科普创作 Science Writing


《科普创作》»每期目录»2018年第3期»作家档案»活力论的兴衰

活力论的兴衰

《科普创作》

王立铭

2018-09-13 14:43

[编者按]

2018年7月8日,第九届吴大猷科学普及著作奖在台北揭晓。浙江大学生命科学研究院“80 后”教授王立铭凭借《上帝的手术刀:基因编辑简史》斩获创作类金签奖。26岁发Nature,不 到30岁当博导,国家“青年千人计划”入选者——这些都是他,一个自封的却又是不折不扣的 科学启蒙主义者。本期“作家档案”栏目节选了王立铭的新书《生命是什么》,同时刊发丁子承 的评论及张晓磊的采访手记。

18世纪,现代化学诞生了,许多原本复 杂难解的自然现象得到了解释。法国科学家 拉瓦锡(Antoine-Laurent de Lavoisier)利 用燃烧实验推翻了燃素学说。从此人们才开 始明白,跳动的火苗、五颜六色的烟火,这 些让人目眩神迷的现象,实质不过是不同物 质和氧气的化学反应。为了解释常见化学物质 的构成,拉瓦锡还从古希腊人那里借用了“元 素”的概念,认为世间万物都是由不同元素 (即不可再分的化学物质)组合而成的。

更进一步地,英国科学家道尔顿(John Dalton)天才地提出了原子论,认为化学物 质无非是不同化学元素的原子微粒组合而成 的,而化学反应的本质其实就是这些原子颗 粒的重新排列组合。在元素学说和原子论的 光芒照耀下,在整个19世纪,从来自世界 各地的矿藏中,大量的新元素和新化合物被 发现。因此人们自然而然地想到,也许生命 现象的本质就是某种特殊的化学物质,或者是某种特殊的化学反应?

也就是从这里开始,人们试图重新开始 以还原论的思想理解生命现象。

与此同时,生物学的领地里也收获了 重要的突破。法国生物学家巴斯德(Louis Pasteur,图1)受酒商的委托解决啤酒和 葡萄酒变质的问题,因此他仔细研究了啤酒 的正常发酵过程。很快他发现,发酵和变质 其实本质上是一回事。糖到酒精的正常发酵过程也好,糖到乳酸的变质过程也好,都需 要一种微小的单细胞生物——酵母——的参 与。更重要的是,只有活酵母才能驱动发酵 和变酸的反应,如果把葡萄预先高温处理、 杀死酵母,那么葡萄汁放得再久也不会发生 变化。


图1 巴斯德,微生物学之父

从这个简单的观察出发,巴斯德推测, 许多生命现象,也包括许多人类疾病,可能 同样是由于微生物引起的。他的这些研究标 志着微生物学的诞生,人类从此开始正视这 个看不见摸不着但同样生机勃勃的生物世界。 也正是因为巴斯德的伟大发现,今天的我们 才有了灭菌术、抗生素和各种各样的疫苗。

不过,对于我们的故事而言,可能更 重要的是,巴斯德戏剧性地把他的发现向前 (错误地)推演了一步。他认为,既然只有 活酵母才能催化发酵过程,那么反过来,发 酵就是只有生命才具备的化学反应。也就是 说,生命和非生命的界限,可能就在于许许 多多类似发酵这样的、仅有生命体内才能进 行的化学过程。

化学大师、瑞典人贝采利乌斯(Jons Jakob Berzelius)从亚里士多德和笛卡尔那 里接过了生命特殊论的大旗,并且结合上述 化学和生物学的最新进展,为这种哲学理论 赋予了全新的科学内涵——活力论。

和亚里士多德一样,贝采利乌斯同样认 为生命有着独特的、被他称为“活力”的性 质。受拉瓦锡和巴斯德研究的启发,贝采利 乌斯认为,所谓活力就是某些特殊的化学物 质和化学反应。它们只存在于活着的生物体 内部,绝不会在自然界自然出现。这些特殊 的活力物质和活力反应,正是生命现象的物 质基础。

拿跨越两千年的灵魂论和活力论比较一 下,你会不会发现背后一脉相承的生命特殊 论哲学?会不会觉得人类对生命现象的理解 居然是如此步履蹒跚?

但是必须得说,虽然看起来活力论简直 就是改头换面的灵魂论,但是两者的出发点 是完全不同的。就像我们刚刚说到的,亚里 士多德的灵魂论等于是彻底放弃了人类理解 生命现象的可能性,臣服于复杂难解的生命 现象之下。但是贝采利乌斯的活力论却是可 以接受科学实验检验的。

根据贝采利乌斯的理论,如果人类科学 家确实在生命体内部找到某种特殊的化学物 质或者化学反应,而这种物质或反应绝对不 可能在非生物环境中出现,那我们就能够骄 傲地宣称我们理解了生命的本质;反过来, 如果我们上穷碧落下黄泉之后也没发现生物 体内有任何特殊的东西,那至少我们也可以 说活力论是一种错误的假设,我们还得继续 去探寻生命的解释。

因此,和灵魂论不同,活力论简直是 人类智慧对生命现象下的一道挑战书。科学 之所以从诞生之日起不断推陈出新,恰恰是 因为它的这种勇气和开放性。在科学的语言 里,没有“自古以来”,没有“理当如此”。 在证据面前曾经倒下过数不清的科学假说和 思想,但是对客观世界规律的深入探索却从 来未曾停步。

而历史的巧合是,建立活力论的是化学 家贝采利乌斯,而给活力论敲响第一声丧钟 的也是化学家——居然还就是贝采利乌斯的 学生。这种巧合所反映的,也许恰是科学探 索的百折千回和柳暗花明。

1824年,德国化学家弗里德李希·维 勒(Friedrich Wohler)在实验室开始了一 项新研究,他试图合成一种名为氰酸胺的化 学物质。为此,他将氰酸和氨水——两种天 然存在的物质——混合在一起加热蒸馏,然后分析烧瓶里是否出现了他希望得到的新物 质。但他发现,反应结束后留在烧瓶底部的 白色晶体并不是氰酸胺。

到了1828年,他终于肯定了这种白色 晶体的成分其实是尿素,而恰是这个结果让 他困惑不已。实际上,在此前的几年里,维 勒与其说是在慢慢揭示这种白色晶体的成 分,倒不如说他是在反复确认尿素这个发现 的正确性。

维勒如此小心谨慎不是没有原因的。因 为尿素——顾名思义,是一种从动物尿液中 纯化出的物质——是一种不折不扣的仅有生 物体才能合成的“活力”物质!换句话说, 维勒的意外发现证明,所谓的活力物质—— 或者至少某些活力物质——没有什么神秘的, 完全可以直接利用天然存在的物质简单方便 地制造出来(图2)。


图2 1992年,德国发行了纪念维勒和尿素合成实验的 邮票(邮票上面的圆球和短棒结构模拟了尿素的 化学结构)

当然,和所有违反常理的发现一样,维 勒的实验结果遭遇了全方位的质疑和挑战。 其中最有趣的一种是怀疑维勒在做试验过程 中不小心接触到了烧瓶里的反应物质,从而 把自身的“活力”传了过去(我们可以想 象,这确实是一种逻辑上自圆其说、无法证伪的解释)。不过在维勒之后,越来越多的 “活力”物质被化学家合成了出来。1844年, 受到维勒实验鼓舞的德国化学家赫曼·科尔 伯(Herman Kolbe)合成了第二种“活力” 物质醋酸。之后越来越多的化学家在实验室 的瓶瓶罐罐里制造出了花样繁多的“活力” 物质,活力论的阵脚开始松动了。

其实如果从逻辑上说,维勒的尿素合 成也好,科尔伯的醋酸合成也好,本身并不 能说明生物体内就不存在活力物质和活力反 应。反对者们完全可以修改对活力物质的定 义,认定能被轻易合成的尿素和醋酸根本就 不是什么活力物质,而真正的活力物质仍然 隐藏在生命体复杂的活动之后,不轻易露出 庐山真面目。

但是站在历史的进程中看,人类其实又 一次走到了解释生命现象的十字路口。

道理是显然的,既然尿素和醋酸这样的 “活力”物质在实验室里也可以批量制造, 那么生产这些“活力”物质的化学反应过程 就应该也并不神秘,完全可能在实验室重建 出来。这样的话,我们并不一定需要借助某 种仅存在于生物体内部的东西才能解释生命 的某些活动了——至少生物制造尿素和醋酸 的过程就不再需要这种假设了。

既然如此,那为什么不干脆一些,假设 生命现象本质上和自然界发生的物理化学现 象并没有什么明确的界限?或者反过来说, 为什么不干脆用已知的物理和化学规律去解 释整个生命现象呢?

 

本文节选自《生命是什么》(人民邮电 出版社,2018年8月),略有删改。

上一篇:没有了
下一篇:碎片化时代的坚守者



文章二维码

手机扫一扫,分享好文章


adv


科普创作 Science Writing

《科普创作》创刊于1979年,是中国创办较早、具有较强社会影响力的综合性科普期刊,由中国科普作家协会主办,面向国内外公开发行。从办刊开始直到1992年更名为《科技与企业》杂志,中间历经14年。 2016年6月,《科技与企业》因变更刊名停刊。同时启动《科普创作》复刊工作。

关注《科普创作》微信

《科普创作》官方微信

返回顶部
文章投稿
期刊微信
期刊微信