1接近生命 信息或者叫它遗传程序,被DNA分子携带存在于细胞的深闺一细胞核中。细胞为遗传程序的正常表达 提供所需要的一切东西一工厂,车间,工人和原材料。细胞实际上是一个自动化工厂,由遗传程序指挥 的一个自动化工厂,而计算机系统也是一个自动化机器,它由计算机程序控制,不过,它的自动化程度 比细胞要低得多。 计算机系统与生命系统存在着很大的相似性,它们都由硬件与软件构成。计算机系统由二进制程序控 制,它被储存于内存与外存中;生命由四进制遗传程序控制,它储存在DNA或RNA中,生命的内存是 细胞内的DNA或RNA,细胞外的病毒与类病毒可以称为外存。计算机系统的基本硬件单位由主机,输 入设备与输出设备构成的;而生命的基本硬件单位是细胞。这种相似性使人把计算机称为“电脑”,也 使第一次接触计算机的人或多或少地产生计算机是“活的”的想法。在描写未来生活的科幻小说与科幻 电影中,计算机经常被赋予“生命”。 但是,计算机系统依然与生命系统存在很大的差异,因为计算机系统尽管在某种程度上可以称为自动机 器,然而它依然是被动的,它需要人来启动它,维护它,管理它,而生命系统是一个高度自动化系统, 尤其是生命系统可以将遗传信息进行复制而产生子代。所以生命体实际上是遗传信息的自动化复制机 器。生命的顽强就在于DNA分子的复制与传播。生命体只是DNA分子的临时居所,生命体的一个重要 任务就是将DNA分子扩增并传递到下一代,生生不息,奋斗不止。这一点是今天的计算机系统所不具 备的,所以我们不承认今天的计算机系统存在生命。然而,要造就一个和生命体非常相似的计算机系统 从理论上说并不是不可能的,即造就一个自复制机器人是可能办到的,不过这个自复制机器人体积可能 非常庞大,因为复制自己的所有设备都必须基于一身。这个超级计算机系统可以独立存在,独立运行, 可以利用自身的程序进行摄食(寻找与吸收能量与原料),运动,生殖(复制自己),这样的计算机系 统完全可以享有“生命”这一称呼。 看来生命的本质只不过是一个自复制的信息系统,也就是说只要一个信息系统能自我复制,它就是 有“生命”的,那么生命就没有必要一定要以现在这种“肉”的形式存在。宇宙空间中也许存在着许多 类似于地球上“有机物”形式的生命,但也可能存在着许多非“有机物”形式的生命,只要它是一个自 复制的信息系统就行了。这样是信息自复制系统也许在我们的身边就有,由于我们目前不能和它们进行 信息交流而把它们称为“死物
1 接近生命 信息或者叫它遗传程序，被DNA分子携带存在于细胞的深闺－细胞核中。细胞为遗传程序的正常表达 提供所需要的一切东西－工厂，车间，工人和原材料。细胞实际上是一个自动化工厂，由遗传程序指挥 的一个自动化工厂，而计算机系统也是一个自动化机器，它由计算机程序控制，不过，它的自动化程度 比细胞要低得多。 计算机系统与生命系统存在着很大的相似性，它们都由硬件与软件构成。计算机系统由二进制程序控 制，它被储存于内存与外存中；生命由四进制遗传程序控制，它储存在DNA或RNA中，生命的内存是 细胞内的DNA或RNA，细胞外的病毒与类病毒可以称为外存。计算机系统的基本硬件单位由主机，输 入设备与输出设备构成的；而生命的基本硬件单位是细胞。这种相似性使人把计算机称为“电脑”，也 使第一次接触计算机的人或多或少地产生计算机是“活的”的想法。在描写未来生活的科幻小说与科幻 电影中，计算机经常被赋予“生命”。 但是，计算机系统依然与生命系统存在很大的差异，因为计算机系统尽管在某种程度上可以称为自动机 器，然而它依然是被动的，它需要人来启动它，维护它，管理它，而生命系统是一个高度自动化系统， 尤其是生命系统可以将遗传信息进行复制而产生子代。所以生命体实际上是遗传信息的自动化复制机 器。生命的顽强就在于DNA分子的复制与传播。生命体只是DNA分子的临时居所，生命体的一个重要 任务就是将DNA分子扩增并传递到下一代，生生不息，奋斗不止。这一点是今天的计算机系统所不具 备的，所以我们不承认今天的计算机系统存在生命。然而，要造就一个和生命体非常相似的计算机系统 从理论上说并不是不可能的，即造就一个自复制机器人是可能办到的，不过这个自复制机器人体积可能 非常庞大，因为复制自己的所有设备都必须基于一身。这个超级计算机系统可以独立存在，独立运行， 可以利用自身的程序进行摄食（寻找与吸收能量与原料），运动，生殖（复制自己），这样的计算机系 统完全可以享有“生命”这一称呼。 看来生命的本质只不过是一个自复制的信息系统，也就是说只要一个信息系统能自我复制，它就是 有“生命”的，那么生命就没有必要一定要以现在这种“肉”的形式存在。宇宙空间中也许存在着许多 类似于地球上“有机物”形式的生命，但也可能存在着许多非“有机物”形式的生命，只要它是一个自 复制的信息系统就行了。这样是信息自复制系统也许在我们的身边就有，由于我们目前不能和它们进行 信息交流而把它们称为“死物
1接近生命
1 接近生命
3生命的助推火箭 3生命的助推火箭 很多人都没有机会亲眼目睹火箭的发射升空,但差不多每个人都从电视或电影中看见过这个过程。当 到计时结束,点火命令发布后,伴随着震耳欲聋的声响,火箭尾部吐出巨大的火舌将沉重的火箭推离地 面,升向天空。这个具有强大推动力的火舌是液氢与氧燃烧的火焰。换句话说,火箭使用的能源物质是 氢。火箭的强劲推力把卫星,探测器,飞船送出地球。没有火箭,飞出地球的所有梦想都不能实现,登 陆火星也将是一个泡影 细胞是生命的基本单位,它会从周围环境中吸收有用的物质,并把废物排泄到周围环境中,我们把这个 过程称为新陈代谢。细胞进行新陈代谢是为了合成复制DNA所需的各种原料,以及分裂产生两个子细 胞所需的一切原料。也就是说,细胞的所有生命活动只为一个最高目标而工作,这就是复制DNA与分 裂细胞。细胞内所有物质的合成,细胞的生长,DNA的复制及细胞的繁殖,都呈现出“向上性”。而 我们知道,“向上性”是需要能量来推动的,即生命过程是通过消耗能量来维持的,那么生命的助推火 箭是谁呢? 群被称为高能化合物的分子直接驱动着细胞内的生命。这群高能化合物的种类数接近10种,其中最突 出的一种被叫做ATP(三磷酸腺苷),正是它推动了细胞内几乎所有生命过程的进行。ATP为需要能量 的过程支付能量,从而使“向上性”得以发生,例如你轻轻地眨一下眼皮这个简单的“向上性”动作 就是由许多个ATP释放的能量推动的。ATP是细胞内通用的能量货币,它的地位就象我们人类社会中的 硬通货一般,可在很大范围内流通使用;而其他的高能化合物例如GTP,CTP等犹如人民币,卢布一般 只能在一定范围内流通。这些高能化合物当为某个过程或反应支付能量后自身将被降解,例如ATP支付 能量后降解为ADP,所以细胞内的ATP及其他高能化合物就会越来越少。必须要有一条途径不断地促使 ADP再生成为ATP,才不会导致细胞内ATP等的枯竭,也只有这样才能使生命生生不息。这个推动ATP 生成的能量源泉必须具备在一个漫长时间范围内是源源不断的,也就是说在一个漫长的时间范围内是取 之不竭,用之不尽的,只有这样才能使生命持久地存在下去而不中途天折。推动生命的能量还应满足另 一个要求,稳衡而不是剧烈的波动。因为可想而知,能量的剧烈波动很容易毁损生命。 细胞内使用的绝大部分ATP是在一种被称为线粒体的细胞内结构中制造出来的。线粒体是由膜所包裹的 细胞内的一种结构,由于它是细胞制造ATP的主要场所而被非常恰当地称为细胞的“动力工厂”,就象
3 生命的助推火箭 3 生命的助推火箭 很多人都没有机会亲眼目睹火箭的发射升空，但差不多每个人都从电视或电影中看见过这个过程。 当 到计时结束，点火命令发布后，伴随着震耳欲聋的声响，火箭尾部吐出巨大的火舌将沉重的火箭推离地 面，升向天空。这个具有强大推动力的火舌是液氢与氧燃烧的火焰。换句话说，火箭使用的能源物质是 氢。火箭的强劲推力把卫星，探测器，飞船送出地球。没有火箭，飞出地球的所有梦想都不能实现，登 陆火星也将是一个泡影。 细胞是生命的基本单位，它会从周围环境中吸收有用的物质，并把废物排泄到周围环境中，我们把这个 过程称为新陈代谢。细胞进行新陈代谢是为了合成复制DNA所需的各种原料，以及分裂产生两个子细 胞所需的一切原料。也就是说，细胞的所有生命活动只为一个最高目标而工作，这就是复制DNA与分 裂细胞。细胞内所有物质的合成，细胞的生长，DNA的复制及细胞的繁殖，都呈现出“向上性”。而 我们知道，“向上性”是需要能量来推动的，即生命过程是通过消耗能量来维持的，那么生命的助推火 箭是谁呢？ 一群被称为高能化合物的分子直接驱动着细胞内的生命。这群高能化合物的种类数接近10种，其中最突 出的一种被叫做ATP（三磷酸腺苷），正是它推动了细胞内几乎所有生命过程的进行。ATP为需要能量 的过程支付能量，从而使“向上性”得以发生， 例如你轻轻地眨一下眼皮这个简单的“向上性”动作 就是由许多个ATP释放的能量推动的。ATP是细胞内通用的能量货币，它的地位就象我们人类社会中的 硬通货一般，可在很大范围内流通使用；而其他的高能化合物例如GTP，CTP等犹如人民币，卢布一般 只能在一定范围内流通。这些高能化合物当为某个过程或反应支付能量后自身将被降解，例如ATP支付 能量后降解为ADP，所以细胞内的ATP及其他高能化合物就会越来越少。必须要有一条途径不断地促使 ADP再生成为ATP，才不会导致细胞内ATP等的枯竭，也只有这样才能使生命生生不息。这个推动ATP 生成的能量源泉必须具备在一个漫长时间范围内是源源不断的，也就是说在一个漫长的时间范围内是取 之不竭，用之不尽的，只有这样才能使生命持久地存在下去而不中途夭折。推动生命的能量还应满足另 一个要求，稳衡而不是剧烈的波动。因为可想而知，能量的剧烈波动很容易毁损生命。 细胞内使用的绝大部分ATP是在一种被称为线粒体的细胞内结构中制造出来的。线粒体是由膜所包裹的 细胞内的一种结构，由于它是细胞制造ATP的主要场所而被非常恰当地称为细胞的“动力工厂”，就象
3生命的助推火箭 人类社会中的“发电站”一样。但是,线粒体不能无中生有地制造ATP,也就是说,只有有了制造ATP 的原料,线粒体才能将ATP制造出来。制造ATP的原料是由细胞内的另一种结构制造的,这个结构叫做 叶绿体(叶绿体只在植物细胞中存在)。叶绿体和线粒体一样也是由膜包裏的一种结构。于是线粒体与 叶绿体这两种被称为细胞的能量转换器的细胞内结构的地位就异乎寻常了,正因为有了它们生命的运转 才成为可能。 在深入探讨线粒体与叶绿体的功能之前,让我们先稍稍偏离这个话题来看看氢气与氧气。氢气与氧气是 很平常的气体,在节假日街头有很多小贩出售充满氢气的气球,大量的氢气球也在一些重大活动中被放 飞天空。氧气是你每时每刻在呼吸时必须吸收的气体。在学校里,你很可能亲手作过或至少看别人(最 大可能是你的老师)作过这么一个实验,将氢气与氧气混合并点燃,我们立即听见一声清脆的爆炸声, 混合气体化为乌有,在桌面或玻璃器皿上留下些须水珠。老师告诉你,氢气与氧气化合生成水,而把能 量释放出来,这叫放能反应。 氢是一种极好的能源,它不会造成任何程度的污染,因为它燃烧(与氧气化合)的产物是纯净的水,而 且氢与氧化合时能释放大量的能量。有多种制取氢气与氧气的方法,当然,制取氢气或氧气的原料中必 须要含有氢或氧这种元素。水是既含有氢又含有氧的物质,一个水分子由两个氢原子和一个氧原子结合 而成,所以只要有一个比氢与氧结合力还大的力量从中间使劲推开它们或从两边用力拉开它们就可以同 时制取氢气与氧气 化学老师告诉过你从水中制取氢气与氧气的方法,例如用两根电极连接在家里电源(市电)的火线与零 线上,然后,将电极置于水中就可以从水中释放出氢气与氧气。不过用这种方法释放的是氢气与氧气的 混合物,你同时还会看到水很快就沸腾了。我劝你还是别做这项实验,因为它有可能使你触电,并且它 会使你家的电表转速加快,如果你用这种方法烧开水,开水中将有一种令人不太舒服的味道。这种制取 氢气与氧气的方法虽然效率不高,但是它却告诉我们要从水中制取氢气与氧气,就必须给水中输入能 量,当输入给水的能量足以破坏氢与氧的结合力时,水分子就会自动地裂解开来而产生氢气与氧气 输入能量使水分解成氢气与氧气,氢气与氧气再化合成水把能量释放出来,氢与氧化合所释放的能量正 是使水分解时输入的能量。不过这两个数值并不相等,使水分解的输入能量比氢氧化合成水所释放的能 量要多,因为并不是所有的输入能量都齐心协力地促使水的裂解,有些能量不高兴干这件事而以热的形 式走掉了。你向天空扔一块石头,由于你给石头输入了能量所以石头向空中飞去,当石头掉下来砸在地 面时你输入的能量被释放出来,这个释放出来的能量就是你听见的石头砸地的声响和石头撞击地面而形
3 生命的助推火箭 人类社会中的“发电站”一样。但是，线粒体不能无中生有地制造ATP，也就是说，只有有了制造ATP 的原料，线粒体才能将ATP制造出来。制造ATP的原料是由细胞内的另一种结构制造的，这个结构叫做 叶绿体（叶绿体只在植物细胞中存在）。叶绿体和线粒体一样也是由膜包裹的一种结构。于是线粒体与 叶绿体这两种被称为细胞的能量转换器的细胞内结构的地位就异乎寻常了，正因为有了它们生命的运转 才成为可能。 在深入探讨线粒体与叶绿体的功能之前，让我们先稍稍偏离这个话题来看看氢气与氧气。氢气与氧气是 很平常的气体，在节假日街头有很多小贩出售充满氢气的气球，大量的氢气球也在一些重大活动中被放 飞天空。氧气是你每时每刻在呼吸时必须吸收的气体。在学校里，你很可能亲手作过或至少看别人（最 大可能是你的老师）作过这么一个实验，将氢气与氧气混合并点燃，我们立即听见一声清脆的爆炸声， 混合气体化为乌有，在桌面或玻璃器皿上留下些须水珠。老师告诉你，氢气与氧气化合生成水，而把能 量释放出来，这叫放能反应。 氢是一种极好的能源，它不会造成任何程度的污染，因为它燃烧（与氧气化合）的产物是纯净的水，而 且氢与氧化合时能释放大量的能量。有多种制取氢气与氧气的方法，当然，制取氢气或氧气的原料中必 须要含有氢或氧这种元素。水是既含有氢又含有氧的物质，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子结合 而成，所以只要有一个比氢与氧结合力还大的力量从中间使劲推开它们或从两边用力拉开它们就可以同 时制取氢气与氧气。 化学老师告诉过你从水中制取氢气与氧气的方法，例如用两根电极连接在家里电源（市电）的火线与零 线上，然后，将电极置于水中就可以从水中释放出氢气与氧气。不过用这种方法释放的是氢气与氧气的 混合物，你同时还会看到水很快就沸腾了。我劝你还是别做这项实验，因为它有可能使你触电，并且它 会使你家的电表转速加快，如果你用这种方法烧开水，开水中将有一种令人不太舒服的味道。这种制取 氢气与氧气的方法虽然效率不高，但是它却告诉我们要从水中制取氢气与氧气，就必须给水中输入能 量，当输入给水的能量足以破坏氢与氧的结合力时，水分子就会自动地裂解开来而产生氢气与氧气。 输入能量使水分解成氢气与氧气，氢气与氧气再化合成水把能量释放出来，氢与氧化合所释放的能量正 是使水分解时输入的能量。不过这两个数值并不相等，使水分解的输入能量比氢氧化合成水所释放的能 量要多，因为并不是所有的输入能量都齐心协力地促使水的裂解，有些能量不高兴干这件事而以热的形 式走掉了。你向天空扔一块石头，由于你给石头输入了能量所以石头向空中飞去，当石头掉下来砸在地 面时你输入的能量被释放出来，这个释放出来的能量就是你听见的石头砸地的声响和石头撞击地面而形
3生命的助推火箭 成的一个小坑。如果地面是坚硬的,声响将非常清脆,而如果地面是柔软的,这个声响将很小而且低 沉。扔石头时你输出的能量并没有被石头全部吸收,有一部分变成了热量而使你的体温略微上升。 宇宙飞船的助推火箭使用的燃料是氢,生命体使用的能源物质也是氢。在线粒体内,氢与氧化合生成 水,释放的能量用来生成推动生命过程的ATP,而叶绿体是专门用来制取氢与氧的结构。也就是说,叶 绿体将水裂解成氢与氧,而线粒体将氢与氧化合成水,释放的能量推动ATP生成,再由ATP去推动生命 这个自动机器的进行。叶绿体源源不断地为线粒体提供氢与氧,那就是说叶绿体在源源不断地将水分解 成氢与氧。水的分解是需要能量推动才得以完成的,那么,是什么能量推动叶绿体去把水分解成氢与氧 的呢?答案是光,太阳的光。它满足我们在前面提到的那个条件,因为在一相当漫长的时间范围内,太 阳能是取之不竭,用之不尽的。 在太阳照射下,叶绿体内发生的过程称为光合作用,它的意思是由光能推动的物质合成作用。光合作用 的原料是水与二氧化碳,产物是一种有机物一糖。在叶绿体内,地位极为重要的物质是叶绿素,正是这 种神奇的色素吸收光能而促使水裂解。叶绿素也使我们这个世界充满绿色,郁郁葱葱,绿色是生命的颜 色。从缺乏生命的干燥沙漠中返回生机盎然的生命世界的人对绿色尤其感到亲切。实际情况是,植物体 不吸收绿光,它吸收的是红橙光和蓝紫光,绿光作为植物体不使用的光而散发出来。当然,地球上绝大 部分的生命的确是绿色的,因为地球上的植物比动物多得多。 叶绿素吸收太阳的光能促使水分解成氢与氧,氧以氧气的形式释放到大气中去,而氢并不以氢气的形式 存在。叶绿体将氢交给一种载体分子携带,这个载体分子是二氧化碳。二氧化碳被加载上氢以后,变成 了一种糖,我们把这种糖称为葡萄糖,许许多多的其它糖都是由这个最初的葡萄糖转化而来。所以,糖 是装满氢的二氧化碳货车 6H2O+6C02+光的能量=====>C6H1206+602 水二氧化碳 葡萄糖氧气 许多这样的葡萄糖也就是装满氢的二氧化碳货车在生物体内运输到线粒体,不过在到达线粒体之前货车 的外观已经有了些微改变,有少量的氢将在到达线粒体前卸载下来,这些氢将有其它用途,但大量的氢 依然存在于货车上。到达线粒体后,线粒体将氢从二氧化碳货车上卸载下来,与从体外吸收来的氧气结
3 生命的助推火箭 成的一个小坑。如果地面是坚硬的，声响将非常清脆，而如果地面是柔软的，这个声响将很小而且低 沉。扔石头时你输出的能量并没有被石头全部吸收，有一部分变成了热量而使你的体温略微上升。 宇宙飞船的助推火箭使用的燃料是氢，生命体使用的能源物质也是氢。在线粒体内，氢与氧化合生成 水，释放的能量用来生成推动生命过程的ATP，而叶绿体是专门用来制取氢与氧的结构。也就是说，叶 绿体将水裂解成氢与氧，而线粒体将氢与氧化合成水，释放的能量推动ATP生成，再由ATP去推动生命 这个自动机器的进行。叶绿体源源不断地为线粒体提供氢与氧，那就是说叶绿体在源源不断地将水分解 成氢与氧。水的分解是需要能量推动才得以完成的，那么，是什么能量推动叶绿体去把水分解成氢与氧 的呢？答案是光，太阳的光。它满足我们在前面提到的那个条件，因为在一相当漫长的时间范围内，太 阳能是取之不竭，用之不尽的。 在太阳照射下，叶绿体内发生的过程称为光合作用，它的意思是由光能推动的物质合成作用。光合作用 的原料是水与二氧化碳，产物是一种有机物－糖。在叶绿体内，地位极为重要的物质是叶绿素，正是这 种神奇的色素吸收光能而促使水裂解。叶绿素也使我们这个世界充满绿色，郁郁葱葱，绿色是生命的颜 色。从缺乏生命的干燥沙漠中返回生机盎然的生命世界的人对绿色尤其感到亲切。实际情况是，植物体 不吸收绿光，它吸收的是红橙光和蓝紫光，绿光作为植物体不使用的光而散发出来。当然，地球上绝大 部分的生命的确是绿色的，因为地球上的植物比动物多得多。 叶绿素吸收太阳的光能促使水分解成氢与氧，氧以氧气的形式释放到大气中去，而氢并不以氢气的形式 存在。叶绿体将氢交给一种载体分子携带，这个载体分子是二氧化碳。二氧化碳被加载上氢以后，变成 了一种糖，我们把这种糖称为葡萄糖，许许多多的其它糖都是由这个最初的葡萄糖转化而来。所以，糖 是装满氢的二氧化碳货车。 ６Ｈ２Ｏ ＋ ６ＣＯ２ ＋ 光的能量 ======> Ｃ６Ｈ１２Ｏ６ ＋６Ｏ２ 水 二氧化碳 葡萄糖 氧气 许多这样的葡萄糖也就是装满氢的二氧化碳货车在生物体内运输到线粒体，不过在到达线粒体之前货车 的外观已经有了些微改变，有少量的氢将在到达线粒体前卸载下来，这些氢将有其它用途，但大量的氢 依然存在于货车上。到达线粒体后，线粒体将氢从二氧化碳货车上卸载下来，与从体外吸收来的氧气结