放下對生命確定性的偏執

胡珉琦

生物學是什么？答案既簡單又復雜。它的復雜性在于要回答“生命是什么”這一根本性問題。中科院生物化學與細胞生物學研究所研究員吳家睿在今年出版的著作《生物學是什么》中，就向這個任務發起了“挑戰”。

1、寫給自己的書

不同于普通的生物學教科書或者科普讀物，本書的內容是吳家睿近十幾年在生物學領域的學習和研究過程中逐漸領悟到的“生命觀”的總結，體現了他對科學與哲學交叉問題的深刻思考，極具啟發性。但對普通讀者而言，也意味著更高的閱讀門檻。

“這首先是一本寫給我自己的書。”但吳家睿直言，無論是高中生、大學生還是同行，懂與不懂，打開就會有收獲。

本書共有五章，從“解析生命的有序性”“破譯生命的信息流”到“建立生命的統一性”“揭示生命的區域化”，再到“重構生命的復雜觀”，涉及生命的構成本質和運行規律兩個層面。

本書第一章圍繞生物大分子展開。從生物大分子的核心元素“碳”的手性特征出發，討論了生命的有序性，同時進一步分析了生物大分子的構成規則，并在此基礎上闡釋了生物大分子的結構與功能的關系;第二章是對生物體在其遺傳信息傳遞和利用方面的基本規律的介紹;第三章試圖通過物種的命名規則、相互關系和演化特征來闡述生命的進化規律;第四章則從生命特有的區域化現象出發來解釋生命為什么要從原核細胞發展到真核細胞，并進一步發展到多細胞個體。

在最后一章，作者從系統生物學的角度對生命復雜系統的特點進行探討：生物大分子之間通過復雜的相互作用形成了執行各種生物學功能的動態網絡;此外，這些生物大分子間的相互作用極易變化且受環境的影響，從而導致了生命復雜系統的不確定性。

吳家睿表示，生命科學是一門進展非常迅速，同時又不斷受到沖擊的學科。為了適應這樣的特點，他在寫作時盡可能保證了材料的“新鮮度”和探討的開放性。

2、“非主流”的觀點

《生物學是什么》的不同之處，還體現在書中的一些分析和觀點是“非主流”的。作者希望打開一個視角獨特的“窗口”，從而引發讀者對生物學本質和運行規律的新的認識。

吳家睿提到，關于生命本質的探討一直以來有兩個截然相反的觀點。一個是還原論，一個是活力論。

“它們的產生可以追溯到古希臘時期。當時的還原論代表是哲學家德莫克利特。在他看來，世間萬物都是由原子構成的，生命同樣也是由原子所構成。而同時期的哲學家亞里士多德則持相反的觀點，認為在生物體中存在著一種特有的要素——‘隱德來希（希臘語，意思是完成），這種要素使得物質獲得‘生機，使生命這種特定的形式實現其自我完善的目的。”吳家睿說。

20世紀中葉，隨著物理學和化學等物質科學的介入以及分子生物學的誕生，還原論從此占據了生物學研究的主流地位。

“按照還原論的觀點，生命是一架可以完全被拆解的機器，所以生物學家的任務就是把生命機器的每一個零件拆下來，逐一研究，當我們知道每個零件是什么、有什么功能的時候，我們就知道生命是什么了。”吳家睿解釋。

隨著研究的深入，人們逐漸意識到，生物體并非僅僅是一個裝載了各種生物大分子的簡單容器，而是一個由這些數量巨大且種類繁多的生物大分子間相互作用構成的復雜系統。在新千年到來之際，美國生物學家克爾斯勒等人從系統生物學的角度提出了“分子活力論”，認為由生物大分子構建而成的生物體具有特殊的性質。

2000年后，系統生物學引起了吳家睿的注意，并成為了他此后學術研究的主要陣地。2005年，中國科技大學和中科院上海生命科學研究院共同創立了全國首個系統生物學系，吳家睿是首任系主任。他教授了多年系統生物學課程，梳理系統生物學的基本概念、理論，探索系統生物學的研究策略和研究方法，從整體論、系統論的角度來認識生命和解釋活動。他也是國內系統生物學學科發展的主要推動者。

“從一定的意義上說，生物學的發展史就是由還原論和活力論之間的爭論和相互替代推動而形成的。”在他看來，系統論的觀點雖然仍不及還原論“樹大根深”，但是科學家已經有能力在更為全面、復雜的層面上分析生命現象，兩者不再是相互對立、隔離，而是互為補充、互為依賴。

3、生物學面臨的最大挑戰是什么

除了生命的本質，吳家睿對生命運行規律同樣提出了“非主流”的探討方向。

他說，持還原論的科學家還有一種普遍觀點，“那就是所有生命活動都不是隨機的，它們都遵循著基本的物理學和化學規律。因此，現代生物學的另一大任務就是找到并揭示所有的規律，這樣我們就能理解、控制甚至制造生命”。基于還原論的生命科學決定論者往往有這樣一個潛在信念，就是對確定性的追求。可是，越來越多的研究發現，這只是科學家的一廂情愿。

吳家睿在書中舉例，生物體內的生物大分子種類繁多、數量巨大，即使是大腸桿菌這樣簡單的單細胞原核生物所擁有的各種蛋白質分子的總拷貝數就高達250萬個左右。因此，這些生物大分子在細胞內通常處于極端擁擠環境和無序排列狀態。

生物大分子不僅具有結構上的無序組織，而且在其合成的過程中也有許多隨機波動存在，這種生物大分子具有的隨機波動性通常被稱為生物學噪聲。一項對大腸桿菌的單分子研究發現，在生物學噪聲的影響下，基因表達量和相應的蛋白質表達量之間呈現出了隨機的關系。

過去人們通常認為隨機性“噪聲”會對生命產生負面影響，應該被消除。但更多最新研究表明，生命中的噪聲不僅難以消除，而且對生命也有著積極的一面，它常常具有許多重要的生物學功能。吳家睿認為，對生物學噪聲的研究讓研究者認識到，生物體作為一個開放的非線性復雜系統，一方面自身具有各種內在的隨機噪聲，另一方面生存于充滿不確定性的外部環境之中。

“可以這樣說，地球上生命的演化過程就是由偶然性推動的，它使生命從最簡單的原核細胞形式發展為如此復雜多樣的動植物。如果生物世界真的是由確定性所‘統治的，那么今天地球上存在的生命很可能依然是大腸桿菌這一類簡單的單細胞生物。”

正因如此，吳家睿在書的結尾指出：“生物學面臨的最大挑戰是，來自研究者的決定論思維與生命的偶然性特征之間的沖突。”