生命的定義

嘗試定義生命不僅僅是一個哲學問題。我們聲稱在宇宙的其他地方發現生命之前，我們需要理解將生命物質與非生命物質區分開來的是什么。

1944年，物理學家艾爾文·施汀格就將生命物質定義為“避免腐敗到達平衡狀態的物質”。該定義參考了熱力學第二法則：熵總是在增加。熵通常是指混亂或無序狀態，但實際上，它是能量向一種均勻狀態擴展的過程。一杯冷水會慢慢變溫，直到與周圍空氣的溫度一樣，這就可以看出該法則。因為這個趨勢是趨向平衡狀態，宇宙最終將會是一種完全無結構的狀態，由均勻分布、具有相等熱度的原子組成。

但是，施汀格說，生物能夠推遲這種趨勢。試想：當你活著時，你的身體就能保持其結構，但是一旦你死亡之后，你的身體結構就會通過細菌作用和化學過程而被破壞。最終，你身體的原子就均勻地散布開來，被地球回收。死亡就是你的身體屈服于宇宙的熵。

生物通過攝入營養物來抵抗熵。這種攝入能量進行活動并排出廢棄副產品的生物化學過程叫做“新陳代謝”。如果新陳代謝是生命的一種跡象，科學家在探索其他世界的生命時，可以尋找新陳代謝的廢棄副產品。

至少，這是1976年“海盜”號探測器在火星上進行標志釋放實驗之后的觀點。這個實驗是通過給火星土壤樣品增加有放射性標記的液態營養物來檢測生命的新陳代謝線索。如果這些營養物被生命體消耗了，作為廢棄副產品釋放的任何氣體均可以得到放射性標記。

營養物被攝入后，二氧化碳氣體會快速增加。由于這種氣體具有放射性標記，科學家開始斷定火星土壤內的有機體在攝入營養物并釋放二氧化碳這種廢棄副產品。但是，火星土壤被證明具有一種獨特的土壤化學作用，能夠產生一種類似新陳代謝的反應。盡管這個實驗仍未得出結論，但是大多數科學家認為是火星土壤內的非生命化學過程引起了這種“新陳代謝”反應。“海盜”號實驗表明，新陳代謝可能是生命的一個特性，而不是探索異域生命的一項適用準則。

地球上所有生命的另一個特性是對水的依賴性。由于水在所有已知生命形式中均起著非常關鍵的作用，許多科學家認為水的使用將是所有生命普遍存在的一個特性。但是，科羅拉多大學和洛克希德一馬丁公司的太空生物學家伯頓·克拉克說，水實際上是一個次要問題。

克拉克說：“水不能定義生命，它只是我們環境的一個方面。”

地球上的生命在水中進化，因此，如今地球上的生命就依賴于這種資源。但是我們不能說，沒有水生命就不可能存在。在地球上，生命已經能夠適應最惡劣的環境，因此，生命可能已經找到一種在無液態水的環境中生存的方式。

佛羅里達大學的太空生物學家史蒂文·伯納也認為，水不一定是生命的一個普遍特性。

伯納說：“我們可以設想一種溶劑——硫酸在金星上可能發生的化學作用。這些作用的發現對于我們的生命觀點具有深厚的影響，并且還影響著NASA尋找生命的方式。”斯克里普研究所的蓋德爾-喬伊最近創立的生命定義既未提及新陳代謝，也沒提及水。該定義認為，生命是“一個能夠進行達爾文式進化的自我維持系統”。

但是，克拉克說大多數生命形式在技術上并非是自我維持的。動物吃植物或其他動物，植物在其根部需要微生物來攝入養分，而細菌通常生活在其他有機體內部，依賴其寄主的內部環境。他說，完全自我維持的有機體只有化學能無機自養生物和光能無機自養生物，且它們都相對罕見。

克拉克說，達爾文式進化是此問題的另一個準則。怎么能知道某物是否已經進行達爾文式進化?所涉及的時間尺度是巨大的：在能夠宣布一個有機體確實活著之前，科學家可能需要對該物體的化石歷史有一個全面了解。

根據克拉克的觀點，活的有機體至少能顯示出102種可觀測的特性。將所有這些特性一起疊加到一個單獨定義中(假如非常長)仍然不能獲得生命的本質。但是，克拉克從這個特性清單中選出了他認為在創立一種生命新定義時具有普遍性的三項特性。這個定義說：“生命能繁殖，生命消耗能量，這些功能遵循一套有機體內含的指令。”

這些指令就是地球上所有有機體內組成基因代碼的DNA和RNA“字母”。有人可能會說，一團野火也能繁殖和消耗能量，結晶和各種化學反應也是這樣。事實上，伯納說：“不管是否為活體，每一個自然的化學過程均要消耗自由能量。”克拉克說，這些現象沒有一個是“活著的”，因為沒有任何一個具有內含的基因代碼指令(因為長時間以來并沒有任何變化，我們就可以知道不存在任何指令)。它們遵從的是物理規則，而不是內含的指令，因此它們在任何時間均表現一樣。克拉克說，變化是了解某物是否具有內含指令的關鍵。

但是，并非所有的生物均能夠繁殖。騾子天生就不能繁殖，大多數蜜蜂都不能繁殖：只有蜂后才擁有此榮耀。許多人類在整個生命過程中也未繁衍下后代，也沒有人會認為這種人就不是活著的。

克拉克認為繁殖和能量消耗對于生命存在并不需要同時出現。他將生命劃分為兩類：“有機體”和“生命體”。有機體按照內含指令引導能量，這種能量可以讓有機體完成某些活動。克拉克說，生命體是一個更寬泛的分類，包含有機體且能夠進行繁殖。

克拉克說：“我的主張是單獨的物理實體應叫做‘有機體’，但多個有機體組合即產生‘生命體’，從而可以實現繁殖。”

多年來已經創立了許多種生命的定義，但是還沒有一個所有人都接受的單獨定義。每種定義的有效性均受到了各種挑戰。按照科羅拉多大學蓋爾·克蘭德的觀點，這是因為定義僅涉及語言和概念，它們并不能擴展我們對世界的了解。我們只能定義已經了解的事物。

克蘭德說，17世紀的科學家在試圖給水下定義時遇到了同樣的問題。水有許多種描述：它是濕的、能解渴。它會結冰、變成蒸汽，但是其他物質也具有這些特性。在科學家發現了分子化學之后，他們就能夠將水定義為一個氧原子加上兩個氫原子，這是每個人都認同的定義。我們在科學思考中可能需要一種類似的革命來定義生命。

克蘭德說：“目前，通過新陳代謝或繁殖之類的特征(我們通常用來識別地球生命樣本的特征)來定義生命并試圖回答‘什么是生命’這個問題，是不可能成功的。回答‘什么是生命’這個問題我們所需要的是生命系統的基礎理論。”

下一步工作是什么呢?

我們能不能使用克拉克的定義發現其他世界上的生命?“海盜”號探測器已經找到新陳代謝形式的能源消耗，但結果是不確定的。要將這個定義作為一種尋找生命的方式，我們可能需要考慮生命消耗能量的其他方式。

克拉克說，探索有內含指令的生命形式的問題在于，標準可能過于具體。我們所知道的指令僅有DNA和RNA。宇宙中可能存在其他基因系統，與地球上已發現的系統并不相似。