生命是什么
What Is Life
——埃尔文·薛定谔（著）
罗来鸥、罗辽复（译）
湖南科学技术出版社
1．一般都认为，一位科学家总是对某些学科具有深邃渊博的第一手知识，因而他是不会就他不太通晓的论题去著书立说的。这就是所谓的位高则任重。可是，为了目前写这本书，如果我有什么科学家的高位的话，那我恳请放弃它，并且从而免去随之而来的重任。
最近一百多年来，知识的各种各样的分支在广度和深度上的展开，却使我们陷入了一种奇异的困境。我们清楚地感到，要想把所有已知的知识综合成为一个统一体，我们现在还只是刚刚开始在获得可靠的资料；可是，另一方面，一个人想要充分掌握比一个狭小的专门领域再多一点的知识，也已经是几乎不可能的了。
除非我们中间有些人敢于去着手综合这些实事和理论，即使它们有的是第二手的和不完备的知识，而且还要敢于承担使我们成为蠢人的风险，除此之外，我看不到再有摆脱这种困境的其他办法了（否则，我们的真正目的将永远达不到）。（P1序言）
作者这种“冒着成为蠢人的危险”的勇气和远见卓识，对于一个研究领域的发展起到了催化作用。现在的科学家，有多少可以用如此通俗简明易懂的区区几十页文字从物理学
的角度阐述生命的问题？随着科学研究的不断深入，薛定谔所提到的那种两难的境地越来越明显，科学界需要更多敢于去着手这些实事的人。
2.文章一开始，作者就把问题很清晰地提出来：在一个生命有机体的空间范围内，在空间上和时间上发生的事件，如何用物理和化学来解释？（P2）
做这种对一个活细胞的最重要部分——染色体的描述和比喻很有趣味并且寓意深刻。他认为染色体纤丝可以恰当地称之为非周期性晶体。迄今为止，在物理学中我们碰到的只是周期性晶体。两者之间结构上的差别，就好比一张是一再重复出现同一种花纹的糊墙纸，另一幅是巧夺天工的刺绣，比如说，一条拉斐尔花毡，它显示的并不是单调的重复，而是那位大师绘制的一幅精致的、有条理的、有意义的图案。（P3）他指出了染色体结构的复杂性和非重复特点，那么之后提出的的物理统计学的解释显得更家让人信服。
3．假设你能给一杯水中的分子都做上标记，再把这杯水倒进海洋，然后彻底地加以搅拌，使得有标记的分子均匀地分布在全世界的所有海洋中；如果你在任何地方从海洋中舀出一杯水来，你将发现在这杯水中大约有一百个你标记过的分子。（P5）
作者用这个有趣而形象的比喻说明了原子为什么会如此之小,简单易懂。从此我们可以想到，原子如此之小，而有机生命体又是如此之大，难以计算的原子数量是怎么样的微观活动产生了有机体宏观的行为呢？象我们的大脑这样的器官以及附属于它的感觉系统，为了使它的物理学上的变化状态密切地对应于高度发展的思想，为什么必须由大量的原子来构成呢？大脑及感官，作为一个整体的功能，或是在它直接同环境相互作用的某些外周部分中的功能，跟一台精巧而灵敏到足以反映并记录来自外界的单个原子的碰撞的机器相比，根据什么理由说它们是不相同的呢？（P7）
自此，作者渐渐引入了原子运动的无序性，无序产生有序，用原子统计学说明原子运动抵消了它们的有秩序行动，使得发生在少数原子之间的事件不能按照任何已知的定律表现出来。
作者通过三个例子（顺磁性、布朗运动、测量准确性的限度）来说明了宏观运动的精确性是以大量原子的介入为基础的。
4．在这一部分内容中，薛定谔从染色体、基因、有丝分裂、减数分裂（成熟分裂）、杂交几个方面对遗传机制在当时的研究情况做了概述。虽然是一个概述，但是一个物理学家对当时的生物学领域的研究进展的如此准确和详尽令人惊叹。同时，他非常独创的有预见性的预言了一个分子生物学的最基本和最核心的概念：染色体上写有密码的信息。以下是一些摘录：
“密码正本”这个名词太狭隘了。因为染色体结构同时也是促使卵细胞未来发育的工具。它是法典与行政权力的统一，或者用另一个比喻来说，是建筑师的设计同建筑工人的技艺的统一。（P20）
这里描绘的遗传机制的图式还是相当空洞而平淡的，甚至是有点质朴的。因为我们并没有说出，我们通过一个特性究竟了解到了什么。把本质上是个统一“整体”的有机体模式，分割成个别的“特性”，这看来既是不妥当的，也是不可能的。现在，我们在任何具体事例中实际说明的是，一对祖先如在某个方面确实存在着差别（比如，一个是蓝眼睛，另一个是棕色眼睛），那么，他们的后代，不是继承这一个就是继承另一个。在染色体上我们所定位的就是这种差别的位置（专门术语称之为“位点”）。我认为，真正的基本概念是特性的差别，而不是特性本身，尽管这样的说法有着明显的语言上和逻辑上的矛盾。特性的差别实际上是不连续的。（P26）
关于基因的不变性，薛定谔首先提出了一个问题：在遗传特性上基因的不变性的程度有多大，什么东西作为携带它们的物质结构呢？他指出，不变性几乎是绝对的：“表现型”的整体（四维）模式，几乎没有什么明显的改变而被复制了好几代，它们在几个世纪里是不变的——虽然不能说是几万年不变——在每次传递中，负载它们的是结合生成受精卵的两个细胞的物质结构。这真是个奇迹。（P29）
5．在该章（突变）中，作者首先指出达尔文的错误认识，即把即使在最纯的群体里也会出现的细微的、连续的、偶然的变异（这些变异不是遗传的），当做是自然选择的材料。并说明“跃迁式”的突变是自然选择的工作基地。他同时介绍了荷兰人德福里斯的发现：即使是完全纯种繁育的原种后代里，也有极少数的个体，比如说几万分之二、三的个体，出现了细微的但是“跃迁式”的变化。“跃迁式”，并不是说这个变化是相当大的，而是说这是一种不连续的变化，在未变和少许改变之间没有中间形式，德弗里斯称之为突变。（P32）因为这种不连续的突变同原始的、未变的特性一样地遗传下去,突变因此是遗传宝库中的一种变化，必须用遗传物质中的某些变化来说明它。
薛定谔同时也从总体上肯定了达尔文的一些观点，他认为，由于突变是可以遗传的，所以突变是达尔文描述的自然选择的合适材料。他说，如果用“突变”来代替 “细微的偶然变异”，达尔文学说的其他方面是不需要作什么修改的。（P33）
因为突变产生新的性状，所以薛定谔非常准确地介绍了显性突变、隐性突变，分析了近亲繁殖的有害效应、介绍了显性的相对性实例(例如金鱼草的不完全显性和人类血型的共显性等)，最重要的是，从突变的多害性说明突变作为一种罕有事件的必要性，指出突变要成为自然选择的合适材料，必须是象它的实际情况那样，是罕有的事件。否则物种非但不会通过选择得到改良，反而会停滞在没有改良的地步，甚至消亡。基因的高度不变性造成的相当程度的保守性是十分必要的。（P39）
他还介绍了人工诱变提高突变率的作用、通过这种方式产生的突变（除了数量较多外）同自然发生的那些突变的一致性以及通过诱变进行的果蝇基因在染色体上的定位和复等位基因。通过介绍一些科学家的研究结果，即“突变的增加是严格地同射线剂量成正比例的，来说明：突变并不是由连续的小剂量辐射相互增强而产生的一种积累效应，而是在辐射期间发生在一条染色体中的单一事件所产生的，即突变是单一性事件。他同时提出疑问：那么，这是哪一类事件呢？(P43)
6．在第四章里，薛定谔讲述了量子力学的证据。首先提出了古典物理学无法解释基因不变性的问题：从统计物理学的观点来看，基因结构似乎只包含了很少量的原子（一般是一千个，也可能还要少）可是它却以奇迹般的不变性地表现了最有规律的活动，我们如何使这两方面的事实协调起来呢？（P44）
在这里，薛定谔试图通过有机分子构型转变中的能量变化，说明突变基因和正常基因都是一种稳定的状态，从而说明基因的稳定性和不连续变异的稳定性。当然，这种建立在基因“类似构型改变”意义上的基因突变，显然是不能得出正确的结论的。
薛定谔再次强调生命有机遗传分子的非周期性：我们认为，一个基因，也许是整个染色体纤丝——是一种非周期性的固体。（P59）这种表述虽然今天看来不准确，但是在试图说明生命分子和非生命分子的不同。显然，没有对于基因结构和发育过程中细胞分化的正确认识，是不能够解释生物体的生长发育的。生命不是由分子和原子堆积的，而是由分子、原子组成的有序的结构细胞堆积的。
这里引出一个问题——非周期性晶体染色质纤丝如何控制生物体时空上的生长发育？薛定谔“微型密码”的富有创造性的假设令人拍案叫绝，也许正是这个假设对于分子生物学的创立和发展起到强有力的催化作用，分子生物学的发展说明了这个假设是完全正确的。
象受精卵细胞核这样小的物质微粒，怎么能包含了涉及有机体未来的全部发育的精细的密码正本呢？一种赋予足够的抗力来永久地维持其秩序的原子结合体，看来是一种唯一可以想象的物质结构，这种物质结构提供了各种可能的排列，在它的一个很小的空间范围内足以体现出一个复杂的“决定”系统。在这种结构里，不必有大量的原子就可产生出几乎是无限的可能的排列。为了把问题讲清楚，就想到了莫尔斯密码……如果密码有5种不同的符号，只挑出25个符号的组合，而且只挑出由五种不同的符号、每种符号都是五个所组成的那种组合，粗粗地算一下，组合数是62330000000000个……我们希望说明的只不过是，就基因分子的图式来说，微型密码是丝毫不错地对应于一个高度复杂的特定的发育计划，并且包含了使密码发生作用的手段，这一点已经不再是难以想象的了。（P60）
7．我觉得第六章（有序、无序、熵）是这本书里最精华的地方。薛定谔用“负熵”来解释生命有机体的延续，经典！用热力学的概念完美的解释了生命有机体如何避免衰退。
生命的特征是什么？一块物质什么时候可以说是活的呢？那就是当它继续在“做某些事情”，运动，新陈代谢，等等，而且可以指望它比一块无生命物质在相似情况下“维持生活”的时间要长得多。当一个不是活的系统被分离出来，或是放在一个均匀的环境里的时候，由于各种摩擦阻力的结果，所有的运动往往立即陷于停顿；电势或化学势的差别消失了，倾向于形成化学化合物的物质也是这种情况，温度由于热的传导而变得均一了。在此以后，整个系统衰退成死寂的、无生气的一团物质。这就达到了一种永恒不变的状态，不再出现可以观察到的事件。物理学家把这种状态称为热力学平衡，或“最大值的熵”。（P68）
在我们的食物里，究竟含有什么样的宝贵东西能够使我们免于死亡呢？那是很容易回答的。每一个过程、事件、事变－－你叫它们什么都可以，一句话，自然界中正在进行着的每一件事，都是意味着它在其中进行的那部分世界的熵的增加。因此，一个生命有机体
在不断地增加它的熵－－你或者可以说是在增加正熵－－并趋于接近最大值的熵的危险状态，那就是死亡。要摆脱死亡，就是说要活着，唯一的办法就是从环境里不断地汲取负熵，我们马上就会明白负熵是十分积极的东西。有机体就是赖负熵为生的。或者，更确切地说，新陈代谢中的本质的东西，乃是使有机体成功地消除了当它自身活着的时候不得不产生的全部的熵。（P70）
一个生命有机体通过不可思议的能力来推迟趋向热力学平衡（死亡）的衰退，我们如何根据统计学理论来表达呢？我们在前面说过：“以负熵为生”，就象是有机体本身吸引了一串负熵去抵消它在生活中产生的熵的增加，从而使它自身维持在一个稳定的而又很低的熵的水平上。（P72）
这本页数不多却字字经典的书读完，让人有一种神奇的感觉，虽然一直在接触学习统计学和热力学方面的知识，却从来没把“熵”这个抽象的热力学概念与生命联系起来。
在泡利不相容的约束框架内，大自然的造物过程似乎“完美”地被机械所决定了。生命体何以能高度精确地遗传基因？染色体的有丝分裂何以能产生不可思议的绝对复制？一百个原子空间尺度范围内何以会发生“奇迹”都无法形容的纯粹结果？以上问题用传统的经典理论根本无法回答，传统理论的构架在尖锐的问题面前轰然倒塌。这一不可协调性迫使薛定谔开始大胆地去过问上帝的事务，试图从原子统计力学的背景下去寻觅那开启生命之门的钥匙。
在这本书里，薛定谔给我们提供了将有序动力学特征和无序统计学特征进行统一的有机蓝图，预言微观粒子的有序和无序统一理论必将诞生。生物体作为一负熵物质，其行为模式和特征可以被这一整合理论所预测和确定。这可是一个多么令人期待的伟大理论呀！其颠覆性的革命意义是不言而喻的。
读书笔记
生命是什么
What Is Life
专业：材料加工工程
学号：100301802 姓名： 韩 美 康
学院：材料与化工学院——埃尔文· 薛定谔
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