什么是生命
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发布时间：2022-04-27 09:45
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时间：2023-09-22 16:58
宇宙中为什么会有生命这种现象的出现，生命的出现是必然的吗，这是一个难以回答的问题。但是，如果我们反过来思考，如果没有生命这种能够感觉感知宇宙存在的存在出现，那么宇宙的存在有意义吗，不能被感觉感知也就无所谓存在，由此我们是否可以得出这样的结论，宇宙与生命是互为存在的。
什么是生命，以前人们认为生命是一个复杂、不可思议、包含着神秘的现象，然而，随着科学的发展，人类逐渐发现，生命这种现象在一定程度上是可以被认知的。
根据当今的认知水平，简单地说，生命是一个能够生长、繁殖、代谢、应激、进化的复杂的物质系统。从生物学上描述，生命泛指有机物和水构成的一个或多个细胞组成的一类具有稳定的物质和能量代谢现象（能够稳定地从外界获取物质和能量并将体内产生的废物和多余的热量排放到外界）、能回应刺激、能进行自我复制（繁殖）的半开放物质系统。生命个体通常都要经历出生、成长和死亡，生命性状则在一代代个体的更替中通过适应环境发生改变，即通常所说的生物进化。
长期以来，有这样的问题一直困扰人们，生命是如何运转起来的。我们知道，组成生命的主要物质是蛋白质、水分和无机盐三大类，而构成蛋白质、水分和无机盐的物质主要有碳、氢、氧、氮，此外还有硫、磷及其他一些微量元素。现在的问题是，为什么这些物质组合在一起就构成了被称之为生命的存在呢。
我们的宇宙是一个变化着的宇宙，变化是宇宙的固有禀性。在宇宙变化过程中，物质结构有着由简单向复杂演变的过程，而整个过程由宇宙规律所决定（物质规律之外更高深的东西不是我们今天的认知能企及的）。组成生命的物质主要有碳、氢、氧、氮等，这些元素是宇宙物质演化过程中的产物，在宇宙规律的作用下，各种元素被赋予了不同的力学属性，这些不同力学属性元素的产生和存在为之后更加复杂的物质结构及生命的出现创造了条件。
就单个元素结构而言，它由原子核和核外电子组成，原子核质子带正电，核外电子带负电，电子在电磁力作用下绕核子作环绕运动。质子数决定原子的种类，原子的性质主要决定于最外层电子数。由于不同的元素有着不同的原子结构，因而表现出不同的物质属性，这种不同属性作为不同元素之间相互作用的基础，或者说化学作用的基础。（其实，原子的属性是非常复杂的，不是几句话就能表述清楚的，到今天为止，原子内部的秘密也没有被完全解开，物理学家们的使命依然任重道远。）
在地球上，最初阶段的物质演化是单质元素合成无机化合物的化学反应过程，化学反应表现为原子核外电子运动状态的变化。地球的自然环境为某些物质之间的作用提供了条件，当一些元素在空气或水中相遇，它们之间会发生相互作用，化学上把原子间（有时原子得失电子转变成离子）的强烈作用力叫做化学键。单质元素之间经过化学反应，形成了化合物，化合物是一种比单质元素更加复杂的作用力关系结构，它们表现出不同于单质元素的物质属性。
无机化合物形成后，这些具有新的属性的物质之间又会构成了新的作用力关系形式，无机物不仅会与单质元素发生化学反应，而且无机物之间也会发生化学反应。在地球环境的持续演化过程中，在某些区域无机物的数量和种类在不断增加，在一定的外在条件下，一些无机物向着更加复杂的物质结构——有机物进行演化。
有机物是指含碳化合物（一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属碳化物、氰化物除外）或碳氢化合物及其衍生物的总称。在有机结构中，最重要的构成元素是碳。碳原子有着这样的特性：它具有可形成与其他原子相连的长链或环的能力，这在所有元素中独一无二；它不但能与其他原子或其他碳原子产生键，形成小到仅有几个原子，大到含有成百万个原子的分子。而且，它还有一个重要特性，就是能够成为大分子（有机分子）以及更大的聚合物（生化物质）的核心物质。和无机物相比，有机物不仅数目众多，结构也更加复杂多变。有机化合物的碳原子的结合能力非常强，互相可以结合成碳链或碳环。有机化合物的氢原子可以被不同的功能团（官能团）取代产生不同类的有机物，功能团决定分子的主要性质。
有机化合物虽然有复杂的结构，但它们并不具有生命的特征。随着地球上有机化合物的产生和累积，它们为更加复杂的物质结构——有机生物分子的出现做了准备。物质演化是一个逐步递进的过程，在复杂的物质结构基础上会产生更加复杂的物质结构，表现为新的环境体系中会有新的事物登场。可以认为生命的迹象从有机生物分子的出现开始。相比于一般的有机大分子，有机生物分子的功能团比其烃骨架在化学上活泼得多，它们能改变邻近原子的几何形状及其上的电子分布，从而改变整个有机分子的化学反应性。从有机分子中的功能团可以分析和推测其化学行为和反应。大多数生物分子是多功能的，含有两种或多种功能团。在这些分子中，每种类型的功能团有其自己的化学特征和反应。如氨基酸具有至少两种功能团——氨基和羧基。丙氨酸的化学性质就基本决定于其氨基和羧基。又如葡萄糖也是多功能的生物分子，其化学性质基本决定于羟基和醛基两种功能团。生物分子的功能团在其生物活性中起着重要的作用。
生物体的重要组成成份是生物大分子，生物大分子不仅分子量大，其结构也比较复杂。在生物大分子中除主要的蛋白质与核酸外，另外还有糖、脂类和它们相互结合的产物。如糖蛋白、脂蛋白、核蛋白等。它们的分子量往往比一般的无机盐类大百倍或千倍以上。蛋白质的分子量在一万至数万左右，核酸的分子量有的竟达上百万。这些生物大分子的复杂结构决定了它们的特殊性质，它们在体内的运动和变化体现着重要的生命功能，如进行新陈代谢供给维持生命需要的能量与物质、传递遗传信息、控制胚胎分化、促进生长发育、产生免疫功能、对环境变化作出反应等等。
根据以上叙述，我们可以这样来理解生命。每个原子都有其特定的属性，当一个原子与其它相同或不同的原子结合在一起的时候，这种组合就成为一种具有新的物质属性的存在，而生命是由无数原子结合在一起的一种非常复杂的物质组合。同时，组成生命体的无数原子不是一种杂乱无章地堆砌，而是按照一定的结构和秩序结合在一起的，这种结构和秩序与环境所施加的外力相对应，或者说是与特定环境相对应的一种作用力关系结构。
在生命出现以前，地球上的物质演化过程被称为化学进化，虽然它有别于生物体出现以后的生物进化，但却为随后的生物进化打下必要的基础。无机物、有机物和生命体都可以被表述一种作用力结构，不同的作用力结构表述了不同的环境状况，生命体所表述的是一种更加复杂的环境状况。在原始地球的条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为多分子体系和生物大分子，直到最后出现原始的生命体。
所以，要揭开生命的本质，可以从认识物质结构演化过程着手，生命现象看似神秘，而实际它是遵循着物质运动变化规律，逐步由简单的物质结构演化而来的。物质相互作用基于其力学属性，非生命物质经过长期的复杂的相互作用、相互影响，逐步形成了复杂的生命结构。如果将原子作为认知生命的起点，那么正是这些直径在1－2埃之间的原子（1埃相当于1厘米的百亿分之一）所具有的属性，它们相互之间能够结合成无机分子结构，接着再由无机分子结合成有机分子，然后构成含着无数原子的生物大分子，即生命现象的出现。
从组成生命体的组成成分来看，在已经发现的一百一十余种化学元素中，各类生物体所必需的元素差不多都是特定的一二十种，其中碳、氢、氧、氮、硫、磷、钙、镁、钾占了绝对多数，生物用这些元素构成小分子构件，如氨基酸、核苷酸、单糖等；再用简单的构件构成复杂的生物大分子；由生物大分子构成更加复杂的分子集合体，进而形成细胞器，细胞，组织，器官，系统和生物体。生物大分子是生命的物质基础，生命是生物大分子的存在形式。生命现象通过生物大分子的特殊运动来体现。
从生物体结构来看，生物体的各种化学成分在体内不是随机堆砌在一起的，而是严整有序的。生命的基本单位是细胞。细胞内的各结构单元都有特定的结构和功能。生物大分子，无论多复杂，还不是生命，只有当大分子组成一定的结构，或形成细胞这样一个有序的系统，这种有序的结构或系统才显现出生命的特征。
在今天，对于生物结构或特性我们可以从DNA结构来解释，DNA双螺旋结构的发现将人类对生命的认识提高到一个新的高度。DNA由两条核苷酸链组成，它们沿着中心轴以相反方向相互缠绕在一起，两侧是两条多核苷酸链的糖一磷交替结合的骨架，之间是按一定规则排列的碱基对。
DNA是非常大的有机分子，但构成DNA的基本化学单位只有4种。它们分别是：A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）、C（胞嘧啶）。它们数以亿计地散处于DNA分子结构中。尽管DNA只有4个要素构成，这种简单的物质结构里却隐含着非常复杂的信息。这里我们可以想到今天的计算机，即使是只有0和1这两个简单的数字，我们可以计算机编程，用来表达无限复杂的信息。
4种碱基的排列组合表达出20种氨基酸，蛋白质是由氨基酸结合在一起形成的，氨基酸的序列决定蛋白质分子的性状。现在知道至少存在3万种不同的蛋白质分子，每个都是由20种氨基酸排列成不同的组合，它们像字母一样排列常常形成有几百个单元长的链子。DN*段上的核苷酸不是任意排列的，而是以有含意的密码顺序排列的。一定结构的DNA，可以控制合成相应结构的蛋白质。蛋白质是组成生物体的重要成分，生物体的性状主要是通过蛋白质来体现的。蛋白质的特殊性质和生理功能与其分子的特定结构有着密切的关系，这是形形色色的蛋白质所以能表现出丰富多彩的生命活动的分子基础。
尽管不同生命体表现出来的性状有很大差异，但这许许多多的差异都可以由生命密码的不同排列组合、结构大小来区分，每一种生物在遗传、长期与环境作用过程中，形成了有自身特点的生命性状。
如果说大自然中所有物质都根源于92种元素，那么自然界中所有的生命物质则根源于共同的一组生命遗传密码子。构成DNA的四个基本化学单位任取三个按不同顺序排列，每一组即为一个三联体，或构成一个特定的代码或“词”。每个三联体成为一个密码子。这样一共有64种密码子，这些由“3个字母”组成的代码使单个的氨基酸能够按照指定的顺序组合成蛋白质，这便是所有生物，包括人类的生命基本结构基础。每一种生物（从细菌到植物、到动物）以及其中的每一个个体，都拥有自己一套不同的遗传密码，由此构成它们全部的遗传基因。
DNA结构的出现是宇宙物质演化中的一个重要里程碑，前一个里程碑是自然界92种元素的出现。物理学的成果表明一切物质的原子都由为数不多的基本粒子根据相同的规律所组成，说明了物质世界结构上的高度一致，揭示了物质世界的本质。分子生物学的成就表明生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的。例如，不论在何种生物体中，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。遗传物质，除某些病毒外，都是DNA，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除个别例外，在绝大多数情况下也都是通用的。
很早就有科学家做过预言：生命最终都可以用物理学或化学的语言来进行说明。有人将生命体比喻为是由各拼图块组成的类似于模型一样的物体，即它是一种分子机械，然而这种分子机械结构不同于我们通常所说的机械结构，经过长期的自然进化，与动态环境之间所形成的对应关系结构，这种结构里面蕴含着一种“动力”，或者说特定分子结构对环境变化的反应机制。在长期与环境的共同演化过程中，这种结构不断得到“改良”，变得超乎想象的复杂与精巧。如果要对生命做进一步的定义，它是一种能够对环境变化作出主动反应的复杂的作用力关系结构。
说到底，生命现象是可以被认知的，生命结构与原子的结构及属性有关，生命的奥秘存在于最基本的原子结构，以及这种结构组合与环境的相互关系中。
自从地球上诞生了生命，宇宙物质演化便进入到一个新阶段。那么，生命这种存在有什么不同于其它物质的属性。
自我复制、自我调节和对应环境产生适应性变化是生命区别于非生命的特征。生命系统的这些特征，就其基础而言，无疑是物理化学过程，服从物理化学规律。可是，这些物理化学变化的结果，却转化为生命的东西，成为生命所特有的属性。虽然这三个基本属性的某一个，或某个属性的某些侧面，在无机界有机界也可能存在，但只有在生命中这三个属性才有可能联系并相互结合在一个系统中。
首先，生命是能够进行自我复制的系统。遗传基因的本质是一种叫做脱氧核糖核酸（DNA）的物质，生命进行自我复制是以DNA的双螺旋结构为载体。自我复制是生命系统不同于化学系统的特征。自我复制是指DNA分子的解旋、两链分开，各自合成互补链，从而形成两个新的然而又相同的分子。细胞*、生命繁殖是在分子复制基础上进行的。生命存在的状态下，或为一个活体时，总存在自我复制，它是贯串生命过程始终的属性。
生命的另一属性表现为生物体的新陈代谢功能。生物体是一个半开放的结构，它和周围环境不断进行着物质的交换和能量的流动。一些物质被生物体吸收后，在其中发生一系列变化，体内的一些物质被新物质替代，它们与未被吸收的物质一起被排出体外，这被称作新陈代谢。通过新陈代谢为生物体提供养分，补充能量。生物能通过新陈代谢而生长发育。一粒种子可以成为大树，一只蝌蚪可以成为青蛙。虽然环境条件可以影响生物的生长发育，但每种生物的生长发育都是按照一定尺寸范围、一定的模式和稳定的程序进行的。
而作为生命最重要的特征，是它所具有的反映环境变化的能力，能通过与环境的互动不断取得进化。生物从约38亿年前至今，经历了由简单到复杂，由低级到高级的演变过程。这里有一点要说明，进化不是生物单方面的表现，生物进化与环境演化是互相关联的，即生物结构机能与生态体系的共同演化。
说生物体是一种结构不如是一种机制，它是一种能够解读环境及其变化的复杂的力学系统。最初的生命体是相对简单的，生命的演化是一个不断对环境进行解读的过程，这个过程中生物体与环境都在发生变化。环境中有各种各样影响生物体存在的因素，像光线、温度、压力、声音、其它无生命或生命的存在等以及这些存在的变化，这些因素都会以某种力学形式作用于生物体，而生物体会以自身结构的变化来反映或应对这些力的作用，在这样的作用过程中生物结构演变得越来越复杂。
在长期的生物进化过程中，各种生物机能因生存的需要不断被发展和完善，或者说产生了对环境的适应性变化。例如植物由藻类演化到裸子植物，再由裸子植物到被子植物，经过长期演化，有了今天丰富的植物物种及精巧的植物结构，这是生物不断适应环境的结果。对于动物来说，动物机体结构的变化更加丰富复杂。动物因生存环境的不同表现出不同的机能和形态。陆地动物有适合在陆地运动的肢体以及适应呼吸空气的肺结构，鱼有适合在水中游动的鳍和适合在水中呼吸的腮结构。动物最基本的生物机能像消化系统、血液系统、内分泌系统、生殖系统等不断得到进化，用于感觉环境中声音、气味、色彩如听觉、嗅觉、视觉的感官系统在结构和功能上不断完善。而最神奇的是用来感知环境的中枢神经系统——大脑的进化，动物的大脑所反应的是各种事物的属性、存在状态、相互间的关系、自然规律等。我们可以看到，只要自然界中存在的，对生命存在有影响的，生物都会以某种结构或方式对其进行诠释。
如果对上述对生命的叙述进行总结，生命是生物体所表现出来的自身繁殖、生长发育、新陈代谢、遗传变异以及对刺激产生反应等复合现象。生命是由非生物经过长期复杂的相互作用演化而来的，表现为生长、发育、繁殖、代谢、应激、运动、生存意识的形式。生命是能够反应环境变化并且与环境之间存在互动关系的实体，代与代之间因环境变化而产生变异，它能把自己的特征及对应环境产生的变化通过繁殖而重组，使下一代的特征与自身并不完全一模一样。
说到底，生命是一种复杂的作用力关系结构，它能够感觉、感知宇宙或自然的存在，并且这种感觉、感知随生命的演化不断深化，这是生命的本质特征。
参考资料：摘自新浪读书《生命的演绎》
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