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薛定谔《生命是什么?》评介 精选

已有 4999 次阅读 2023-10-24 13:53 |个人分类:阅读与评论|系统分类:科研笔记

摘要:奥地利量子物理学家薛定谔在其著作《生命是什么?》中从物理学的视角阐述了对于生命本质的基本看法,并提出一些新的概念。薛定谔的思想具有一定的局限性,但《生命是什么?》在分子生物学的诞生过程中起到了催化作用。


关键词:薛定谔;生命是什么;分子生物学



      1953425日,国际著名科学杂志Nature发表了三篇重磅论文,第一篇是沃森(James Dewey Watson)和克里克(Francis Harry Compton Crick)的《核酸的分子结构:脱氧核糖核酸的一种结构》Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid,第二篇是威尔金斯(Maurice Hugh Frederick Wilkins)等人的《核酸的分子结构:脱氧戊糖核酸的分子结构》(Molecular Structure of Nucleic Acids: Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids),第三篇是弗兰克林(Benjamin Franklin)等人的《胸腺核酸纳的分子构型》(Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate),这三篇论文的发表正式宣告了DNA双螺旋结构的发现,标志着分子生物学的诞生,而沃森、克里克和威尔金斯三人因此获得1962年诺贝尔生理学或医学奖。

  对分子生物学诞生起到促进作用的因素有很多,其中不得不提奥地利量子物理学家薛定谔(Erwin Schrödinger,图1)的名著《生命是什么?》(what is life?。沃森、克里克和威尔金斯在发现DNA双螺旋结构之后回忆道,他们都曾经阅读过薛定谔的这本小册子,并被书中提到的用物理学和化学的思想和方法研究生命本质、生命的奥秘与DNA有关的大胆想法所吸引,从而走上了生物学研究的道路。关于沃森、克里克、威尔金斯、弗兰克林等人的生平事迹和科学贡献,已经有海量的文献,但对于催生分子生物学的《生命是什么?》及其作者薛定谔的生物学思想,却没有得到世人足够的关注。在纪念DNA双螺旋结构发现70周年之际,有必要重新审视《生命是什么?》,反思薛定谔的生物学思想,或许能对当今科学研究、科技发展、科学教育有所启示。

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1  薛定谔

Fig.1 Erwin Schrödinger

1 薛定谔的生平

      1887812日,薛定谔出生于奥地利维也纳附近的埃德伯格(Erdberg),他的父亲在生物学上有较深的造诣。1906年考入维也纳大学,主修数学和物理。1908年服兵役一年担任要塞兵。19105月获得哲学博士学位,毕业后服兵役一年又回到维也纳大学开始从事科学研究。1914年第一次世界大战爆发后应征入伍,战争中仍然关注相对论、量子力学、原子物理等学科的发展。1918年回到维也纳大学第二物理研究所,从事理论物理研究。1920年离开母校,辗转多地,于192110月在苏黎世大学安定下来从事量子力学研究,1926年创立波动力学。1927年迁居柏林,接替马克思·普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)担任柏林大学理论物理教授,1929年当选普鲁士科学院院士。1933年由于反对希特勒辞职,来到牛津大学担任教授,同年与狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)一起获得诺贝尔物理学奖。1935年提出了著名的“薛定谔的猫”思想实验。1936年回到奥地利格拉茨大学,但在1938年德国吞并奥地利后被解雇。1939年第二次世界大战全面爆发,薛定谔陷入困境,经过外交途径到达爱尔兰首府都柏林。1941年都柏林高等研究院(Dublin Institute for Advanced Studies)成立,薛定谔受聘理论物理部主任,1949年被选为英国皇家学会外籍会员。直到1956年才返回奥地利,担任维也纳大学理论物理名誉教授。196114日因肺结核去世。

  通过简单梳理可以发现,薛定谔的一生有这样几个突出特点。首先,他的生活是充满曲折的,有较长时间的颠沛流离,只有在都柏林的那段时光是相对稳定的,也正是在这一阶段孕育出了《生命是什么?》的思想;其次,他经历了两次世界大战,并曾经入伍直接参与了第一次世界大战,因此我们就不难理解他在《生命是什么?》一书中与战争有关的描述或比喻;第三,他的主要身份是理论物理学家,主要研究方向是量子力学,并没有投入过时间精力从事生物学研究,由此可以明白,对于生物学来说,薛定谔的确是“外行”,因此他对生物学的新进展没有及时地把握,对生物学知识或原理的描述存在偏颇或谬误都是可以理解的。

2 《生命是什么?》的出版与翻译

      19432月,薛定谔在都柏林三一学院(Trinity College, Dublin)围绕生命的物理学问题做了一系列演讲,听众除了三一学院的师生,还有社会上对该话题感兴趣的人士。1944年,薛定谔的讲稿整理为《生命是什么?》由剑桥大学出版社出版(图2)。该书的副标题是《活细胞的物理学观》(The Physical Aspect of the Living Cell),从这个副标题就可以看出,薛定谔是想从物理学的视角来分析生物学的问题,尤其是关注有生命的活细胞。出版的时候,书后增加了一个跋,即“决定论与自由意志”(On Determinism and Free Will),这是1943年演讲时没有的内容。该书出版以后曾经多次再版重印。

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2 《生命是什么?》英文首版封面

Fig.2 Face of 1st English edition of What Is Life?

      1957年,薛定谔在剑桥大学三一学院做了《意识与物质》(Mind and Matter)的讲座,1958年首次单独出版。1967年,剑桥大学将《生命是什么?》和《意识与物质》前后这两次重要演讲的内容合并出版。1992年,剑桥大学出版社在原书基础上增加了英国数学物理学家罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)在1991年撰写的前言,以及薛定谔1960年撰写的自传,由此形成一个新的版本。罗杰·彭罗斯由于发现黑洞的形成是广义相对论的有力预测而获得2020年诺贝尔物理学奖。

  正如薛定谔自己在序言中提到的,《生命是什么?》一书最早是以英文版出版的。薛定谔的母语是德语,这本书是以作者的非母语语言撰写的,因此难免会有一些难读。后来该书被翻译为多个不同语种,包括中文和德文等。最早的中译本是1973年由上海人民出版社出版的,依据剑桥大学出版社1948年英文版译出,译者是“上海外国自然科学哲学著作编译组”,具体包括傅季重、赵寿元、胡寄南等译校人员,其中傅季重(1920-2001)主要从事辩证逻辑研究,曾经担任上海社科院哲学所研究员、副所长等职;赵寿元(1931-2021)主要从事遗传学研究,曾经担任复旦大学教授、遗传所所长、遗传学和遗传工程系主任、中国遗传学会理事长等职;胡寄南(1905-1989)主要从事心理学研究,曾经担任华东师范大学教授等职。

      21世纪以来,有多个不同中译本问世,其中影响较大的主要有两个译本。一个是湖南科学技术出版社2003年出版的,译者为罗来鸥、罗辽复,被纳入该出版社第一推动丛书。译者罗辽复是理论物理学家,曾任内蒙古大学教授等职。该译本是根据剑桥大学出版社2001年版翻译的,包括了Mind and Matter(译为《意识和物质》)、薛定谔的自传和罗杰的前言。另一个译本是商务印书馆2014年出版的,译者张卜天是清华大学科学史系教授,主持翻译了《科学源流译丛》《世界科普名著译丛》等译丛合计约60种科学史和科学哲学名著。该译本根据剑桥大学出版社1992年版译出,包括了罗杰的前言,但不包括Mind and Matter和薛定谔的自传。该译本在2021年收入商务印书馆《世界科普名著译丛》时,增加了Mind and Matter(译为《心灵和物质》)。此外,20234月湖南科学技术出版社出版了该书的汉英对照新译本,译者是中国科学院院士、基因组学家杨焕明,该译本是第一个汉英对照版本。

3 《生命是什么?》的主要内容

  《生命是什么?》一书篇幅并不长,主要包括序言、正文6章共71小节、后记等几部分。除了正文之外,作者还在序言和每一章中引用了巴鲁赫·德·斯宾诺莎的《伦理学》、勒内·笛卡尔、约翰·沃尔夫冈·歌德、米格尔·德·乌纳穆等名人名言。对于正文中的71个小节,尽管每一小节都有标题,但薛定谔指出其中有很多只是想作为页边摘要的,换句话说,有些标题并不能概况对应的那一节的内容,因此读者尽可以跳过这些标题,直接连贯地阅读下去。

  在序言部分,薛定谔提到自己之所以敢于在自己并不精通的领域著书立说,甚至是冒着干傻事的风险,是为了将分支越来越广、越来越深的知识进行综合,从而得到更具有普遍性(universal)的知识。当然,作者对于使用非母语来撰写本来自己就不精通的话题,还是非常谦逊的,因为语言确实会成为表达交流的障碍,事实上的确如作者所说,书中有一些“独创性”样式的表述痕迹。

  在第一章中,薛定谔在第一节明确提出自己要探讨的主题,即“对于在一个生命有机体的边界内部、在时间和空间尺度上发生的事件,如何用物理学和化学来解释?”显然,作者把研究对象局限于生物体内部,而没有考虑生物与外界环境之间的关系;作者思考的方向是用物理学和化学对生命事件做出解释;这些事件是在时间和空间尺度发生的,因为生命是有发生、发育过程的,除了空间三维之外,还有作为第四维的时间,这就是薛定谔后面提到的“四维”模式(four-dimensional pattern)。对于这个主题,或者说对于他抛出来的问题,薛定谔直接给出了他的答案,他认为“当前的物理学和化学显然无法解释这些事件,但却不用怀疑这些事件是可以通过物理和化学来解释的”。言下之意,作者认为这是一个新的研究方向。

  为什么当前的物理学和化学解释不了生命事件呢?作者认为这是由于生命有机体的结构与物理学家或化学家平常研究的结构有很大不同,他们研究的主要是周期性晶体,而生命有机体中最重要的染色体则是非周期性晶体an aperiodic crystal)。物理学家们此前主要研究的是周期性晶体,但面对结构更加复杂、差异更大的非周期性晶体,物理学家的介入还是非常有限的。尽管如此,但薛定谔认为,物理定律同样适用于有机体。接下来,他使用顺磁性、布朗运动、扭力天平三个例子,说明生命有机体符合物理定律,是因为其有一种极多原子结构,避免偶然的单原子事件影响。不过在第二章开头的时候,他又否定了这个结论,因为这与事实不符,很多生命有机体并没有那么多的原子。需要注意的是,非周期性晶体是薛定谔这本书中最重要的概念之一。

  在第二章“遗传的机制”中,薛定谔回顾了当时人类已经获知的关于染色体和减数分裂的知识,并提出了“密码本”(code-script)的概念,他认为染色体就是密码本,其中包含着个体发育及其成年期机能的各种模式。染色体的传递并不总是整条的,中间可能会发生同源染色体之间的交换。薛定谔使用了当时尚未被研究清楚的“基因”的概念,基因是某种遗传特性假设的物质载体。根据实验估计,基因中所包含的原子是有限的。要想保证遗传特性的延续,就需要作为遗传特性的物质载体具有持久性。在这一章中,薛定谔还注意到了生命繁殖现象中的单倍体,比如雄蜂、植物的孢子体等。他还延续了当时人们对于遗传物质的本质可能是蛋白质的假设。这可能是由于薛定谔尚未注意关于DNA是遗传物质载体的实验研究。密码本是薛定谔这本书中又一个重要概念,而且对双螺旋发现之后的分子生物学研究也非常具有启发性。

  第三章的主题是“突变”。薛定谔提到,基因结构的持久性无法保证多样性,也就无法保障自然选择有足够材料。薛定谔的例子没有区分生物子代与亲代的差异到底是由于孟德尔遗传导致的,还是由于突变导致的,但他强调了突变,并将生物学家雨果·德弗里斯提出的突变论比作生物学的量子论,其本质在于突变是跳跃的、不连续的,并认为突变是基因分子中的量子跃迁引起的。不过这个观点太过“前卫”,直到21世纪的当前研究仍未给出对应的解释。这一章后面的内容是回顾一些当时的生物学研究进展,如基因的显隐性、近亲结婚的危害、孟德尔遗传定律的再发现、X射线可以诱导突变等等。在分析X射线剂量对诱变的影响时,薛定谔引用了季莫菲耶夫(Nikolay Timofeev-Ressovsky)提出的两条法则和德尔布吕克(Max Ludwig Henning Delbrück)的研究成果,其中后者是由德尔布吕克、季莫菲耶夫和齐默(Karl Zimmer)三人在1935年发表的文章中提出(图3)的。由于那篇论文的单行本封面是绿色的,因此被称为“绿皮本”。他们通过X射线对果蝇染色体的突变实验,表明突变可以在DNA分子上的一个位置变化引起,这个实验可以证明基因可能只是分子大小的,而非像细胞那样复杂。在这篇文章中,德尔布吕克还提到,基因突变是分子由一种量子态转变为另一种量子态的结果。基因突变在自然状态下是罕见的,X射线则可以增加突变。

绿皮本-2.jpg

3 德尔布吕克等人1935年发表的论文单行本

Fig.3 Offprint of the article published by Delbrück etc. in 1935


  在第四章中,作者从量子力学的角度,思考了这样一个问题,即基因结构只包含较少的原子,却能够以近乎奇迹的持久性表现出非常规律的活动。薛定谔借助化学家海特勒(W. Heitler)和伦敦(F. London)的化学键量子论,为这个问题给出一种解释,他认为基因突变的本质是基因分子中的原子在不同能级之间发生了跃迁,从而导致基因分子形成了同分异构体,而且他强调这种突变是自发的、小概率事件。在这一章中,作为量子物理学家的薛定谔,大胆地提出了基因突变的量子力学解释,更确切地说是一种理论上的假设。时至今日,科学界似乎还不能对薛定谔的假设作出实证性的验证。

  第五章是“对德尔布吕克模型的讨论和检验”。这里的“德尔布吕克模型”指的是作者此前在第三章中提到的模型。薛定谔先是抛出了简化的公式“分子=固体=晶体”(molecule = solid = crystal),由此论证基因分子是稳固的,因此基因具有持久性。接着重提他在第一章提出来的染色体是“非周期性晶体”,并用分子中原子的同分异构来说明染色体是如何行使“密码本”功能的。尽管我们后来知道是不同的碱基排列组合行使遗传密码的功能,而不是简单的原子的重新排列,但不得不承认,他用莫尔斯电码比喻遗传密码是非常大胆的,而且在逻辑上是说得通的。

  在第六章中,薛定谔从一个量子物理学家的视角,提出了一种可以用来解释生命有机体事件的物理定律,即有机体是以负熵negative entropy为生的,生物的新陈代谢本质上是抵消生命活动产生的熵,这是对作者在第一章提出的问题的解答。引入负熵的概念,其前提是将生命有机体看一个整体的封闭系统,这个系统通过光合作用、取食等方式从系统外的环境中获取能量,从而保持其有序。不过,薛定谔没有展开论述有关负熵的理论。正如作者自己所说,负熵的概念也遭到了很多物理学家的怀疑和反对。

  第七章是总结,薛定谔在这一章描绘了一幅图景,期待能够发现可以解释生命现象的新的物理定律,他确信这种新的定律是存在的。他认为,有机体在生命周期中展现的美妙的秩序性和规律性,是无生命物质研究所无法比拟的。有序事件可能来自无序,这是统计学机制,也可能有序来自有序order-from-order),这是更有可能适合有机体的新机制。薛定谔拿机械钟表与生命有机体做了对比,并进行了充分了论证。

  在后记“决定论与自由意志”中,薛定谔将科学问题转移到了哲学层面。他仍然坚持生命有机体中的时空事件是统计地决定的,对于人类的意识,他认为是意识是单数的而非复数的。显然,薛定谔注意到了意识在生命现象中的特殊性,并希望能够解释意识的本质,但这超出了本书的议论范围,也为其今后继续深入思考和讨论这一问题留下了伏笔。

4 对《生命是什么?》的评价

4.1 《生命是什么?》提出的科学背景

  要评价薛定谔的《生命是什么?》,需要考虑当时的科学进展到了什么程度,尤其是关于生命体的遗传物质研究取得的进展和存在的问题。

  在19世纪中叶,奥地利的孟德尔发现了遗传的定律,但当时并没有引起较大的反响,与其同时代的达尔文在《物种起源》中也没有对遗传和变异的本质给出科学合理的解释,这主要是由于生命科学的研究尚未在细胞水平展开。1900年孟德尔遗传定律被重新发现,而此时显微镜的作用也得到了较好地发挥,激发起人们探讨遗传的物质基础的研究热情。1903年,萨顿(W.S.Sutton)提出染色体是遗传的物质基础的假说。摩尔根(Thomas Hunt Morgan)的果蝇遗传学实验为证明染色体是遗传的物质基础提供了重要证据,赫尔曼·约瑟夫·穆勒(Hermann Joseph Muller)等人的X射线诱导突变技术更是起到了催化剂作用,他们的研究证明基因在染色体上。当基因概念提出来以后,科学家进一步思考基因的本质是什么,基因的物质基础是什么等问题。这时候,不但有生物学家在努力工作,物理学家也介入进来。比如薛定谔在书中提到的,德尔布吕克等人用量子力学来分析基因的本质,他们的研究给薛定谔很大的启发,促使这个量子物理学家也来思考基因的本质问题。

  要想研究清楚基因的本质,还需要从化学的角度切入,这就涉及从细胞水平继续深入到分子甚至原子水平。生理化学家米歇尔(Friedrich Miescher)发现了核素(即核酸),但当时很多人认为这是被污染的蛋白质。科学家在1910年之前已经发现了染色体或染色质,但推测染色质可能就是核素,但研究有所停滞。英国医生格里菲斯(Frederick Griffith)在1928年的论文中介绍了其完成的肺炎双球菌转化实验,但他没有深入研究其中的遗传物质传递问题。美国纽约洛克菲勒研究所的艾弗里(Oswald Theodore Avery)从肺炎双球菌中分离得到了有活性的转化因子,经过鉴定发现其本质不是蛋白质,而是核酸,其研究成果发表在1944年的《实验医学杂志》上。但遗憾的是,当时的生物学家并没有重视格里菲斯和艾弗里的研究,他们把更多的关注点放在了蛋白质上面,认为蛋白质更有可能承担遗传物质的作用。因此也就不难理解,为什么薛定谔在1943年的演讲中没有提到他们的工作。一直到1952年赫尔希(Alfred Hershey)和蔡司(Martha Chase)完成了噬菌体侵染实验,才证明了DNA是遗传物质。这才让后来的沃森、克里克、威尔金斯、鲍林(Linus Carl Pauling)等人更加坚定地将关注点放在了DNA上,去研究DNA的结构到底是什么。

  关于物理学对于生物学的介入,X射线的作用是不得不提的。德国科学家伦琴(Wilhelm Conrad Röntgen)由于X射线的发现获得1901年诺贝尔物理学奖,此后对X射线的研究与应用越来越广泛和深入。前面提到的应用X射线辐射增加基因突变是由美国遗传学家穆勒(Hermann Joseph Muller)在1927年发现的,但X射线对分子生物学影响更大的则是对大分子结构探索的贡献。英国卡文迪什实验室的威廉·亨利·布拉格(William Henry Bragg)及其子威廉·劳伦斯·布拉格(William Lawrence Bragg)创立了利用X射线分析晶体结构的方法,并因此获得1915年诺贝尔物理学奖。该技术后来也被用于分析生物大分子的结构,例如同在卡文迪什实验室的约翰·肯德鲁(John Kendrew)和马克斯·佩鲁茨(Max F. Perutz)等人用该技术研究肌红蛋白和血红蛋白的结构。克里克和沃森先后进入卡文迪什实验室后,将兴趣转移到利用X射线衍射技术研究DNA的结构。1930年代美国加工理工学院的化学家鲍林利用该技术研究血红白蛋的结构,提出蛋白质的肽链在空间中是螺旋形的,这就是最早的α螺旋模型;鲍林在1950年代对DNA结构的研究延续了这一思路。英国伦敦国王学院的莫里斯·威尔金斯和罗莎琳·弗兰克林等人后来也参与到用X射线衍射技术研究DNA的结构。最终沃森、克里克和威尔金斯由于DNA双螺旋结构的发现获得1962年诺贝尔生理学或医学奖。

  综上所述,薛定谔在1943年发表关于生命系统的物理学演讲的时候,科学界已经对遗传的基本规律有了比较清晰的认识,基因的概念已经提了出来,DNA作为遗传物质已经有了实验研究作为基础,但是,当时对于DNA是遗传物质的观念尚未得到广泛认可,DNA在生命活动中的作用和地位仍未获得足够的重视,基因和DNA的关系更是尚无定论。此外,应用物理学或化学的技术和方法来研究生命的问题,已经形成风气,其中X射线衍射技术已经被用于蛋白质等大分子的结构分析,德尔布吕克等物理学家已经开始试图用量子力学来解释生命现象。

  薛定谔对生命现象的物理学思想是对前人量子物理学家的继承与发展。薛定谔对生物有机体特别是遗传相关研究发生兴趣,早在1925年就已经有苗头了。那一年他写了一篇关于世界哲学本质的文章,不过这篇文章直到1961年才以《我的世界观》Meine Weltansicht为题正式发表。在这篇文章中,薛定谔就讨论了进化生物学、遗传、意识等问题。如前所述,1935年德尔布吕克与同行一起发表了一篇文章,并提出关于基因的一些思想。薛定谔的思想明显受到了德尔布吕克思想的影响,而德尔布吕克此前则是受到了量子物理学家玻尔(Niels Bohr)的影响。1932年玻尔做了题为“光与生命”的演讲,次年发表在英国《自然》(Nature)杂志上,其中提到可以用物理学或化学对生命现象做出解释。由此可见,当时生命问题已经引起了量子力学家的关注,薛定谔是在前人思想基础上进行了总结、提炼,并有所发展。

4.2 《生命是什么?》的主要贡献与特点

  第一,薛定谔坚持并发展了还原论的思想,即将复杂的生物有机体及生命现象还原为物理学和化学,但不是局限于已有的物理学规律,可能要建立新的物理学规律。还原论的思想由来已久,近代物理学、化学都受到了其影响。19世纪以后,生物学的问题明显受到还原论的影响,越来越多的科学家倾向于将生物学问题转化为物理学或化学的问题,将生物体整体的问题转化为细胞、分子甚至原子水平的问题。不过生命系统有其特殊性,整体并不等于部分之和,因此还原论在解释生命现象的时候存在固有的局限性。

  第二,概念的发明和运用对于科学研究具有重要意义。薛定谔提出染色体是非周期性晶体,这就为创新物理学定律提供了概念上的基础。尽管德尔布吕克等科学家也对DNA的分子晶体提出过一些说法,但薛定谔使用非周期性晶体的提法以及恰当的类比表明他不是沿袭前人的说法,而是一种全新的解读。他认为染色体就是密码本,但却并未阐述密码如何复制、如何破译,但这为双螺旋结构发现之后继续探究DNA与生物性状之间的关系,也就是遗传密码的破译和中心法则的发现提供了暗示。他认为生命有机体是以负熵为生的,这其实是对他本人所提出的新的物理定律给出的一个解答。不过很明显负熵的概念有一定的局限性,直到后来耗散结构理论诞生以后,才对生命系统的特征给出了更合理的解释。

  第三,以量子力学解释生命有机体规律的思想依然是超前的。薛定谔认为基因突变是由于基因分子在不同的同分异构体之间发生量子跃迁导致的,这是一种大胆的猜想,超越了当时科学界对于基因突变机理的认识。时至今日,对于生命有机体在分子水平发生突变的根本原因,在变异导致的多样性与基因的稳定性之间如何保持平衡,以及遗传变异与自然选择之间的关系等问题上,尚有较大的问题空间;至于能否以量子力学观点进行解释,能够解释到何种程度,仍然是值得进一步深入思考和探究的。

4.3 《生命是什么?》的影响与评价

  《生命是什么?》一书对分子生物学的诞生的影响,主要是施加在参与其中的科学家之上,沃森、克里克在其著作中,威尔金斯在接受诺贝尔奖的时候,都提到了该著作对他们的影响。1953DNA双螺旋结构发表之后的8月份,克里克给薛定谔写了一封信,提到他和沃森都受到了薛定谔这本书的影响,并且认为薛定谔提出的“非周期性晶体”的概念是非常恰当的(图4),以至于有人将该书视为从思想上“唤起生物学革命的小册子”。但正如上面分析的20世纪上半叶生物学和物理学的进展,在当时情况下,研究基因的物质基础、DNA的结构及作用机制、应用物理学和化学的方法研究生物学问题都存在必然性,因此也不宜无限夸大《生命是什么?》的作用。在纪念薛定谔诞辰100周年的文集中,化学家鲍林认为薛定谔的这本书对于理解生命没有起多少作用。鲍林反对“负熵”的提法,认为薛定谔并没有始终将生命有机体作为单独的封闭系统进行讨论,前后的表述存在不一致,并认为薛定谔对于生命系统的热力学解释是苍白的。佩鲁茨(Max Perutz)则认为德尔布吕克等三人在1935年发表的论文是薛定谔这本的基础,薛定谔在书中阐述的“正确的思想皆非原创,大部分原创的思想皆不正确”,且薛定谔在讨论中忽视了一些最新的研究成果以及化学的作用。比如非周期性晶体,佩鲁茨认为德尔布吕克已经在1935年的论文中提到了,但经过分析可以发现,德尔布吕克在文章中认为基因是由相同的原子结构组成的多聚体,但薛定谔的说法其实与德尔布吕克的并不相同。克里克在其回忆录《狂热的追求》(What Mad Pursuit: A Personal View of Scientific Discovery)中也认为薛定谔的书有局限性,尤其是表现出作者缺乏对化学的了解。还有一些人是对后记中的“决定论与自由意志”表示不满。不过,确实需要肯定的是,该书对一批物理学家产生了影响,吸引他们关注生命本质的问题,并成功吸引其中一部分人从物理学转向了生命科学研究,而且对物理学家的影响似乎要大于对生物学家的影响。

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4  克里克给薛定谔的信

Fig.4 The letter to Schrödinger from Crick


  关于生命的本质,除了物质和能量,还有一个是信息。这一点在薛定谔的书中没有提及,信息论和控制论都是在《生命是什么?》这本书出版以后才出现的。但是薛定谔已经注意到了生命体与非生命体的差别,所以他才会在后记中提到意识的问题,并在几年后发表了Mind and matter

  今天重读薛定谔的《生命是什么?》,对于生物学教育乃至科学教育也有不少启示。当前的生物学教育旨在发展学生的核心素养,主要体现在发展学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任,倡导跨学科实践。如果生物学教师充分利用薛定谔在著作中表达的一些思想,将有利于发展学生的核心素养。例如,“非周期性晶体”的概念有助于理解生命系统的结构与功能观,“密码本”的概念则有助于深刻理解生命信息观,结合“负熵”的概念可以反思生命系统的物质与能量观;DNA结构与功能的发现过程融合了生物学、物理学、化学等学科的思维方式和技术方法,启示我们跨学科研究对于新知识的生产具有重要价值,等等。


参考文献(略)

注:本文发表于《新兴科学和技术趋势》2023年第1期




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