生命是什么 学生版

《生命是什么》的影响 向义和 清华大学 教授 1943 年,薛定谔在给都柏林三一学院高年级学生做**次讲课时,他高瞻远瞩地向年轻的学子们提出了时代赋予的科学统一的任务。这也就是他在《生命是什么》的序言中所说的话: “我们从先辈那里继承了对一种统一的、无所不包的知识的殷切追求。那些*高学府所被赋予的独特名称(即university)提醒着我们,自古以来的数个世纪当中,只有普遍的(universal)东西才能完全获得承认。然而,在刚刚过去的百余年里,各个知识分支在广度上和深度上的扩展,使我们面临着一个奇怪的困境。我们清楚地感受到,直到现在我们才开始获得能够将以往所有的知识融合为一个整体的可靠材料;然而另一方面,一个人要想跨越他专攻的那一小块领域以驾驭整个知识王国,已是几乎不可能的了。”因此,薛定谔感到为了实现知识统一的目标,我们除了应当继续坚持理论与实验相结合,努力克服知识的局限性外,没有别的出路。 薛定谔在用大量的篇幅对基因的性质进行了物理学分析,特别是用量子论分析后,他又在第6章中,从热力学关于有序、无序和熵的观点,来说明维持生命物质高度有序性的原因,首次提出了“生命赖负熵为生”的名言。他在“从环境中汲取‘有序’而得以维持的组织”一节中说: “ ‘它靠负熵生存’,它会向自身引入一连串的负熵,来抵偿由生命活动带来的熵增,从而使其自身维持在一个稳定而且相当低的熵值水平。” 全书快结束时,在第7章中,回答“生命是否基于物理定律?” 的问题时,薛定谔阐述了物理学和生物学的关系。他首先从有机物具有与无机物完全不同特征出发,指出虽然经典物理学在解释生命现象时遇到了困难,但是这并不意味着它们对于解决生命问题没有帮助。事实上,情况恰好相反,对生命的研究可能会展示出在纯粹研究无机现象时无法发现的全新的自然界景观,发现在生命物质中适用的新型的物理学定律。他在第7章的“新定律并不违背物理学”一节中指出: “所谓的新定律也是真正意义上的物理学定律: 我认为,它不过是再 次回归到了量子论的原理罢了。” 在20 世纪40 年代和50 年代,薛定谔的生物学观点具有很大的影响,尤其对年轻的物理学家影响更大,他将一些物理学家引到一个科学研究的新的前沿,推动他们转入生物学的新领域,去探索物理学的新定律。薛定谔的《生命是什么》一书自1944 年出版后,到1983 年的40年间,在西方世界各国出版了12 版之多。他的这本书成为当时分子遗传学的“结构学派”(应用物理化学定律来研究生命物质的分子结构)的纲领,为DNA 双螺旋结构的发现者们提供了强有力的思想武器。 DNA 双螺旋结构的发现者之一、美国遗传学家沃森在芝加哥大学读书时,在读了薛定谔的《生命是什么》后,就被这本书吸引住了。后来他说,正是这部书引导他去“寻找基因的奥秘” 。一位采访沃森的记者曾经向他提出问题: “薛定谔的波动方程使他成为有名的诺贝尔奖得主,作为物理学家,他试图用量子论来谈生命问题,这在当时是具有划时代意义的事情吧?”他说: “那本书对‘生命是什么’ 进行了提问,薛定谔对提问做出了回答。他叙述了生命的本质,人类、虎、鼠等所具有的特性,指出生命的特性是由染色体决定的。他还认为生命有说明书,说明书肯定存在于分子上。分子上有非常特别的构造,能利用某一方式将信息拷贝下来。” DNA 双螺旋结构的另一位发现者、英国生物物理学家克里克曾于20 世纪30 年代后期在伦敦大学获得物理学学位,后来又攻读物理研究生,打算从事粒子物理研究。1946 年,他读了薛定谔的《生命是什么》一书后,受到了该书的启发而想研究物理学在生物学中的应用。书中提出的“可以用精确的概念,即物理学和化学的概念,来考虑生物学的本质问题”给他留下了深刻的印象,他读罢书后写道: “伟大的事情就在角落里。”他所说的伟大的事情指的是利用X 射线衍射法对蛋白质和核酸的研究。 发现DNA 双螺旋结构的有三位诺贝尔奖得主,除了沃森、克里克外,还有一位英国物理学家威尔金斯,他和富兰克林都是伦敦金氏学院的研究员,通过摄制DNA 的X 射线衍射图为这一结构提供了实验证据。 威尔金斯也是在读了薛定谔的《生命是什么》一书后,转入用X 射线衍射法研究DNA 的结构的。他们在思想上都受到了薛定谔的影响,所以,尽管他们原来的工作领域不同,但是他们仍然以相似的观点和不同的方式来探讨生物学问题。由于实现了生物学与物理学的结合,理论与实验的结合,这个科学的交叉领域终于获得了大突破,于1953 年发现了DNA 的双螺旋结构,从而开创了生命科学的新纪元。 自从20 世纪50 年代生物物理学作为一门独立学科诞生以来,它已在研究生命物质的各个方面取得了显著的成就。今天由于物理实验仪器和实验技术已经达到纳米水平或分子生物水平,人们对生物分子各方面的性能有更进一步的了解,未来科学上革命性的突破有可能在生物学和物理学的结合点上实现。又由于分子生物学的研究已经越来越接近生命的本原,生物学将变得越来越数学化,物理学也将会更接近生物学。无疑,我们正处在一个令人激动的科学时代里。复杂的生物系统向物理学家展示出很多有意思的现象,提出了很多有趣的问题,值得物理学家去探索、研究、发现新的物理学规律,实现老一辈物理学家薛定谔的梦想: 物理学和生物学的统一。