法律心理學
[拼音]:shengming
[外文]:life
生命詞條主要探討了問題的複雜性、古代思想家對生命的看法、現代的幾種生命觀、根據生命形態的表面特徵所歸納的生命定義、從生命物質微觀構成的共性來概括生命定義、生態學的生命觀、生物物理學的生命觀、有序和熵、活的生命體是個開放系統、機械論與生機論、非線性動力學的生命觀等。
一般人不難區分什麼東西是有生命的,什麼東西是沒有生命的。但給生命下一個科學定義卻又是千百年來的一個困難問題,至今沒有完全解決。這個問題直接關係著對人類自身的理解。
問題的複雜性
生命是生物體所顯現的種種現象的總的抽象概念。從古至今隨著人們對這些現象的逐步理解,生命的概念也在不斷地改變。現代常用的定義即生命是生物體所表現的自身繁殖、生長髮育、新陳代謝(與環境進行物質和能量交換)、遺傳變異以及對刺激的反應等的複合現象。但這些複合現象中任一單一現象都不是生物所特有的。從“物質和能量交換”來說,非生命的火焰不斷把燃料變成其他物質,進行著劇烈的物質和能量交換,在有足夠燃料供應的情況下,它也會“繁殖”,但人們並不認為它有生命。相反在適當條件下儲存著的種子(如古蓮子)在一個長時間內可以沒有物質和能量交換,但仍然具有生命,因為環境適宜它就會萌發。“生長”也是一樣,無機的晶體在形成的時候(如水結冰),就有一個生長的過程;相反,有些生命體並不總在生長,有的一旦形成,大小就不變了。“繁殖”也不是生命體獨具的特徵,凡是有自催化過程的反應系統都有繁殖現象,如一些核反應;而有些生命體由於生殖系統的先天缺陷也不能繁殖(如騾子)。至於說到外界刺激會引起反應這一點,自從有了機器,特別如計算機以後,那也就不能認為是生命所特有的性質了。
古代思想家對生命的看法
古希臘的哲學家傾向於把一切尚不瞭解的產生運動的原因稱之為“力”。以後的學者們就借用了這個“力”的概念,研究了各種運動,如物理學中的“引力”、“電磁力”,化學中的“親和力”等。他們的研究取得了很多成果,但是至今還沒有弄清楚古希臘哲學家很早就提出的所謂“活力”或“生命力”是什麼。中國古代的哲學家傾向於把尚不瞭解的產生運動的原因歸之為“氣”。生命被看做是“氣”的活動。例如,“人之生也,氣之聚也,聚則為生,散則為死。……故曰通天下一氣耳”。“氣”也是不明確的概念,不同的學者有很不同的解釋。其中與現代科學比較接近、有唯物主義傾向的解釋如:“人之生,其猶冰也,水凝而為冰,氣積而為人。”這裡把生命的形成比做水結冰的過程,這種觀點與現代科學近似之處在於它強調了生命的有序性。也有把生命比做火的,如:“人含氣而生,精盡而死,死猶澌,滅也。譬如光焉,薪盡而火滅,則無光矣。故滅火之餘,無遺炎矣;人死之後,無遺魂矣。”這種觀點則強調生命是一個物質代謝過程。正因為如此,所以中國古代哲學家把生命看做一個物質運動過程,常把生與死聯絡起來討論,這也是中國哲學思想的特點,例如“有血脈之類,無有不生,無生不死,以其生,故知其死也”把生命看作是與死亡對立的。
現代的幾種生命觀
根據生命形態的表面特徵所歸納的生命定義
現代科學出現後,人們就對自然現象分門別類地研究,各門學科從不同的角度來研究生命,因此看法也不盡相同。20世紀50年代以前,人們從所有生命形態的共同表面特徵歸納出一個“生命”的定義認為:生命是一個具有與環境進行物質和能量交換(即新陳代謝)、生長繁殖、遺傳變異和對刺激作出反應的特性的物質系統。這種型別的定義,描述了生命活動的一般特徵,具有一定的認識價值。但是隨著科學的發展,愈來愈覺得這種定義有很大的侷限性。因為所有這些特徵都可以有一些例外。
從生命物質微觀構成的共性來概括生命定義
根據分子生物學的研究,人們對構成生命活動的基本物質有了比較詳細的瞭解。生命體的形狀、大小和結構可以千差萬別,但它們都是由脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和蛋白質等大分子為骨架構成的。
DNA是由4種不同的叫做脫氧核苷酸的小分子(單體),按一定的排列次序組成的一條非常長的分子鏈。例如大腸桿菌的 DNA就是由約兩千萬個脫氧核糖核苷酸分子組成的長鏈。在各種不同形式的生命體中,DNA相當於同樣字母寫出的長短不同、排列次序不同、因而意義也不同的書。RNA也是由4種不同的叫做核糖核苷酸的單體連線而成的分子鏈。其情況與DNA相似,但鏈較短。各種不同形式的生命體中有著各式各樣長短不一的 RNA。蛋白質是由20種不同的氨基酸單體按照一定次序連線起來的長鏈分子。各種不同形式的生命體中具有各式各樣的單體排列次序的長短不同的蛋白質鏈,鏈的摺疊、捲曲形狀也各不相同。總之各種生物的DNA、RNA和蛋白質都分別由4種脫氧核苷酸、4種核糖核苷酸和20種氨基酸單體組成,也就是說它們都是由通用的“元件”組成的。這些核酸、蛋白質在各種生物的生命活動中所起的作用也基本相同。
由於DNA可以自身複製,因而使生命物質具有繁殖和遺傳的能力;由於DNA能通過轉錄和翻譯決定RNA及蛋白質的結構,從而控制了生物的形態結構和生理功能;而複製、轉錄及翻譯這些過程又都需有蛋白質酶及 RNA參與。這樣,就有了一個分子生物學的生命定義:生命是由核酸和蛋白質特別是酶的相互作用產生的、可以不斷繁殖的物質反饋迴圈系統。這種說法是對生命物質的微觀結構及其運動過程的描述。它概括了分子生物學的一些重要的理論突破,但仍然有一些界限不清楚的地方。自然界有一類東西稱為病毒,病毒是由核酸鏈和蛋白質外殼構成的,單獨存在時,好象是一種純粹的化學物質,並可結晶;但一旦進入了活的特定的宿主細胞中,就可利用宿主細胞內的單體和能量的供應,以及複製、轉錄和翻譯的“機器”自我繁殖。近來又發現一些被稱為質粒的物質。它更為簡單,只是一些裸露的環狀核酸,但可進出於活細胞之間,利用活細胞內的複製“機器”自我繁殖。此外,類病毒也有類似的情況。這些物質是否具有生命,目前還有爭論。有人認為,只要能夠控制自身繁殖和遺傳變異並對進化力量獨立作出反應的都應稱之為生命。如果這樣講,那麼病毒、噬菌體、質粒和類病毒之類的東西就都可為劃生命物質。也有人認為,生命體必須能夠獨立自主地複製、轉錄、翻譯和提供單體及所需的能源,而病毒、類病毒和質粒之類的東西是一種不完整的生命形態,它們都是寄生的,不能獨立存在。但後一種觀點也不能成為明確的生命定義的劃分界限。因為生命體從來就不是一個孤立的存在物,它與周圍環境以及與其他生命都有著不可分割的聯絡。這就使得什麼是獨立生活、什麼是寄生生活失去了明確的意義。因此還需要從巨集觀的角度、也就是從生態學去研究生命觀。
生態學的生命觀
就已知的事實看,在太陽系內,生命活動只見於地球的生物圈──由高約離地表20公里的大氣層(當然不包括航天器中的生命),直至離地表十幾公里的深處,這一相對說來不厚的空間構成。在生物圈內有的生命體具有葉綠素,可進行光合作用,稱為自養生物,大部分植物、藍藻和部分細菌屬於這類生命體。還有一些生物沒有葉綠素、不進行光合作用,必須依靠攝取自養生物或其他生物為食而生存,稱為異養生物。真菌、動物(包括人在內),以及大部分細菌屬於這類生命體。生物圈中的無機物質,通過了自養生物的光合作用,進入了生物體,以後部分通過自養生物自身的代謝活動而回到無機世界;部分為異養生物所攝取,通過代謝活動(包括呼吸、排洩等)又回到無機世界。而大部分植物秸稈和動物屍體最後都經腐生生物(異養生物)的降解作用而返回無機世界。這樣就形成了生物圈內的物質運動迴圈。這種迴圈運動都是單方向進行,不可逆轉。在這個迴圈運動中少了哪一環或哪一環不通暢,都會影響到整個生物界。沒有自養生物或自養生物不足,異養生物當然難以生存;但只有自養生物,沒有異養生物,大量有機物質積累後不能降解,也會阻塞自養生物繼續生存的道路。
從物質的簡單形式來看,例如在大氣中的以二氧化碳形式存在的碳元素,經過自養生物的光合作用,與水化合成糖類進入生命體內,部分經過自養生物自身的呼吸作用,重新成為二氧化碳回到大氣中。其他部分又被各種異養生物所利用,通過它們的呼吸作用,回到無機世界。這樣就形成了一個碳元素的迴圈。這個碳元素迴圈在生命體中還必須與其他很多元素(如氫、氧、氮、磷、硫等)的迴圈通過化學反應耦合起來,同時也推動了這些元素在空間進行迴圈運動。在生物圈內元素的迴圈運動網路中,有很多交點,這些交點所代表的生物個體的總和就是生物量。這種周而復始的迴圈運動,不僅在巨集觀的生物圈中存在,同時在生物體的微觀運動中也是存在的。生態學把生命看作是上述生物圈中種種不可逆物質迴圈過程的中心環節。但它僅描述了生命的外部條件及其所處的地位,卻未指明生命本身的質的特點。
生物物理學的生命觀
著重從物質運動的一般規律上指明生命特徵。
有序和熵
物質和能量是守恆的,地球與外界沒有物質交換隻有從太陽輻射得到能量,而又反射和輻射到太空之中。太陽輻射到地球上的能量與地球反射和輻射到太空中的能量相等。儘管地球的物質和能量都沒有顯著變化,但地球上各種元素由於與太陽輻射發生不同反應就可產生不同程度和不同方式的運動,即產生了上述的各種迴圈運動。這些運動導致了地球上物質的不均勻分佈。因太陽輻射所造成的能量流動對地球的影響在一個長時期內是穩定的、有節奏的和有規律的。所以,地球上物質分佈的不均勻性也是有節奏的和有規律的。這就產生了地球上物質分佈和運動的有序狀態。熱力學第二定律用一個叫做“熵”的函式來衡量一個系統的均勻程度。一個孤立系統,即與外界沒有物質和能量交換的系統,運動總使熵增加。當熵達到極大值時,巨集觀的物質運動就會停止,稱為熱力學平衡。此時系統處於均勻的、無序狀態。地球不是一個孤立系統,而是一個閉系,即與外界只有能量交換而無物質交換的系統。它接受太陽輻射的能量,同時它又向太空反射和輻射能量。太陽輻射出來的能量使太陽表面呈高溫狀態(約5800℃)。根據熵的定義,它處於相對的低熵形式。而地球向太空輻射的能量,由於地球表面溫度遠低於太陽,故處於相對的高熵形式,因此有這樣的一個公式:
這裡S代表熵,dS/dt代表熵隨時間的變化率。Q代表能量,dQ/dt是能量隨時間的變化率。
和
代表太陽表面和地球表面的溫度。這個公式小於零表示在能量轉化過程中,地球的熵在下降。地球上的物質和能量由此趨於不均勻和有序的狀態。
活的生命體是個開放系統
它與外界不僅有能量變換,而且有物質交換。生命體實際上是從環境中取得以食物形式存在的低熵狀態的物質和能量,把它們轉化為高熵狀態並把廢物排出體外,從而保持自身的熵處於比環境更低的水平,也就是維持著自身的有序狀態。生命體的有序性從分子水平看就很明顯。它們的大分子如核酸、蛋白質在各種細胞中都有一定的排列順序,以至一個生態系統都有一定的空間結構。有序性不但表現在空間的分佈上,也表現在生命體活動的規律上。它們都有一定的特性:生長、發育、生殖、衰老、死亡以及對外界刺激作出有規律的反應等。從熱力學的觀點看來,這些現象都出自太陽輻射的推動,但是太陽輻射僅僅是生命現象出現的外部條件。因為太陽系還有其他行星,它們都具備這個條件,但只有地球上有生命活動。生命的出現必然還有它自身的因素。
機械論與生機論
對生命的起源與自主性問題即生命的本質問題,長期以來存在著爭論。機械論有時也被稱為還原論;認為生命現象可以用物理科學的規律加以闡明,高階複雜的規律可以還原為比較簡單、更為基本的規律。機械論把生命看作是一種機器,並且在不同時期採取不同的表達形式。16、17世紀鐘錶機械很時髦,有人就認為生物無非是像鐘錶那樣的機器;19世紀發明了蒸汽機,又有人認為生物不過是個熱機。現在則有很多人認為生物是個分子機器。生機論在生物學思想發展的各個歷史時期也有不同的表達方式,但從本質上講,都是以反對機械論的形式出現的。生機論總是在兩個困難問題上責難機械論:
(1)如果生命是個機器,那麼這個機器是怎樣設計和產生出來的呢?誰是生命的設計者和製造者呢?如果沒有設計者,生命體會自發地形成嗎?②如果生命是個機器,那麼誰是司機?因為現在所有的機器,包括那些高度自動化的機械如機器人之類,歸根結底都是受人類的指揮和控制的。如果沒有司機,這架機器是不會啟動並進行有目的的運轉的。這兩個問題的實質就是生命的起源與自主性的問題。20世紀40年代,奧地利物理學家E.薛定諤,在《什麼是生命》一書中提出了“負熵”的概念。他認為生命的特徵就在於生命體可以不斷地從周圍環境中取得“負熵”以對抗生命活動中不可避免的熵的增長。有些物理學家認為他的看法可能是解決“生命之謎”的線索;但另外一些物理學家則認為生命現象與已知的物理學規律是不相容的,至少以下兩個方面就很難用已知的物理學規律闡明:
(1)生命體從受精卵發育為成熟的個體,它的結構和活動規律由簡單變為複雜;從進化的角度看,生物體也經歷了從低階形態變為高階形態的漫長過程。這兩種過程都與熱力學第二定律相違背。“負熵”的概念很難理解,對開放系統來說,在不可逆過程的熱力學討論中,可以有這樣的公式:
dS=diS+deS
式中dS表示系統的熵變化,diS為系統內部的熵變化,deS為系統與外界的熵交流。根據熱力學第二定律dS總是大於零的。而與外界交流這一項則可大於零亦可小於零。但是如果用一個更大的體系把這個系統及其外部都包括進去,那就會有:
dS=
S+
S+
S≥0
式中dS是總的熵變化,它總是大於零的。
S是系統內部的不可逆過程引起的熵變化;
S是系統外部環境中不可逆過程引起的熵變化;
S是系統與環境進行物質與能量交換所引起的熵變化,這部分也是不可逆過程,因而也大於零。所有這幾項都分別大於零,那麼負熵又在何處呢?除非在交換那一項中有不對等的交換髮生,產生了區域性的負熵。但這種情況在什麼條件下才能出現呢?②生命活動總表現出目的性,即在將來實現的事件對現在的運動有約束性。例如鳥現在築巢,是為了幾星期之後產卵的需要;一條蟲爬上樹,是為了去吃樹葉;某些噬菌體長出幾條尾絲,是為了把自己的DNA注射到宿主體內去等等。人類的活動更是充滿了複雜的目的性。這種現象從表面上看來,是與已知的物理學規律完全相反的。物理學的規律服從因果律,即事物的運動是由初始條件決定的,現在的條件決定著將來運動的情況,而不是倒轉過來。從這一點來看,已知的物理學規律似乎不能用來闡明生命現象。上述兩點,正好與生物學中生機論用來責難機械論的兩個論點相對應。只不過用了物理學的語言來表達罷了。
非線性動力學的生命觀
根據近30年來物理學、數學以及其他領域的研究進展,發現過去由牛頓力學為哲學背景建立起來的自然科學的思想基礎(包括量子力學在內)都是有一定侷限性的,是以線性疊加原理成立為前題的。但是自然界的各種現象中很多都是非線性的。在過去不論從數學上或物理學中都是認為這類非線性問題很困難而是無法解決的難題。由於近年來計算技術的發展和數學物理中的突破,出現了一大類的研究非線性問題的理論和方法,如“突變論”、“耗散結構”、“協同論”,分岔理論以及混沌現象等等。這些理論雖然問題提法,解決方法都不相同但是它們都是由於動力系統的非線性而產生。可以統稱為非線性問題。簡單地講就是一個系統的性質不同於它的組成部分性質的疊加就是一個非線性系統。生物學中長期的爭論如還原論和整體論、機械論與生機論,可從這個領域的發展中找到解決的方案。
當一個系統的變化是非線性時,它的控制引數超越過了某個臨界值,就會出現“對稱性的破缺”。一個均勻的、對稱的系統就變為不均勻的和不對稱的系統,物質在空間中出現了不均勻的分佈也就意味著出現了結構。這種結構的形成和維持是由於系統中各個組分以及與外界相互作用的非線性的性質才能實現。一旦各組分以及與外界的相互作用發生變化它們就可能解體,消失。所以有人稱它為“耗散結構”因為它們的相互作用不斷地耗散能量和物質。生命現象是一個典型的非線性動力系統,因此這方面的研究對生命的理解將有重要的貢獻(見耗散結構和生物有序)。
生命現象是一個不斷地對稱性破缺的過程。從分子水平上看所有的核苷酸、絕大部分的氨基酸以及很多脂肪酸和其他分子都是“光學活性”分子即只有手性分子的映象的一面,它的映象異構分子在生物體中卻不存在。這個特性從百多年前l.巴斯德發現以來直到現在是唯一的有無生命活動的經驗判據。這也可能是宇宙不守恆的對稱性破缺的結果。這些分子的相互作用構成了一系列的對稱性破缺從而生成了有複製能力的對稱性破缺的反應系統,從而導致生命現象的出現。