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“分”还是“合”?

地球上最初的那个“生物”

2020-2021年博古睿学者,北京大学生命科学学院教授。他是北京大学博古睿研究中心“博古睿讲座系列”的首讲嘉宾,也是在线平台“睿的n次方”的首位专栏作者,并给专栏起名《白话》。

2021-03-01 / 阅读时长 7 分钟
专栏 原创 首发

大家有没有想过,有关人类所生存世界的由来有多少种说法?以及自己更加偏好哪一种呢?

印象中,有关人类生存世界的由来的传说,比较有影响的,大概有两大类:一是创世,即由天神,比如上帝或者女娲创造了世界;一是衍生,即世界在人类出现之前呈一片混沌,后来因为某种机缘,出现了类似盘古这样的角色开天辟地、最终形成了现在的世界。这两类说法的共同之处在于,人类生存的世界不是“自古以来”就有的,而是因某种机缘而出现的。不同之处在于,前者认为世界是由超越于其外的力量创造的,而后者认为创世是由包含于其内的角色/机缘诱发的。

有关人类生存世界的起源问题,从现代科学的角度上讲,可以追溯的是宇宙起源。目前比较受到大家认可的解释是“大爆炸”学说,即人类现在生存的世界起源于138亿年前的一次大爆炸。这也是我们在本专栏开篇词中提到的,理解生命系统的11个时间节点中能够追溯的最早的节点。对于人类而言,智人走出非洲是在万年的时间尺度上(目前所知大概6、7万年),更广义的人类从近亲黑猩猩分出来大概是在百万年的时间尺度上。而人类与黑猩猩同属的灵长类出现在千万年的时间尺度上……。从这个逻辑往上推,似乎人类以及人类的近亲都是从一个共同祖先分出来的——这是达尔文“生命之树”的基本逻辑

那么有趣的是,有关最初的那个“生命”,它的祖先是什么,又是从哪里来的呢?是从什么地方“分”出来的吗?

在人类生存的世界中,共存的不只有生物,还有山川河流。它们其实也有起源的问题。有证据表明,6亿年前的地球完全不是现在的样子(图1)。一般来说,对它们由来的研究是地质学家的事情在过去几百年时间中,地质学家们其实已经有充分的证据证明,山川河流都是由各种各样的分子形成的。比如钟乳石就是碳酸钙堆积的结果。

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目前的结论是,构成万事万物的各种分子都是各种原子相互作用的形式。而已知的原子也只有一百多种类型(被称为元素)。按照大爆炸学说,这一百多种元素都是在宇宙起源的早期,由非常有限的几种最简单的元素(如氢、氦等)在高能状态下聚合而成的(请观看科学小视频“宇宙大爆炸的前生今世”) 。不同元素的原子再相互作用形成各种分子,最后形成各种天体(如“星云说”所解释的太阳系起源),包括天体中的各种成分,比如水。有一种说法认为,地球上的水是在地球形成之初,受到彗星撞击后留下的。这就不是“黄河之水天上来”了,而是地球之水天上来。(作者建议阅读《什么是黄河?》一文,请点击“黄河”二字)

从这个过程来看,宇宙万物好像又是因“合”而成的。

那么,作为“宇宙万物”中的一类,生命系统或者“生物”究竟是因“合”而成,还是因“分”而成的呢?

首先要看的是,在提到“生命系统”或者“生物”时,我们指的是什么——一个人?一棵树?一个细胞?我们知道,一个人是由很多细胞聚集而成的。成年人的细胞,最初都来自于单个的受精卵细胞。从这个意义上,一个人是由细胞分裂和分化而成的。可现在人们知道,人体细胞的寿命因其所在部位不同而不同。

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中国有句古话:身体发肤受之父母。这是(表1)北大医学院同学们找来的一组数据。从上面的数据可以看出,“受之父母”的发肤在出生后不多久就被身体给替换掉了。按照这些数据,除了中枢神经细胞、晶状体、卵母细胞等少数类型的细胞之外,人体中的绝大部分细胞在出生10年后(比如骨骼细胞每年要被替换掉10%)就会被全部替换一遍。

替代的细胞从哪里来的呢?直接的回答是,原有的细胞分裂而来。

但进一步问,分裂而产生的新细胞的组分从哪里来的?从人体摄入食物中的分子转化而来。

从这个意义上,一个人又是由摄入食物中的分子整合而来。

我们常常说,细胞是生物的基本构成单元。“细胞”的英文Cell 的原意就是“小房子”。最初,罗伯特•胡克在显微镜下看到的植物组织是由一个个小房子样的单元聚合起来的,就将这些小单元称为Cell。后来才知道,他当时看到的小单元的边界,只是植物的细胞壁。对于植物(后来发现动物也一样)这样的多细胞生物而言,既然整体是由细胞作为构成单位,那么细胞与多细胞个体的关系自然常常被比喻成砖瓦与房子的关系。可是大家能想像一座房子的砖头瓦块不断在被替换的场景吗?不知道大家会不会想到“忒修斯之船”[1] 所表达的困境?

我曾经也被“忒修斯之船”的困境所困扰。在意识到“活”的本质是一种特殊的相互作用之后,我终于理解了,“忒修斯之船”的困境其实是人类感官局限的结果

大家可能都听过“眼见为实”这句话。可是在相信这句话的时候你也许不会想到,世界比人类视觉所能触及的范围大了不知道多少倍。中国古人说“天圆地方”,西方中世纪有“地心说”,其实都是人类在感官于空间尺度上的经验范围内对自然的解释。类似的,每个人的寿命只有几十年,人类视觉对长于0.2秒(也有说是30毫秒的)以上的变化才可能感知。因此,快于0.2秒(如化学反应)或者慢于100年的变化(如地球板块变化或太阳系的形成和解体),显然超出了一个人所能感知的范围。这是感官在时间尺度上的局限。世界上有无穷变化是超出人类感官经验的。

《外篇·秋水》[2]中北海若曰:“井蛙不可以语于海者,拘于虚也;夏虫不可以语于冰者,笃于时也”。如果仅仅基于感官经验对自然,尤其是对生命系统进行辨识,并在“眼见为实”的基础上对它们之间的关系加以想像,出现“忒修斯之船”的困境实属在所难免。一旦我们跳出感官经验的束缚,不把细胞与多细胞个体的关系想象或者比喻为砖瓦与房子的关系。那样,表1中所列出的作为人体构成单元的细胞的寿命与人体的寿命不同步,生物作为一个处在不断分分合合之中的动态存在,就不再是一个难以想像的事情。

在三四十年的职业生涯中,我切身体会到一个难以摆脱的困境,那就是我们对世界的认知都是来自于先辈们对世界的描述。我们生下来所遇到的所有的事物都是有名字的,所有的关系都是有解释的。可是,先辈们对世界的描述,尤其是他们在描述事物时所能掌握的信息与现在相比,完全是小巫见大巫。因此,他们所创造的概念以及为这些概念所赋予的内涵,在现在的视角下存在这样那样的局限是可以理解的。

比如前面文章中所提到的当下字典中对“活”和“死”的循环定义。可是,不用这些概念,人们又无法沟通对个体对世界的感知。这种情况显然不是在我这代人才出现的。大概自有语言以来人类就一直面对这种困境。

在对植物科学发展历史的研究中,我发现,历史上人们应对这种困境的办法其实也很简单,那就是在信息量增加到原有的概念框架所无法包容的时候,换一个概念框架。这就如同孩子长到3岁时穿不进1岁时的衣服怎么办?换一件更大的。

对于本篇所讨论的生命系统究竟是从什么地方“分”出来,还是由哪些组分“合”出来的问题,新的“整合子生命观”给出的答案是,所有的生命系统是在不断的分分合合中具有一定稳健性的动态状态。对于人体而言,“稳健性”的时间尺度根据讨论的对象不同而不同。对于构成人体的大部分细胞类型而言,每个细胞稳健性的时间尺度不会超过10年,但作为一个细胞集合,人体的稳健性的时间尺度可以到几十年。如果仍然觉得这种现象很神奇而无法理解,一个简单的解释是可能你陷到某种之前形成的思维定势之中。想想人类感官的局限,或许我们可以从过去的思维定势之中跳出来。

孙艺萌 | 编


[1]忒修斯之船,亦称忒修斯悖论,是形而上学领域内关于同一性的一种悖论。公元1世纪时希腊作家普鲁塔克提出了这个问题:如果忒修斯的船上的木头逐渐被替换,直到所有的木头都不是原来的木头,那这艘船还是原来的那艘船吗?在普鲁塔克之前,赫拉克利特、苏格拉底、柏拉图都曾经讨论过相似的问题。近代霍布斯和洛克也讨论过该问题。这个问题有许多不同版本,如“祖父的斧头”。(编者注,来源维基百科)

[2]郭庆藩.庄子集释·卷六下

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