（22 January 2003）

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老记：就我所知，‘终极关怀’这个词经常被一些信仰宗教的学者用来表白他们思考或研究宇宙，生命，物质，精神等哲学和自然科学的基本问题时的动机，而其信仰是这些思考或研究的结论。那麽，你是要和我谈宗教信仰吗？

戎鈛：不是。我不信仰宗教，尽管我很理解和尊重这些学者的信仰。‘终极关怀’的结果可以是‘神创造宇宙和生命’，也可以是‘宇宙是自然存在，生命是物质进化的结果’，还可以是‘不知道。’其实，这三种回答的科学性都差不多。因为如果把‘自然’换成‘神’，或者把神的名字叫‘自然’，第一和第二种回答是等同的。而第三种回答的科学性也是显然的，‘不知为不知’是也。

我之所以用‘终极关怀’这个词，是因为对‘终极’的‘关怀’普遍存在于大众之中。人活着，先要有衣食住行，再就是通讯。这是物质方面的需求。然后是精神方面。文娱体育活动：读小说，看电影，听音乐，打球，看球赛。这些活动令精神愉快。再进一步，是创造欲望的满足：创业的成功，学业，艺术，科研的成就，体育运动新纪录的创造等等。无论是在使精神愉快还是在创造欲望的满足过程中，都有一种对原因的探索及结果的追踪的欲望。‘且听下回分解’是章回小说作者利用读者对结果的追踪欲望的创作手法。在观看每年全国篮球甲级联赛时，绝大多数人对比赛结果的关心多于对球艺关心。而对原因的探索，则贯穿于多数自然及社会科学的研究之中：探求各种自然现象的成因，各种疾病的原因，社会运动的成功或失败的原因，等等。近年来，我们在世界各民族中都能看见一种‘寻根’的热潮，是大众对自己家族来源的探求。

大多数人都会问：为什麽会有我，有人类，有地球，有宇宙？在社会大众解决了基本的物质方面的需求之后，‘终极关怀’是他们的精神需求之一，而不论他或她是否信仰宗教。

老记：那末，你所指的终极关怀包括哪些内容？

戎鈛：我想，主要是围绕人类（认识主体）及其生存环境的存在而产生的问题。有三个方面：

1. 宇宙的来源 展现在我们眼前的地球、月亮、太阳、银河及遥远的星球是怎麽来的？有各种不同的天体演化学说，例如，说星体是先爆炸成为新星，然后成长，最后老化坍塌成黑洞等等。关于宇宙形成后的演化，我想不是问题的焦点。不同的人可以接受不同的演化学说。关键的问题是宇宙的来源，是自有永有无史无终，还是神的创造？

2. 生命的起源 现不考虑关于球外生命是否存在，只考虑地球上的生命。根据古生物学的最新发现，地球上的生命最早出现在35亿年前。科学家估计地球的年龄约45亿年。最近美国华盛顿大学太空生物学家布朗利和华德说地球已经开始转变为燃烧后熔渣的过程，最后将被太阳吞噬。到地球五十亿年时所有动植物都将灭绝。八十亿年时海洋蒸发。一百二十亿年时不断扩大的太阳将吞噬整个地球，让所有在地球上存在过的证据消失溶解。这仅仅是从时间方面来说。从空间上来说，生命的存在范围是从地面以下十几公里处起，到地表以上二十公里的大气层的一个球状环形空间。向地心更深处或太空更远处均无生命存在（人造飞行器中的生命不计）。因此可以说，生命现象是在物质世界发展中有限时空内存在的现象。那麽生命是怎麽产生的？

3. 精神世界的产生 马克思主义哲学认为精神是高度组织起来的物质即人脑的产物。本文只讨论这种定义下的精神，不讨论诸如黑格尔绝对精神中的精神。人有感觉意识和思维，才有精神世界。最早在地球原始海洋中出现的生命体是没有感觉更没有意识和思维的。生物从低级到高级的演化中，一定有一个或数个环节先是感觉、然后是意识产生的地方，最后到了高级阶段产生了思维。也就是说精神世界有一个从无到有的过程。

老记：这三个问题中你觉得哪一个问题最有意思？

戎鈛：这三个问题都是追溯起源的问题，但是有区别。生命和精神有起源，是大多数人能够接受的。因为生命和精神都是在物质世界演化的过程中，在一定的时空中出现的现象，有一个从无到有的过程。人类在宇宙中生存，观察各种物体的生存和死亡，造成了人类在认知上的一个公理：万物都有其起源。但这一公理应用于考察宇宙本身时就出现了问题。无论是自有永有、无史无终，还是神创造宇宙，都回答不了起源问题。我对这个问题感到迷茫，觉得它超出了人类智慧所能达到的极限。所以在这个对话中，我着重于生命和精神世界的起源问题。

老记：一条小虫子有生命，你触它一下它会收缩。一个功能复杂的机器人没有生命，但它可以具有比小虫子多得多的功能反应。可是虫子可以进化成像人这样的高级动物，机器人则不能。生命为什麽会这样神奇，它的本质是什麽？

戎鈛：不同时代对生命有不同的定义。中国古代哲学家把生命看成是气，“人之生也，气之聚也”。希腊古代哲学家如阿里士多德，则定义生命是灵魂的一种表现形式。到十八世纪，有一种生命力（life force）的学说，认为生命力与原生质（protoplasm）的化学和电的特性有关。从十八世纪中叶到十九世纪中叶，在生命系统中发现的化学过程，使生物学家倾向于认为生命是一种能力，以使生命系统保持其整个结构，达成诸如新陈代谢等功能。也就是把生命定义为一个有新陈代谢功能、能生长繁殖、遗传变异和对刺激做出反应的物质系统。在热力第二定律学被发现之后，生命体被定义为熵减系统。上世纪五十年代，细胞的DNA（脱氧核糖核酸）结构被发现以后，人们普遍相信能够自我复制的基因元件是生命的基础。分子生物学给“生命”的定义是，生命是由核酸和蛋白质特别是酶的相互作用产生的、可以不断繁殖的物质系统 。

老记：那么，现在的分子生物学是否可以找到一种介乎生命和非生命之间的物质系统呢？我想，研究这类物质是最有意义的。

戎鈛：对。自然界有一类东西称为病毒，病毒是由核酸链和蛋白质外壳构成的,单独存在时，好象是一种纯粹的化学物质,并可结晶；但一旦进入了活的特定的宿主细胞中，就可利用宿主细胞内的单体和能量的供应，以及复制、转录和翻译的“机器”自我繁殖。近来又发现一些被称为质粒的物质。它更为简单，只是一些裸露的环状核酸，但可进出于活细胞之间，利用活细胞内的复制“机器”自我繁殖。此外，类病毒也有类似的情况。这些物质是否具有生命，目前还有争论。有人认为，只要能够控制自身繁殖和遗传变异并对进化力量独立作出反应的都应称之为生命。如果这样讲，那么病毒、噬菌体、质粒和类病毒之类的东西就都可划为生命物质。也有人认为，生命体必须能够独立自主地复制、转录、翻译和提供单体及所需的能源，而病毒、类病毒和质粒之类的东西是一种不完整的生命形态,它们都是寄生的,不能独立存在。

老记：可否从进化的时间上去寻找在地球上出现一种介乎生命和非生命之间的物质系统呢？也就是看看非生命系统怎样进化成有生命的系统，在这个过程中他们获得哪些特别的成分，使之成为有生命的？

戎鈛：有人认为地球上最初的生物来自别的星球或宇宙的“胚种”，它们可以通过光压或陨石而到达地球。此种看法在19世纪颇为流行，至今还有少数科学家持这种观点。现在，多数科学家认为在原始地球的条件下，无机物可以转变为有机物，有机物可以发展为生物大分子和多分子体系，直到最后出现原始的生命体。这一过程被称为化学进化，以别于生物体出现以后的生物进化。1936年出版的奥帕林的《地球上生命的起源》一书，是世界上第一部全面论述生命起源问题的专著。他认为原始地球上无游离氧的还原性大气在短波紫外线等能源作用下能生成简单有机物（生物小分子），简单有机物可生成复杂有机物（生物大分子）并在原始海洋中形成多分子体系的团聚体，后者经过长期的演变和“自然选择”，终于出现了原始生命即原生体。化学进化论的实验证据越来越多，已为绝大多数科学家所接受。

老记：可否更详细描述这个化学进化过程？

戎鈛：化学进化的基本过程可被更详细地作如下描述。

1. 孕育生命的原始地球 　初生地球的地壳薄弱，地球内的温度很高,火山活动频繁,从火山喷出的许多气体构成了原始大气。一般认为原始大气包括CH4、NH3、H2、HCN、H2S、CO、CO2和水蒸汽等,是无游离氧的还原性大气。其主要根据是：①射电望远镜无线电波谱分析表明，现在离太阳较远、变化较小的行星如木星、土星等的大气，都是由H2、He、CH4、NH3等组成的还原性大气;②远古沉积岩所含的铁是氧化程度较低的磁铁矿（Fe3O4），而以后生成的“红层”所含的铁则是氧化程度较高的赤铁矿（Fe2O3），这反映了原始大气从还原性向氧化性的过渡。现在地球的氧化性大气是蓝藻和植物出现后，通过长期的光合作用逐步形成的。由于原始大气中无游离氧亦未形成臭氧层以阻挡、吸收太阳辐射的大部分紫外线，所以紫外线能全部射到地球表面,成为合成有机物的能源。此外,天空放电、火山爆发所放出的能、地球深处的放射线和宇宙空间的宇宙线以及陨星穿过大气层时所引起的冲击波等，也都有助于有机物的合成。在上述各种能源中雷鸣闪电似乎更重要，因为它所提供的能量较大，又在靠近海洋表面处释放，那里合成的产物很容易溶于水中。

2. 生命分子的合成 　生物小分子的合成 　如氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等的合成。1952年美国芝加哥大学研究生S.L.米勒,在其导师, H.C.尤里指导下,进行了模拟原始大气中雷鸣闪电的实验(图1) 共得到了20种有机化合物，其中11种氨基酸中有 4种（甘氨酸、丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸）是生物的蛋白质所含有的。以后其他学者又进行了大量的模拟实验，或改用紫外线、β射线、高温、强的阳光等作能源,或改换了还原性混合气体的个别成分（如以H2S代替H2O、以HCN代替CH4和H2、或增加CO2、CO等）,结果都能产生氨基酸。

化学进化显然不限于原始地球，在宇宙和其他天体上也会发生。星际分子和陨石中有机物的发现证实了这一点。据L.E.斯奈德报道，到1978年为止已发现星际分子37种，其中80％是有机化合物。星际分子中有大量的甲醛和氰化氢，与米勒放电实验中最初的中间产物相同，当它们与氨反应再经水解就能生成氨基酸。1969年 9月坠落在澳大利亚东南部默奇森镇的陨石，经分析发现含有多种氨基酸，其种类与含量同米勒放电实验生成的相当一致。这就表明，原始大气由无机物生成生物小分子不但是可能的，而且这种过程在宇宙间仍在发生。

生物大分子的合成 　可以推想，被雨水冲淋到原始海洋中的生物小分子（单体）,经过彼此的相互作用,可以形成蛋白质、核酸等生物大分子（聚合体）。但单体变成聚合体必须经过脱水缩合，而在原始海洋中进行脱水缩合显然是个很大的难题。目前关于氨基酸缩合成多肽,比较可信的看法有以下3种：①美国学者S.W.福克斯等认为原始海洋中的氨基酸可能被冲到火山附近的热地区，通过蒸发、干燥和缩合等过程而生成类蛋白，类蛋白若被冲回到海洋，就可能进一步发生其他反应。他们的根据是：将20种天然氨基酸按酸、碱、中性分别混合，在170℃下加热数小时,可以得到具有天然蛋白质某些特性的氨基酸聚合体──类蛋白。②另一些科学家如以色列的A.卡特恰尔斯基等认为，原始海洋中的氨基酸是在某些特殊的粘土上缩合成多肽的。他们在实验室内先使氨基酸与腺苷酸起作用,生成氨基酰腺苷酸,后者含有自由能,当被吸附在蒙脱土(montmorillonite)等特殊粘土的表面时，就能缩合生成多肽。英国学者J.D.贝尔纳早在1951年就提出了某些粘土片层间因含有大量的正、负电荷，故可将带电的分子吸附并能成为原始催化中心的理论。60年代英国学者A.G.凯恩斯－史密斯更进一步提出生命起源于粘土的主张。他认为导致生命出现的化学演变是在粘土中进行的。80年代美国航天局的科学家们发现,某些粘土有贮存和运送能量的功能,这一发现支持了凯恩斯－史密斯的观点。③日本学者赤崛四郎提出一个能回避“脱水缩合”难关的“聚甘氨酸理论”以说明多肽的形成。他认为在原始大气中产生的HCHO,能与NH3和HCN发生反应,形成氨基乙酰腈(aminoacetylnitrile)，后者先聚合再水解,生成聚甘氨酸,最后经过与醛类、烃类等起作用生成不同的侧基而形成由各种氨基酸组成的蛋白质。

模拟原始地球条件合成核酸的实验也有成功的报道。例如，有人将核苷与聚磷酸盐加热至50～60℃获得了多核苷酸；有人将尿苷酸与聚磷酸盐加热得到了多尿苷酸，但并非以3'、5'磷酸二酯键相连；后来有人用胞苷酸与聚磷酸在65℃下合成了由 5个左右核苷酸构成的短链核酸，含有3'、5'磷酸二酯键，与生物的核酸连接方式相同。但在无酶促情况下合成更长的以3'、5'磷酸二酯键相联的多核苷酸或由几种单核苷酸组成的多聚体却非常困难。

3. 多分子体系的出现 　生物大分子必须组成体系、形成界膜才能与周围环境明确分开，才可能进一步演变。因此人们认为多分子体系的形成可能是生命出现之前、化学进化过程中的一个必不可少的阶段。目前研究多分子体系的实验模型主要有团聚体和微球体两种。①团聚体(coacervate)模型。奥帕林将白明胶水溶液和阿拉伯胶水溶液混在一起，在显微镜下看到了无数的小滴即团聚体。后来发现蛋白质与糖类、蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸相混，均可能形成团聚体。奥帕林把磷酸化酶加到含组蛋白和阿拉伯胶的溶液中，酶就浓缩在团聚体小滴内；再把葡萄糖-1-磷酸加到溶液中,后者就会扩散进入小滴并被磷酸化酶聚合成淀粉。聚合作用所需的能量由葡萄糖-1-磷酸的磷酸键提供,而所释出的磷酸根则作为“废物”从小滴中扩散出来(图2)。这就很象细胞的生陈代谢了。由于阿拉伯胶是一种糖类,故合成的淀粉可使团聚体的体积增大。当团聚体变得过大时，它们就会自发地分裂成几个小滴。若把磷酸化酶和淀粉酶一同加到团聚体的配制物中,则这两种酶都会浓缩在小滴里, 随后就发生两步反应:葡萄糖-1-磷酸进入小滴并被磷酸化酶聚合成淀粉；淀粉酶则把淀粉分解成麦芽糖，后者与磷酸根一道扩散回周围溶液中(图3)。这样的小滴可作为一个开放系统而长期保存。可以设想，如果团聚体能自行制造磷酸化酶和淀粉酶（含有能“指导”合成这两种酶的基因核酸系统），在它们周围环境中又有足够的葡萄糖-1-磷酸作“食物”,则它们就既能合成,又能分解；如合成速度大于分解速度,团聚体就能“生长”，并通过分裂而“繁殖”。由于团聚体模型能表现出这些最简单的生物学特性，所以引起人们的注意。②微球体(microsphere)模型。福克斯等将酸性蛋白放到稀薄的盐溶液中溶解，冷却后在显微镜下观察到无数的微球体。微球体有双层膜，较稳定，在高渗溶液中收缩、在低渗溶液中膨胀，能通过“出芽”和分裂方式进行“繁殖”，并表现出水解、脱羧、胺化、脱氨和氧化还原等类酶活性。但类蛋白还不是蛋白质，因它除有一定量肽键外，还有大量其他化学键，故不能被蛋白酶完全水解。它的类酶活性很低，并且几乎全是分解性的，而在进化上更有意义的是合成酶的活性。但类蛋白是以20种天然氨基酸为原料、模拟原始地球的干热条件产生出来的，较之团聚体来自生物体产生的现成物质（如白明胶、阿拉伯胶等）有更大的说服力，所以受到广泛的重视。

4.由多分子体系进化为原始生命 　生命起源最关键的一步。这里有两个重要问题要解决：生物膜如何产生、遗传器怎样起源。①生物膜的产生：只有界膜变成了生物膜，多分子体系才有可能演变为原始细胞。生物膜的基本结构就是磷脂分子双层上镶嵌着动态的功能蛋白质分子。一般认为，脂质体可能是原始生物膜的模型。脂质体是一种人工制造的细胞样结构，由脂质分子双层包围着一个含水的小室构成（图 4）.通常将磷脂放在水中进行超声处理就能得到脂质体。一般认

为原始海洋中肯定有磷脂形成，有了磷脂就容易形成脂质体。脂质体嵌入糖蛋白等功能蛋白质，经过长期演变就可能发展为原始的生物膜。②遗传器的起源：目前尚无实验模型，仅凭一些间接资料进行推测。有不少的科学家认为，最初比较稳定的生命体，可能是类似于奥帕林在实验室内作出的、主要由蛋白质和核酸组成的团聚体。可以设想,起先存在着各种成分的多分子体系,后来，不适于生存的破灭了，适于生存的被保留下来。经过这样的“自然选择”终于使以蛋白质和核酸为基础的多分子体系存留下来并得到发展。其中核酸能自行复制并起模板作用，蛋白质则起结构和催化作用。由此推断，既非先有蛋白质亦非先有核酸，而是它们从一开始就在多分子体系内一同进化，共同推动着生命的发展。这里最关键的问题是核酸的碱基顺序如何达到与氨基酸顺序相互识别，以至进化到今天的信使核糖核酸(mRNA)上的密码子能与20种天然氨基酸那样精确的吻合。这个问题如能通过实验加以阐明，则由多分子体系进化到原始细胞的问题，也就比较容易解决了。

5. 生命起源的化石记录 　地球的年龄约为46亿年。已知地球上最古老的沉积岩是格陵兰西南部伊苏瓦(Isuwa)地区的沉积岩,年龄约为38亿年。在这种沉积岩中发现了一些有机物的微结构。这些微结构已证明是在水面放电时产生的。1978～1980年间，澳大利亚学者D.I.格罗夫斯等连续报道了在澳洲西部诺思波尔地区瓦拉伍纳群 (Warawoona Group)地层35亿年前的燧石中发现了一些丝状微体化石（图5）。如果能证明它们不是后来侵入的，那么至少在35亿年前生命就已在地球上出现了。

老记： 生命活动总是表现出目的性，即在将来实现的事件对现在的运动有约束性。例如鸟现在筑巢，是为了几星期之后产卵的需要；一条虫爬上树,是为了去吃树叶;某些噬菌体长出几条尾丝,是为了把自己的DNA注射到宿主体内去等等。人类的活动更是充满了复杂的目的性。这种现象从表面上看来，是与已知的物理学规律完全相反的。物理学的规律服从因果律，即事物的运动是由初始条件决定的，现在的条件决定着将来运动的情况，而不是倒转过来。

戎鈛：生命活动总是表现出目的性，在低等动物是因为本能，在人类是因为意志。

生命现象与已知的物理学规律是不相容的。 根据热力学第二定律，物理系统总是向熵的增长的方向，即组织程度减少的方向变化。但生命体从受精卵发育为成熟的个体，它的结构和活动规律由简单变为复杂；从进化的角度看，生物体也经历了从低级形态变为高级形态的漫长过程。这两种过程都与热力学第二定律相违背。奥地利物理学家E.薛定谔，在《什么是生命》一书中提出了“负熵”的概念。他认为生命的特征就在于生命体可以不断地从周围环境中取得“负熵”以对抗生命活动中不可避免的熵的增长。

老记：为什麽生命有这种能力可以不断地从周围环境中取得“负熵”？ 生命体从低级到高级进化，其器官，如视觉器官，从最原始只能对光敏感的眼点到人类的眼睛这麽复杂的系统，好像有一个明确的方向。这到底是为什麽？好像冥冥之中有一个力量在主宰似的。

戎鈛：一般人都有自然选择的概念。1968年，日本学者木村资生根据分子生物学的材料提出了“中性突变-随机漂变假说”（简称中性学说），认为在分子水平上,大多数进化改变和物种内的大多数变异，不是由自然选择引起的，而是通过那些选择上中性或近乎中性的突变等位基因的随机漂变引起的。 因此，我认为自然选择不是进化的动力， 而是“判官”。“自然”选择了那些适于生存者，保证了进化的方向。

老记：在生命体与非生命体的比较中，你认为最有意义的问题是什么？

戎鈛：为什么由H、O、N等元素构成的分子，最后有可能形成生命体，而由Si、Fe、Cu等构成的系统，即使它们复杂到如现在的超大规模集成电路和超大型计算机系统，也永远不具生命现象，此其一。其二，我认为生命体与非生命体的最有意义的区别不在于能否繁殖，而在于生命体的进化最后出现精神世界。即：生命体进化到最高级的动物后，能够有自己的感情、意志和思维。那么，这种精神世界的产生的可能性，是从一开始原始细胞形成时就潜伏地存在于它的基因之中，还是在生命进化到某一定阶段后，由于基因的随机漂变和自然选择而获得的？

不管是从一开始原始细胞形成时就有某一基因元件，还是在生命进化到某一定阶段时获得的某一新的基因元件，如果能够找出这个决定精神世界出现的基因元件，则是非常有科学意义的事情。

第一个问题是属于生命起源领域的问题，而第二个问题是属于精神世界起源的问题。因为精神世界的产生有赖于神经系统，特别是脑的活动，所以，接下来我们来谈谈神经系统的产生和进化。

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本文是一篇以对话方式对有关本文标题的现有文献进行初步梳理的读书笔记。

参考文献：

    【1】徐京华《生命》中国大百科全书。生物学。

   【2】彭奕欣 《生命起源》中国大百科全书。生物学。

   【3】图1 到图5 均取自彭奕欣 《生命起源》中国大百科全书。生物学。

  【4】陈世骧 方宗熙 张昀 《进化》中国大百科全书。生物学。