生命與非生命的界限

劉元維

根據(jù)英國戴維斯的觀點(diǎn)：一個(gè)鏡像對稱的封閉系統(tǒng)，在時(shí)間上是嚴(yán)格不變的。它既有兩個(gè)起點(diǎn)，也有兩個(gè)終點(diǎn)。“而它的歷史終點(diǎn)就是它的未來起點(diǎn)，所以知道了歷史就看到了未來。而它現(xiàn)在的狀況，就是由歷史原因造成的，并決定了它的未來結(jié)果，”他寫道，“如果把這個(gè)系統(tǒng)分成兩半，那么我們現(xiàn)在只有歷史，沒有未來，或相反，只有未來，而沒有歷史。”所以，這個(gè)對稱系統(tǒng)，就是由歷史與未來兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)分界構(gòu)成的。

這就意味著，科學(xué)發(fā)展不能總走直線。因?yàn)?，在跨學(xué)科的交叉點(diǎn)上，既隱含著歷史科學(xué)的一半，也包容著未來科學(xué)的另一半，所以，在理論原則上兩者不能混為一談。

生命與非生命的界限

在近代科學(xué)中，物理學(xué)是最先實(shí)現(xiàn)技術(shù)現(xiàn)代化和高度數(shù)學(xué)化的學(xué)科?；瘜W(xué)也隨著物理學(xué)的發(fā)展被分離出來。只要化學(xué)向前邁進(jìn)一小步，就進(jìn)入了生物學(xué)。作為生物種群的一員——人，就是物理學(xué)意義上的技術(shù)人。

遠(yuǎn)在兩個(gè)世紀(jì)以前，法國人笛卡兒就曾指出：“動(dòng)物是機(jī)器?！笨刂普摪l(fā)明者美國人維納認(rèn)為：“控制論意味著動(dòng)物與機(jī)器之間的本質(zhì)同一性。”日本人丸山一輝提出，從時(shí)間生物學(xué)的原則理論來看，生物可以是自動(dòng)的物理機(jī)器。許多科學(xué)家反復(fù)強(qiáng)調(diào)，一個(gè)原始生命結(jié)構(gòu)的自發(fā)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化過程，也許同人工合成化合物一樣，其原理應(yīng)該是極其簡單的。

當(dāng)代化學(xué)工業(yè)，已經(jīng)生產(chǎn)出一個(gè)龐大的化合物家族。今天，生物化學(xué)家正在學(xué)著復(fù)制各種生物中的化學(xué)反應(yīng)，但是這種復(fù)制只能將單一形式的反應(yīng)同其他反應(yīng)分開進(jìn)行，從而提取并分離出在濃度與純度上合格的產(chǎn)品。然而，生物卻無法忍受這種單一形式的高溫高壓、強(qiáng)酸強(qiáng)堿或催化環(huán)境。它們總是根據(jù)各自不同的條件和需要，在常溫常壓和酸堿平衡值的范圍內(nèi)共同進(jìn)行。當(dāng)然也有例外發(fā)生，但不能形成主流。

可見，嚴(yán)格控制的化學(xué)反應(yīng)與生物反應(yīng)比較起來，雖然原始落后，但是隨機(jī)應(yīng)變的生物反應(yīng)也并非完美無缺。從這個(gè)意義上講，所有的化學(xué)反應(yīng)都一樣，都是通過簡單的動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和反應(yīng)工程這四個(gè)基本過程來完成的。就像自然創(chuàng)造的火和人工制造的燃燒一樣，雖然概念各不相同，但內(nèi)容卻是相互貫通的。

美國生物學(xué)家賴特確信：“精神是普遍存在的。它不但存在于生物及它們的細(xì)胞中，也存在于原子、分子和基本粒子中?！?/p>

在基礎(chǔ)科學(xué)中，物理學(xué)與生物學(xué)是兩個(gè)最具代表性而又十分獨(dú)特的學(xué)科。目前，還不能給它們深入研究的課題準(zhǔn)確下定義。分子、原子和基本粒子……這在今天看來毫無意義，也不能說明問題。因?yàn)?，它們失去了?guī)律性，即使數(shù)學(xué)方法也無能為力。

有人提出，我們希望發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)奧秘，應(yīng)該存在于物質(zhì)的本質(zhì)中。特別應(yīng)指明的是，原子與粒子和蛋白質(zhì)與核酸，它們的共同本質(zhì)到底是什么。

然而，美國人克賴頓卻做出了意外的回答：它們都一樣，就像是一塊巖石、一個(gè)塑料玩具、一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或一堆火等等。它們都有感覺與行為，能進(jìn)食、消化、吸收和排泄，還能繁殖與遺傳。它們都是活著的不同生命形式，只是與我們今天的科學(xué)基礎(chǔ)和思維慣性想像不習(xí)慣而已。因?yàn)?，在不同條件下，有些物質(zhì)的相互作用只能分開進(jìn)行，即只有感覺沒有行為，或只有行為而沒有感覺。但有時(shí)感覺與行為必須同時(shí)進(jìn)行，即感覺就是行為，行為就是感覺。只是這一過程由于剛剛開始，所以進(jìn)行得很慢，往往總是千古不變。相反，有些過程卻處在快速轉(zhuǎn)化中，就像黑暗中的一道閃電那樣短暫，瞬息萬變……

“很清楚，我們除了僅僅靠研究無生命物質(zhì)而產(chǎn)生的物理學(xué)與化學(xué)以外，還需要研究有生命的物理學(xué)和化學(xué)，由于同樣的原因，研究生命物質(zhì)的生物學(xué)與人類學(xué)，也需要研究無生命的生物學(xué)與人類學(xué)?！卑拇罄麃喨瞬娼忉尩溃骸斑@并不是說近代科學(xué)的研究方向出現(xiàn)了錯(cuò)誤，而是說從現(xiàn)代科學(xué)的研究傾向看，它們都是不完善的。”他寫道，“如果今天有生命科學(xué)與無生命科學(xué)進(jìn)行交戰(zhàn)，而雙方都想要吞沒對方的話，那么，它們將被相互吞沒。當(dāng)然，這種吞沒并不會(huì)破壞它們中的任何一條普遍原理與機(jī)制，而是把它們拼接在統(tǒng)一的模型體系中?！辈贿^，對于這樣的“統(tǒng)一模型”，科學(xué)尚不能解釋。

那么，發(fā)育生物學(xué)中的“極和場坐標(biāo)模型”，是否能給我們一種有益的啟示呢?

梯度與軸線的設(shè)想

當(dāng)有些動(dòng)物的生殖器官發(fā)育到成熟期，便會(huì)分裂出一種十分奇特的生殖細(xì)胞，也叫精(卵)細(xì)胞。這種細(xì)胞與動(dòng)物其他細(xì)胞不同的是，它們不能獨(dú)立完成生長發(fā)育這一過程。只有相互結(jié)合，才能構(gòu)成一個(gè)完整的體細(xì)胞。當(dāng)受精卵發(fā)育成兩個(gè)細(xì)胞時(shí)，可以用人工方法把它們分開，其中每一個(gè)細(xì)胞都能發(fā)育出完整的小動(dòng)物。當(dāng)分裂成四個(gè)細(xì)胞時(shí)，這種實(shí)驗(yàn)也能勉強(qiáng)成功，但分裂成八個(gè)、十六個(gè)……卻辦不到!

因?yàn)椋S著細(xì)胞的分裂增多，每一個(gè)細(xì)胞、細(xì)胞組織及細(xì)胞器官等，都出現(xiàn)了性質(zhì)不同的差異。到后來，不同的細(xì)胞只能固定在身體的不同位置上，甚至連區(qū)分細(xì)胞的基準(zhǔn)都變得模糊了。

這一系列細(xì)胞分化現(xiàn)象，如同把一塊磁石不斷砸碎看到的情況一樣。為了說明這種差異現(xiàn)象，美國人蔡爾德1910年最先提出了“極性梯度學(xué)說”。這一學(xué)說認(rèn)為，在生物中普遍存在各種不同的梯度機(jī)制。它總是從一端開始，并嚴(yán)格按照相同不變的比例積少成多，當(dāng)?shù)竭_(dá)另一端后，便會(huì)立即停下。

如果把梯度機(jī)制用數(shù)學(xué)表示，剛好構(gòu)成一個(gè)已知三角形“單極”細(xì)胞，也叫“三叉坐標(biāo)”細(xì)胞。其中內(nèi)含1份3個(gè)“縱橫圖像”因子，其3因子交換法則為：強(qiáng)、中、弱；中、弱、強(qiáng)；弱、強(qiáng)、中(單極4因子法則也成立)?？梢?，這樣的3因子排列，既是促進(jìn)單級逐漸增強(qiáng)，同時(shí)又是導(dǎo)致單極不斷減弱的生物過程。所以，知道其中兩個(gè)因子的排列順序，另一個(gè)就可以推測出來。

渦蟲、水螅和蚯蚓等，都是再生能力很強(qiáng)的低等動(dòng)物。如果把它們的頭部或尾部切去，在殘留的部分中，還可以復(fù)制出完好的頭部和尾部。要是把渦蟲從中間部位切得更準(zhǔn)確，還能生長出由兩個(gè)頭或兩個(gè)尾組成的畸形渦蟲。

需要說明的是，不僅差異的發(fā)育會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，就是在相似的再生中，畸形的出現(xiàn)率也是相當(dāng)高的。實(shí)驗(yàn)表明，附帶一個(gè)隱性病態(tài)的個(gè)體，通常也能引起成功的遺傳。同樣，一個(gè)健康的個(gè)體，也有出現(xiàn)遺傳同質(zhì)的危險(xiǎn)。這在整個(gè)生物界可以普遍找到。

這種由單一同質(zhì)個(gè)體再生出完整群體的現(xiàn)象，如同把一塊長方形磁石切割成兩段相似的一樣。為了說明相似再生，美國人哈里森1918年最先發(fā)現(xiàn)了“縱橫軸心場”。這種機(jī)制總是從軸心開始，并連續(xù)向著縱橫方向積少成多，其中每一半的積累，都必須嚴(yán)格按照另一半同步進(jìn)行，并直達(dá)邊緣。

如果把縱橫機(jī)制用數(shù)學(xué)表示，便構(gòu)成一個(gè)已知四方形“雙極”細(xì)胞，也叫“縱橫坐標(biāo)”細(xì)胞。其中內(nèi)含2份4個(gè)“三叉圖像”因子，其4因子交換法則為：強(qiáng)、弱、強(qiáng)、弱；強(qiáng)、弱、弱、強(qiáng)；弱、強(qiáng)、強(qiáng)、弱；弱、弱、強(qiáng)、強(qiáng)(雙極3因子法則也成立)?？梢?，這樣的4因子排列，既是促進(jìn)雙極不斷吸引同時(shí)又是導(dǎo)致雙極逐漸排斥的生物過程。所以，知道了縱向或橫向的一半，另一半就可以推測出來。

不難看出，這種極和場坐標(biāo)模型的應(yīng)用原理，就是兩種電視機(jī)和兩種細(xì)胞的互補(bǔ)放映：一種是用三叉坐標(biāo)放映四方形圖像，正確；另一種是用縱橫坐標(biāo)放映三角形圖像，正確。但是，隨著四方形圖像動(dòng)點(diǎn)移位，部分圖像與坐標(biāo)出現(xiàn)了軸線重疊，錯(cuò)誤；同樣，三角形圖像與縱橫坐標(biāo)也出現(xiàn)了軸線重疊，錯(cuò)誤。如果換一種方法，用三叉坐標(biāo)放映三角形圖像，用縱橫坐標(biāo)放映四方形圖像，也會(huì)發(fā)生類似情況。區(qū)別的只是，兩種模型在相互移位過程中，軸線的重疊幾率不同。所以，雙方對錯(cuò)各占一半，知道其一，便知其二。因?yàn)?，它們就是一種電視機(jī)和細(xì)胞，也叫互為坐標(biāo)與圖像。只是我們的視線只看圖像，不看坐標(biāo)。

但是，萬變不離其宗，1、2、3、4的理論原則始終不變。如果把這一原則歸納成科學(xué)方法論，可以是系統(tǒng)論1、控制論2、信息論3和循環(huán)論4，也叫1、2、3、4的系統(tǒng)論、控制論、信息論和循環(huán)論。

制造與創(chuàng)造的超越

有趣的是，不僅在生物中，就是在原子世界里，也普遍存在著巴耳未梯級和拉波爾特奇偶對稱現(xiàn)象。雖然它們還不是整數(shù)，并受到質(zhì)量偏差的限制，但是，它們的理論形式也能同生物坐標(biāo)模型相提并論。那么，從數(shù)學(xué)意義上講，3與4和三角形與四方形就是時(shí)間與空間的基本單位嗎?

數(shù)學(xué)是為科學(xué)服務(wù)的。它的任務(wù)，就是把時(shí)間與空間虛構(gòu)成簡單的代數(shù)方程和幾何圖形，并相互模擬在統(tǒng)一的數(shù)學(xué)體系中，從而使未知的物質(zhì)世界，受已知數(shù)學(xué)規(guī)律的支配。所以，數(shù)學(xué)家們認(rèn)為，世界上任何事物都可以通過數(shù)學(xué)的方式來實(shí)現(xiàn)。但是，在近代科學(xué)中，只有物理學(xué)與數(shù)學(xué)存在著直接的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)物理學(xué)的研究經(jīng)驗(yàn)，只要發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)中的規(guī)律性，就能被數(shù)學(xué)化。這一點(diǎn)，我們以技術(shù)為例可以在機(jī)器中看到。但是，生物學(xué)卻截然不同，因?yàn)?，生物中的?guī)律性是自然創(chuàng)造的，而機(jī)器的規(guī)律性是人工制造的。面對自然規(guī)律，生物只能聽天由命，因?yàn)樗鼈兩聿挥杉?。而面對制造?guī)律，人類卻可以隨心所欲，任意操縱。美國人霍夫曼指出：“我們完全有理由相信，人工制造與自然創(chuàng)造是可以通過數(shù)學(xué)方式相互超越的。因?yàn)?，人工制造本身就是虛?gòu)的自然創(chuàng)造?！彼?，數(shù)學(xué)是一門虛構(gòu)科學(xué)，重要的是原理，而不是虛構(gòu)。

當(dāng)一根琴弦的兩端固定在琴上后，便能從弦中間向兩端彈出兩組整數(shù)序列的弦音。既然弦的兩端已被固定，這兩組弦音一定是兩個(gè)奇數(shù)。因?yàn)?，琴弦的結(jié)構(gòu)是被偶數(shù)限制住的，如果是奇數(shù)，琴弦兩端應(yīng)該是一端粗，另一端細(xì)。遠(yuǎn)在2500年前，希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯在發(fā)現(xiàn)音樂與琴弦之間存在的奇特關(guān)系后，十分高興和激動(dòng)，他當(dāng)即下斷語說：“數(shù)，奇異的整數(shù)，必是宇宙的關(guān)鍵。”

如果進(jìn)而聯(lián)想，每一個(gè)大于5的奇數(shù)都是3個(gè)素?cái)?shù)之和。在自然數(shù)幾次方的個(gè)位數(shù)值中，n每隔4次，其個(gè)位數(shù)的值就循環(huán)一次；在歐幾里德幾何中，同半徑球體的表面積是圓面積的4倍；迦羅華用群論證明，當(dāng)n>4時(shí)，一般n次方程沒有根式解，根據(jù)黎曼幾何，我們是生活在四維的時(shí)空連續(xù)區(qū)。

這樣，我們便不能不產(chǎn)生許多疑問：這3與4的奇妙出現(xiàn)意味著什么?難道只是現(xiàn)象嗎?根據(jù)因果規(guī)律，隱藏在現(xiàn)象背后的必定有其原因。那么，這原因究竟是什么?

著名日本發(fā)育學(xué)家崗田節(jié)仁評述道，利用極和場坐標(biāo)模型來解釋生物中的發(fā)育現(xiàn)象，不但“簡單明快”，而且非?！扒‘?dāng)圓滿”。其中許多專家學(xué)者巧妙地改換各種模型，說明了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是，即使在今天，要想把發(fā)育生物學(xué)的研究現(xiàn)狀，用這種模型理論統(tǒng)一起來概括其全貌，也是不可能的。問題不僅在于，這種理論形式與實(shí)際內(nèi)容之間很難對號(hào)入座，還在于細(xì)胞因子在不同生物層次中的含義也無法破解出來。所以，在生物學(xué)中并沒有完整的研究價(jià)值。令人費(fèi)解的是，把細(xì)胞這個(gè)詞與其他人造材料綜合使用，便會(huì)構(gòu)成各種有規(guī)律的原始要素，但其模型意義卻完全不變。他寫道：“只是這樣的理論處理，是在完全不清楚其人工制造與自然創(chuàng)造的本質(zhì)是什么的情況下使用的，所以，至今沒有引起科學(xué)界的足夠重視。”但是，不論現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展出現(xiàn)怎樣的變化，發(fā)育生物學(xué)這塊“神圣領(lǐng)地”卻始終被完整地鞏固著。想到這一點(diǎn)，確實(shí)發(fā)人深思。

許多專家學(xué)者又重新回過頭來，把分門別類的現(xiàn)代科學(xué)拼裝在一起，進(jìn)行著嘗試性的再研究。顧國建圖