成熟期 ，便舍分 裂出一种十分奇特的生殖细胞 ，也叫精 (卵)细胞。 这种细胞与动物其他细胞不同的是，它们不能独立 完成生长发育这一过程。只有相互结台，才能拘成 一 个完整的体细胞。当受精卵发育成两个细胞时 可 用人工方法把它们分开，其中每一个细胞都能发育 出完整的小动物。当分裂成四十细胞时，这种实验也 能勉强成功，但分裂成八十 、十六个 却办不到! 因为．随着细胞的分裂增多 ，每一个细胞 、细胞 组织及细胞器官等 ，都出现了性质不同的差异。到 后来，不同的细胞只能固定在身体的不同位置上，甚 至连区分细胞的基准都变得模糊了 这一系列细胞分化现象 ．如同把一块磷石不断 砸碎看到的情况一样。为了说明这种差异现象 ，美 国人蔡尔德 1910年最先提出了“极性梯度学说 这 一 学说认为，在生物中普遍存在各种不同的梯度机 制 它总是从一端开始 ，并严格按照相同不变的比 例积少成多 ，当到达另一端后 ．便会立即停下 如果把梯度机制用数学表示 ．刚好构成一个已 知三角形 “单极”细胞，也叫“三叉坐标”细胞。其中 内含 1份 3十“纵横图像”因子，其 3因子交换法则 为 ：强 、中、弱 ；中、弱 、强 ；弱 、强、中(单极 4因子法则 也成立)。可见 ，这样的 3因子排列 ，既是促进单级逐 渐增强，同时又是导致单极不断减弱的生物过程。 所以，知道其 中两个因子的排列顺序 ，另一十就可以 推测出来。 涡虫、水螅和蚯蚓等 ，都是再生能力很强的低等 动物 如果把它们的头部或尾部切去，在残留的部 分中，还可 复制出完好的头部和尾部。要是把涡 虫从中间部位切得更准确．还能生长出由两十头或 两十尾组成的畸形涡虫。 需要说明的是，不仅差异的发育会出现差错，就 是在相似的再生中．畸形的出现率也是相当高的。 实验表明，附带一个隐性病态的个体，通常也能引起 成功的遗传。同样．一卡健康的个体，也有出现遗传 同质的危险。这在整个生物界可 普遍找到。 这种由单一同质个体再生出完整群体的现象， 如同把一块长方形磁石切割成两段相似的一样。为 了说明相似再生 ，美国人哈里森 191 8年最先发现 了 纵横轴心场”。这种机制总是从轴心开始，并连续 向着纵横方向积少成多 ，其 中每一半的积累，都 必须 严格按照另一半 同步进行，井直达边缘。 如果把纵横机制用数学袁示 ，便构成一个 已知 四方形“双极”细胞 ．也叫“纵横坐标”细胞。其 中内台 2份 4个 “三叉图像”因子，其 4园子交换法则为： 强、弱 、强 、弱 ：强、弱 、弱 、强 ；弱 、强、强、弱 ；弱 、弱、 强、强(双扳 3因子法别也成立) 可见．这样的4因 子排列 ．既是促进双极不断吸引同时又是导致双极 逐渐排斥的生物过程 所以，知道 了纵向或横 向的 一 半 ，另一半就可以推测出来 不难看出，这种极和场坐标模型的应用原理、就 是两种电视机和两种细胞的互补放映 ：一种是用三 叉坐标放映四方形图像，正确；另一种是用纵横 坐标 维普资讯 http://www.cqvip.com 放映三角形图像 ，正确。但是 ，随着四方形图像动点 移位，部分图像与坐标出现了轴线重叠 ，错误 ；同样 ， 三角形图像 与纵横坐标也 出现 了轴线重叠 ，错误。 如果换一种方法 ，用三叉坐标放映三角形图像 ，用纵 横坐标放映四方形图像 ，也会发生类似情况。区别 的只是 ，两种模型在相互移位过程中，轴线的重叠几 率不同。所以，双方对错各占一半，知道其一，便知 其二。因为，它们就是一种电视机和细胞 ，也叫互为 坐标与图像。只是我们的视线只看图像 ，不看坐标 但是，万变不离其宗 ，1、2、3、4的理论原则始终 不变。如果把这一原则归纳成科学方法论 ，可以是 系统论 1、控制论 2、信息论 3和循环论 4，也叫 1、2、 3、4的系统论 、控制论、信息论和循环论。 镧造与创造的超越 有趣 的是，不仅在生物中，就是在原子世界里 ， 也普遍存在着巴耳未梯级和拉波尔特奇偶对称现 象。虽然它们还不是整数，并受到质量偏差的限制， 但是．它们的理论形式也能同生物坐标模型相提井 论 。那么，从数学意义上讲 ，3与 4和三角形与四方 形就是时间与空间的基本单位吗 数学是为科学服务的。它的任务，就是把时间 与空间虚构戚简单的代数方程和几何图形，并相互 模拟在统一的数学体系中，从而使未知的物质世界， 受已知数学规律 的支配。 所 以，数学家们认 为，世界上任何事物都可以通 过数学的方式来 实现。但是，在近代科学中 ，只有 物 理学与数学存在着直接的对应关系。根据物理学的 研究经验 ，只要发现了物质 中的规律性 ，就能被数学 化 这一点，我们以技术为铡可以在机器中看到。但 是，生物学却截然不同，因为，生物中的规律性是自 然刨造的 ，而机器的规律性是人工制造的=面对 自 然规律，生物只能听天由命，因为它们身不由己。而 面对制造规律 ，人类却可以随心所教 ，任意操纵 。美 国人霍夫曼指出：“我们完全有理由相信，人工制造 与 自然创造是可 通过数学方式相互 超越 的。因 为 ，人工制造本身就是虚构的 自然创造。”所 ，数 学是一 门虚构科学 ，重要的是原理 ，而不是 虚构。 当一根琴弦的两端 固定在琴上后 ，便能从弦中 间向两端弹出两组整数序列的弦音。既然弦的两端 已被固定 ，这两组弦音一定是两个奇数 因为 ，琴弦 的结构是被偶数限制住的 ，如果是奇数 ，琴弦两端应 该是一端粗 ，另一端细 。远在 2500年前 ，希腊数学家 毕达哥拉斯在发现音乐与琴弦之间存在的奇特关系 后，十分高兴和激动 ，他当即下断语说：“数 ，奇异的 整数 ，必是宇宙的关键 。” 如果进而联想 ，每一个大于 5的奇数都是 3个 素数之和。在自然数几次方的个位数值中，n每隔 4 次，其个位数的值就循环一次 ；在欧几里德几何 中． 同半径球体的表面积是圆面积的 4倍 ；迦罗华用群 论证明，当 n>4时，一般 n次方程授有根式解，根据 黎曼几何 ，我们是生活在四维的时空连续区。 这 样 ．我们便不能不产生许多疑问；这 3与 4的 奇妙出现意味着什么职里道只是现象吗?根据因果规 律，隐藏在现象背后的必定有其原因。那么，这原因 究竟是什么? 著名 日本发育学家岗田节仁评述道 ，利用极和 场 坐标模型来解释生物中的发育现象，不但“简单明 央”，而且非常 “恰 当圆满”。其中许多专家学者巧妙 地改换各种模型 ，说明了不 同的实验结果。但是 ，即 使在今天，要想把发育生物学 的研究现状 ，用这种模 型理论统一起来概括其全貌 ，也是不可能的。问题不 仅在于 ，这种理论形式 与实际内容 之阃很难对号人 座 ，还在于细胞因子在不 同生物层 次中的含义也无 法破解 出来。所以，在生物学中并没有完整的研究价 值 。令人费解 的是 ，把细胞这个词与其他人造材料综 合使用，便会构成各种有规律的原始要素，但其模型 意义却完全不变。他写道：“只是这样的理论处理，是 在完全不清楚其人工制造与 自然创造的本质 是什么 的情况下使用的，所以 ，至今没有弓I起科学界 的足够 重视； 但是，不论现代科学发展出现怎样的变化，发 育生物学这块 神圣领地 却始终被完整地巩 固着。 想到这一点 ，确实发人深思。 许多专家学者又重新 回过头来 ，把分门别类 的 现代科学拼装在一起，进行着尝试性的再研究。 顾 国建 圄 螋!生蒸≥翻●， ■l ■1 维普资讯 http://www.cqvip.com