最后更新：2025年10月2日

从惰性到生命

相同的基本构建模块

宇宙万物，皆由相同的基本构件、相同的粒子、相同的星尘构成。构成我们的粒子，已聚集成氨基酸、原子团、单体、聚合物、大分子及蛋白质——这些正是生命体细胞功能的基础。

这些蛋白质的结构和构象将决定它们的功能。根据我们目前的知识，生命是否有概念性的定义？似乎没有，然而这个问题却是根本性的。每个人都觉得自己知道生命是什么，但没有人能真正回答它，无论是生物学家、医生、生物化学家、物理学家、外空生物学家，甚至哲学家也不例外。更令人惊讶的是，他们完全不喜欢这个问题，因为在“生命”这个词背后，隐藏着一种形而上学的共鸣。

定义像生命、时间或物质这样的基本概念非常困难。让我们谈谈我们在地球上观察到的生命。目前对生命或生命物质的定义是什么？同样，专家们并没有给出无可争议的概念性定义，而是列举了一系列定义生命的特性。这些定义通常包含“生命”一词，因此预设了生命的概念或存在。换句话说，这些并非对生命的定义，而是对生命的隐喻。

生命或生物的定义示例：

生命是生物体的存在方式。
生物包括所有栖息在我们星球上并具有生命的有机体。
生命是一个化学过程，从中诞生了生物体。
一个生物体在与环境进行物质和能量交换的同时保持其自主性，并通过自然选择进行繁殖和进化时，就被认为是活的。
根据美国国家航空航天局（NASA）的定义，生命系统是指任何由自身构建的半透膜划定空间边界、能够自我维持，并通过利用能量和/或外部元素制造自身组成成分进行繁殖的系统。

在这些定义中，生命被理解为一种自组织系统，一种与物质相连的神秘机制。但这表明，我们仍不清楚生命的确切本质，也不明白生命与非生命之间的分界线究竟在哪里。

创造生命起始条件的机制是什么？

与无生命物体相比，生命体是一种化学系统，能从环境中汲取物质构建自身。生命物质会自行获取自我复制所需的能量——奥秘正在于此。

生命与非生命由相同的物质构成，正是这种物质创造了恒星、星系、星云和行星。在地球上，从惰性物质到生命的转变很可能发生在大约40亿年前的水中，当时第一批有机分子开始自我复制。在地球形成后不到十亿年内，原始细菌生命迅速出现。原始细菌已是生命的高级阶段，因为在这种极其简单的生物体中，所有功能都展现出非凡的复杂性，尤其是复制功能。

对地球生命的观察表明，物质能够偶然地逐步攀上复杂性的阶梯。但生命与非生命之间的临界点在哪里？换言之，什么样的分子组合才能让生命得以启动？

碳是由大质量恒星核心中的核合成（3个氦核聚变）产生的，随后在恒星爆炸时释放到太空中。我们的化学历程始于一种以碳原子为骨架构建的小分子结构——氨基酸。

科学家们徒劳地试图基于碳分子（尤其是作为生物标志的¹²C）创造生命。另一条探索路径是分子考古学，其目标是寻找原始化石分子，但最古老的生命痕迹（细菌化石）仅可追溯至约35亿年前。在最古老的沉积物中，古生物学家发现了富含¹²C的有机分子，其历史可追溯至约38亿年前。

生命向我们隐藏着它的秘密，因此科学家们将目光投向太空和火星，希望在其他地方找到生命。寻找一个尽可能简单的化石生命系统，这本身已是一项巨大的挑战。

生命携带可复制的信息！

如果我们从普通物质的基本构成单元来考虑这个问题，就会发现原始物质——夸克、核子、原子——会随着温度而运动（热量直接体现了粒子的运动）。

在绝对零度（−273.15 °C）下，物质处于能量最低状态，其熵值为零，这对应着"粒子完全静止"的状态。然而根据量子力学中的海森堡不确定性原理，粒子始终具有非零的动量。

一旦超过绝对零度，粒子便开始扰动、组织并聚集成纯原子（即单一化学物种，如H、N、Fe……），随后形成简单分子体（如H₂、N₂、Fe……），再随机与其他物种混合，形成简单的电中性分子——即具有特定形状且共享电子的原子聚集体（共价键）。

迄今为止，物质的活性已相对清晰，在此阶段，物质尚不能被视为有生命；它只是根据环境中的迁移，借助电磁力进行简单组装。

物质没有设计、智慧、意图或特定计划。它很容易受到环境的影响，也容易被人类在制造纳米颗粒时操控。分子聚集体在热运动以及原子从一个位置随机跳跃到邻近位置的作用下，形成各种稳定的化合物。

环境输送的原子越多，原子和分子的偶然运动就越会自行有序化。正如埃尔温·薛定谔（1887-1961）在其1944年的文章中所言，这便是"从无序中诞生有序"。

在所有自然稳定的分子中，既有具有晶体结构（不重复）的固态分子，也有无序的分子。从极少数原子出发，几乎存在无限种组合的可能性。两个原子之间的每一次相遇都取决于它们的电负性，即它们相互形成电磁键的能力。

化合物是由几种不同化学元素通过化学键连接而成的分子。偶尔，化合物会偶然地自组织形成共价化学键。

原子之间的结合方式有3种：

离子键：这种键是由一个原子失去一个或多个价电子（参与化学键的外层电子）并被另一个原子捕获而形成的。此类键通常存在于电负性差异极大的元素之间（按鲍林标度差值≥1.7，氟的电负性为4，钫为0.7）。
共价键：成键原子各自贡献一个价电子，在两个实体之间形成共享电子对。以这种键合方式相连的元素，其电负性差值在鲍林标度上为零或小于1.7。
配位共价键：这是两个原子之间的共价键，其中共享的两个电子来自同一个原子。