我們時(shí)時(shí)刻刻都在運(yùn)用科學(xué)探索未知的世界，解開一個(gè)個(gè)謎團(tuán)。不過，即便是最優(yōu)秀的科學(xué)家也會(huì)犯錯(cuò)，也會(huì)有無法解開的難題。

就像下面這五道難題，能解答的人屈指可數(shù)。

病毒是生物嗎？

高中生物課本里寫著這樣一句定義：生物分為真核生物、原核生物和病毒生物。但是，病毒到底是不是生物？學(xué)術(shù)界對(duì)此爭(zhēng)論不休，至今仍沒有定論。

病毒比單細(xì)胞生物小得多。它們無法攝入營(yíng)養(yǎng)，也不會(huì)呼吸，自然不會(huì)排出二氧化碳和其他廢棄物。換句話說，病毒是沒有新陳代謝的。

病毒無限接近于物質(zhì)，但它與單純的物質(zhì)之間有一個(gè)本質(zhì)區(qū)別。這也是病毒最顯著的特性——病毒能自我復(fù)制，自我增殖。這種能力是靠蛋白質(zhì)外殼內(nèi)部的單一分子核酸（DNA 或RNA）來實(shí)現(xiàn)的。

電影《異形》劇照

病毒自我復(fù)制的形式與異形有一拼。病毒無法單獨(dú)存在，寄生在宿主的細(xì)胞上才能開始復(fù)制。首先，它將充滿動(dòng)力的粒子附著在宿主細(xì)胞的表面，好似緊急著陸在小行星上的宇宙飛船。然后再通過接觸點(diǎn)，將自己的DNA 注入細(xì)胞內(nèi)部。宿主細(xì)胞根據(jù)病毒的DNA 信息不停地復(fù)制構(gòu)筑病毒的“零件”。當(dāng)“零件”在細(xì)胞內(nèi)部組合起來時(shí)，新的病毒便誕生了。很快，新病毒就會(huì)沖破細(xì)胞膜，沖向新世界。

病毒游走于生物與非生物之間。

關(guān)于病毒的討論，也是關(guān)于“生命”定義的討論。

生物體以“負(fù)熵”為生？

說起薛定諤，大家首先聯(lián)想到的就是“薛定諤的貓”，這是一個(gè)有關(guān)貓既是死的又是活的著名思想實(shí)驗(yàn)，揭露了量子力學(xué)的真相。

薛定諤是二十世紀(jì)初的理論物理學(xué)家，也是與愛因斯坦齊名的天才。1933年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，他已經(jīng)離開理論物理學(xué)的“第一線”。1943年二戰(zhàn)的硝煙彌漫，他在都柏林的高等學(xué)術(shù)研究所在舉辦了一系列面向公眾的講座。《生命是什么》就是當(dāng)時(shí)的演講實(shí)錄。

他大膽預(yù)言：所有生命現(xiàn)象都能用物理化學(xué)的語言來闡述。

他引用了熱力學(xué)第二定律中的“負(fù)熵”，認(rèn)為生物體以“負(fù)熵”為生。

熱力第二定律中，熵是衡量混亂度的尺度，那么負(fù)熵代表的就是混亂的對(duì)立面，也就是“秩序”。只要生命還活著，它的熵就會(huì)越來越高。換句話說，它會(huì)越來越接近最大熵狀態(tài)，即死亡。為了防止自己陷入這種狀態(tài)，繼續(xù)生存下去，唯一的方法就是從周圍的環(huán)境中汲取負(fù)熵，即秩序。進(jìn)食即攝取負(fù)熵，是生物生存的手段。

然而，他犯了一個(gè)天真的錯(cuò)誤。生命并不會(huì)將食物中的有機(jī)高分子的“秩序”作為負(fù)熵的源泉。生物會(huì)在消化食物的過程中，將有機(jī)高分子化合物中的“秩序”，無論蛋白質(zhì)還是碳水化合物盡數(shù)分解，剔除它們攜帶的信息之后再進(jìn)行吸收。因?yàn)槭澄镏械摹爸刃颉笔瞧渌锏男畔?。?duì)攝食者來說，這些信息無異于雜質(zhì)。

不過我們必須肯定，薛定諤也不是完全想偏了。進(jìn)食的確孕育出了抵抗熵增加原理的力量。而這種力量卻是另一種機(jī)制——生命體的動(dòng)態(tài)平衡。

我們的身體為什么這么大

一個(gè)細(xì)胞好似一顆精彩的星球，每個(gè)人的身體就是由億萬兆個(gè)星球凝聚而成。如果用物理法則來闡釋生命現(xiàn)象，那么組成生命的單位原子必然也做著不間斷的沒有規(guī)律的熱運(yùn)動(dòng)。換句話說，細(xì)胞內(nèi)部在永不停歇地運(yùn)動(dòng)。然而，生命竟然在這種狀態(tài)下構(gòu)筑起了秩序。這復(fù)雜的秩序從何而來呢？

其中首要的前提就是“我們的身體必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子”。

這看似比“一加一等于二”還簡(jiǎn)單的道理，卻有著相當(dāng)深?yuàn)W的理論基礎(chǔ)。

無序中建立的秩序，其實(shí)就是由一大群原子中表現(xiàn)出某種特定傾向的原子的平均概率形成的。所有有序的現(xiàn)象，都是大量原子（或原子構(gòu)成的分子）集體行動(dòng)的“平均”趨勢(shì)。

假如我們眼前有一個(gè)由一百個(gè)微粒組成的微粒團(tuán)。如果將它們?nèi)苋胨校鼈兙蜁?huì)進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)，永不停歇。

那么有多少粒子會(huì)做“非常規(guī)”的運(yùn)動(dòng)呢？這種粒子的比例遵循所謂的“平方根法則”——“如果有100個(gè)微粒，那么100開根號(hào)，會(huì)有10個(gè)左右的微粒做非常規(guī)運(yùn)動(dòng)”。

如果一個(gè)生命體是由區(qū)區(qū)100個(gè)原子組成的, 那么無論它要進(jìn)行怎樣的生命活動(dòng)，都得做好有10個(gè)左右的原子沒和大部隊(duì)統(tǒng)一步調(diào)的準(zhǔn)備。一共100個(gè)原子，10個(gè)不聽指揮，這就意味著該生命體時(shí)刻存在10% 的誤差率。生命活動(dòng)對(duì)“秩序”有極高的要求，如此大的誤差率絕對(duì)是致命傷。

其實(shí)與現(xiàn)實(shí)生活中的生命體相比，一百萬已經(jīng)是個(gè)相當(dāng)小的數(shù)字了。一般的生命體都有一百萬的好幾億倍的原子與分子。

所以，為了提升生命現(xiàn)象必不可缺的秩序的精準(zhǔn)度，“原子必須要小”，而“生物必須要大”，才能彌補(bǔ)誤差率帶來的負(fù)面影響。

野口英世，國(guó)外開花國(guó)內(nèi)紅？

野口英世生于1876年，是日本細(xì)菌學(xué)家、生物學(xué)家。漫畫作家陸奧利之曾以他的生平創(chuàng)作漫畫《野口英世物語》，作家渡邊淳一被野口英世的人格魅力吸引，歷時(shí)八年追尋野口的足跡，為他寫下傳記體的小說《遙遠(yuǎn)的落日》。2004年日本發(fā)行最新版的一千日元紙幣上也印有野口英世的頭像……

然而，野口在國(guó)外的評(píng)價(jià)卻并非如此。他供職于美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的研究所，1928年在西非研究黃熱病時(shí)不幸感染，客死他鄉(xiāng)。死后，他的研究成果遭到了質(zhì)疑。他聲稱自己發(fā)現(xiàn)了大量病原體，但大多數(shù)主張都被后人推翻了。

洛克菲勒大學(xué)的刊物上曾登載過一篇有關(guān)野口的文章：

他在梅毒、小兒麻痹癥、狂犬病、黃熱病等領(lǐng)域的研究成果曾一度得到社會(huì)的認(rèn)可，可他得出的結(jié)果大多充斥著矛盾與混亂。更有后人證明了他的錯(cuò)誤。“酒鬼”和“花花公子”才是他給美國(guó)人留下的印象。所以在洛克菲勒大學(xué)的歷史中，他不過是個(gè)匆匆過客，而非引人注目的主角。

即便如此，在大多數(shù)日本人心目中，野口的形象依然高大偉岸，堪比神話人物。

他的論文早已化作故紙堆，沉睡在昏暗書庫的角落，與霉菌為伍。而他的銅像也逐漸被人們遺忘，蒙上了厚厚的灰塵。野口的研究成果是單純的“錯(cuò)誤”，還是他故意捏造了研究數(shù)據(jù)？莫非是他自欺欺人，分不清是非黑白？事已至此，早已無法證明。我們唯一確定的是，為了不辜負(fù)恩師的期待，為了讓冷落他的日本學(xué)術(shù)界刮目相看，他鉚足了勁，一心想要做出一番成績(jī)來。從這個(gè)角度看，野口英世終究還是一個(gè)典型的日本人。

最后送一道健腦題

內(nèi)部的內(nèi)部就是外部？

20世紀(jì)60年代至70年代，洛克菲勒大學(xué)是細(xì)胞生物學(xué)的研究中樞。而研究工作的領(lǐng)軍人物是喬治·埃米爾·帕拉德。他將對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的靜態(tài)描述引向動(dòng)態(tài)研究。

帕拉德通過大膽推測(cè)，再用同位素示蹤技術(shù)加以證實(shí)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來成為生物學(xué)史上最精彩的實(shí)驗(yàn)之一。他的研究課題是讓合成于細(xì)胞內(nèi)部的蛋白質(zhì)的外出路徑“可視化”。

胰臟的消化酶分泌細(xì)胞是理想的研究對(duì)象。這種細(xì)胞十分常見，占胰臟所有細(xì)胞的95%，。這種細(xì)胞有極強(qiáng)的消化酶生產(chǎn)能力，不斷生產(chǎn)大量的蛋白質(zhì)，并將其輸送到細(xì)胞外部。

帕拉德運(yùn)用“氨基酸標(biāo)記的試驗(yàn)方法”追蹤蛋白質(zhì)的去向，在顯微鏡下看到了這種轉(zhuǎn)移帶來的拓?fù)渥儞Q。

放射性同位素形成的黑點(diǎn)首先出現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)部的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞中的一個(gè)區(qū)域，也是合成蛋白質(zhì)的地方。氨基酸被依次串聯(lián)起來，形成消化酶。不可思議的現(xiàn)象出現(xiàn)在下一張底片上——黑點(diǎn)竟轉(zhuǎn)移到了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)側(cè)。

那么，蛋白質(zhì)是怎么跑到細(xì)胞外面去的呢？為了理解其中的邏輯，我們先分析一下內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的出處。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是如何形成的？請(qǐng)大家想象一下“一個(gè)拳頭捅進(jìn)大氣球”的情景。橡膠會(huì)把拳頭裹起來，乍看之下，拳頭貌似進(jìn)入了大氣球的內(nèi)部。然而，拳頭所在的空間自始至終都與外界相通。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)就是通過這種方式形成的。首先，細(xì)胞膜的一部分會(huì)下陷。然后凹陷處的入口（相當(dāng)于上面那個(gè)例子中的“手腕”）會(huì)逐漸變窄。最終，入口會(huì)完全閉合，使凹陷處與細(xì)胞膜完全脫離。于是，小氣球就懸浮于大氣球中了。所以對(duì)細(xì)胞而言，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)部就是外部。

當(dāng)然，蛋白質(zhì)進(jìn)入了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)部，并不等于它真的來到了細(xì)胞之外。但是帕拉德通過觀察發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)無須再次穿透皮膜（細(xì)胞膜），就能真正來到細(xì)胞的外部。

小氣球（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）裹著合成好的蛋白質(zhì)，一邊調(diào)整形狀，一邊穿過大氣球（細(xì)胞）的內(nèi)部。片刻之后，小氣球皮膜的邊緣就接觸到了大氣球的皮膜。

此時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形成過程剛好相反——相互接觸的兩層皮膜融為一體，形成了一個(gè)開口。剛好和“拳頭捅進(jìn)大氣球”時(shí)形成的凹陷一樣。此時(shí)此刻，小氣球（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）的內(nèi)部就與外部連通了。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)部的消化酶蛋白通過這個(gè)開口，漂向細(xì)胞之外。

直接開閉細(xì)胞膜是非常危險(xiǎn)的行為，會(huì)讓細(xì)胞內(nèi)部的環(huán)境暴露在外界環(huán)境之下，所以細(xì)胞向外分泌蛋白質(zhì)時(shí)，提前在內(nèi)部打造出了另一個(gè)內(nèi)部，即內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

和直接開閉細(xì)胞膜相比，開閉內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的皮膜面臨的風(fēng)險(xiǎn)要小得多。如此一來，細(xì)胞便筑起了一條低風(fēng)險(xiǎn)的通道，連通了細(xì)胞的內(nèi)外。

生命的機(jī)制就是如此神奇。

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