對于高中生物學教材中生命的復雜性及其意義的探討

我國傳統高中生物學教材對生命系統持一種還原論的機械生命觀。這種觀點認為，一切生命活動都可以還原為物理、化學反應；生命并不復雜，只是認識的層次問題。但是，按照這一簡單性思維來理解生命，會遇到許多不能解釋的困惑。當代生命科學的發展充分說明了生命系統的復雜性。普通高中生物課程標準實驗教材用復雜性科學思想詮釋生命，為我們認識生命系統的復雜性提供了一個全新的視角。

我國高中生物課程標準的基本思想和內容要求，編寫了普通高中生物課程標準實驗教材。新教材的教學內容是現代生物學的核心內容，揭示了生命系統的本質和特征，對于提高學生的生物科學素養具有不可或缺的作用。在《分子與細胞》教材中，選取了細胞生物學方面的最基本的知識，是學習其他模塊的基礎。突出細胞是基本的生命系統這條主線，圍繞系統的層次、組成和結構、功能及發展變化來逐步呈現知識，最終形成“細胞是基本的生命系統”這一體系。將細胞作為基本的生命系統來學習，正是給學生傳遞一個生命現象不同于其他物質現象，有其獨特的非線性與有序性的信息。以細胞作為基本的生命系統來介紹，是將生物學的微觀世界和人類的宏觀認識有機地結合起來，從而改變了以前教材只注重于從化學的視角來認識生命現象的偏差。通過本內容的學習，學生將在微觀層面上，更深入地理解生命的非線性與有序性本質。了解生命的物質性和生物界的統一性，細胞生活中物質、能量和信息變化的統一，細胞結構與功能的統一，生物體部分與整體的統一等。

生物體的每一個層次都擁有特定的行為或性質。這類行為或性質不存在于構成它的組成成分里，而是由組成成分間的相互作用所形成。因此，生命復雜性的第一個特征是，整體比它的部分之和更大。生命系統的涌現是屬于非線性的，即不能通過簡單地疊加構成成分的行為推導出系統的行為。也就是說，生命系統的行為不能通過簡單地疊加構成系統的成分的行為而推導出。這種非線性特征的分子基礎是，各種生物分子如基因和蛋白質之間存在著廣泛而復雜的相互作用。因此，生命的所有活動都建立在這些網絡的結構和功能之上。

從復雜科學角度來說，生命的復雜性的又一個重要特征是結構和功能的高度有序性。生命系統的有序性是指生命系統要素在時空上有嚴格的確定的秩序或相對穩定的位置，以及生命活動的秩序性。從微觀上看，生命活動結構和功能最小單元的細胞通過細胞膜與外界不停地進行物質和能量的交換，細胞核儲藏遺傳信息，細胞器進行光合作用、呼吸作用等。它們各自都有著十分復雜而獨特的結構，是那么的和諧和高度有序，緊密配合完成特定的生理功能。總之，復雜性科學幫助人們沖破了過去對生命本質認識的局限性，使人們從系統的角度、開放性的角度、信息論的角度重新審視生命。

生命的復雜性對于高中生物學教學有著重要的意義，它能幫助我們重新認識教材中涉及到的若干復雜的生物學問題。我國傳統的高中生物學教材通過對生命的基本特征：新陳代謝、生物體特有的組成與結構、應激性、生長、發育、生殖，遺傳、變異、進化以及適應性等，給生命下了一個描述性定義。隨著人類對生命本質及規律的認識的逐步深化，高中生物學教學中對生命內涵的認識也應逐步深入，因此，在教學中適當滲透當代生命科學與復雜性科學對生命的理解是必要的。盡管給生命下定義是困難的，但是理論生物學研究者還是試圖抽象出生命的本質性特征。目前給生命下定義的方法很多，主要可以分為實體性定義和功能性定義兩種。實體性定義是從構成生命的物質實體出發，把生命看作是一類特殊的物質實體，如恩格斯早在100年前就認為生命是蛋白體的存在方式。功能性定義是從生命的基本特征出發，把生命看作是一種特殊的現象。在功能性定義中，可以從復雜性科學角度將生命定義為：生命是一個能夠通過物質循環和能量流動而不斷增加自身內部秩序的開放性系統。首先生命是一個開放性系統，它能夠不斷地吸收外界的物質與能量，增加自身的負熵。在復雜性科學看來，生命系統恰好是一個非線性、遠離平衡態的開放性系統，它是靠“負熵”來維持系統內部的秩序程度的。近年來，又有人從信息論的視角提出生命的信息定義，強調生命的本質在于它是一個能夠自我繁殖、傳遞信息的系統。總之，復雜性科學幫助人們沖破了過去對生命本質認識的局限性，使人們從系統的視角、開放性的視角、信息論的視角重新審視生命的本質。

總之，在高中生物學教學中還會遇到許多復雜的生物學問題，它們都可以用復雜性理論來解釋。