本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
从孩提时代起，我就对生物着迷。在北加州长大，我花了很多时间在户外与植物和动物玩耍。我和一些朋友会偷偷靠近正在为花朵授粉的蜜蜂，把它们装进保鲜袋里，这样我们就可以仔细观察它们黑曜石般的眼睛和金色的绒毛，然后再把这些昆虫放回它们日常的活动中。有时，我会用后院的灌木制作粗糙的弓箭，用剥皮的树皮做弦，用树叶做箭羽。在去海滩的家庭旅行中，我学会了如何通过观察最近一次海浪退去后沙滩上的气泡，快速地把甲壳类动物和节肢动物从它们的藏身之处挖出来。我还清楚地记得小学时去圣克鲁兹的一个桉树林实地考察，在那里，成千上万的迁徙帝王蝶停下来休息。它们成群结队地紧紧抓住树枝，像死去的树叶一样——直到一只动了动，露出了翅膀内侧火红的橙色。
像这样的时刻——以及许多大卫·艾登堡的电视特别节目——加剧了我对地球生物的痴迷。我的弟弟痴迷于他的 K’Nex 套装，一丝不苟地建造复杂的过山车，而我却想了解我们的猫是如何“运作”的。它是如何看待世界的？它为什么会发出咕噜声？毛皮、爪子和胡须是什么做的？有一年圣诞节，我要求要一本动物百科全书。撕开一本大概有我一半体重的大书的包装纸后，我坐在树旁看了几个小时。因此，我最终以撰写关于自然和科学的文章为生，也就不足为奇了。
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然而，最近我突然顿悟，这迫使我重新思考我为什么如此热爱生物，并重新审视生命到底是什么。只要人们研究生命，他们就一直在努力定义它。即使在今天，科学家们对生命也没有令人满意或普遍接受的定义。在思考这个问题时，我想起了我弟弟对 K’Nex 过山车的热爱，以及我对家里猫的好奇。为什么我们认为前者是无生命的，而后者是活着的？归根结底，它们不都是机器吗？诚然，猫是一种极其复杂的机器，能够做出 K’Nex 套装可能永远无法模仿的惊人行为。但是，在最基本的层面上，无生命的机器和活的机器之间有什么区别？人、猫、植物和其他生物是否属于一类，而 K’Nex、计算机、恒星和岩石属于另一类？我的结论是：不。事实上，我决定，生命实际上并不存在。
请允许我详细说明。
对生命进行精确定义的正式尝试可以追溯到至少古希腊哲学家时代。亚里士多德认为，与无生命的物体不同，所有生物都拥有三种灵魂之一：植物灵魂、动物灵魂和理性灵魂，最后一种灵魂专属于人类。希腊解剖学家盖伦提出了类似的基于器官的“生命之气”系统，分布在肺部、血液和神经系统中。在 17 世纪，德国化学家乔治·恩斯特·斯塔尔和其他研究人员开始描述一种最终被称为活力论的学说。活力论者认为，“生物体与无生命实体根本不同，因为它们包含一些非物理元素，或者受与无生命事物不同的原理支配”，并且有机物（包含碳和氢并由生物产生的分子）不可能来自无机物（主要来自地质过程的缺乏碳的分子）。随后的实验表明，活力论是完全不正确的——无机物可以在实验室内外转化为有机物。
其他科学家没有赋予生物体“某种非物理元素”，而是试图确定一套特定的物理特性，以区分生物和非生物。今天，在没有对生命做出简洁定义的情况下，坎贝尔和许多其他广泛使用的生物学教科书都包含一个相当臃肿的列表，列出了此类区分特征，例如：秩序（许多生物要么由具有不同隔室和细胞器的单个细胞组成，要么由高度结构化的细胞群组成）；生长和发育（以可预测的方式改变大小和形状）；稳态（维持与外部环境不同的内部环境，例如细胞调节其 pH 值和盐浓度的方式）；新陈代谢（消耗能量以生长和延缓衰变）；对刺激的反应（改变对光、温度、化学物质或环境其他方面的行为）；繁殖（克隆或交配以产生新的生物并将遗传信息从一代传递到下一代）；以及进化（种群的遗传构成随时间的变化）。
要粉碎这些列表的逻辑几乎太容易了。没有人能够编纂一套物理特性，将所有生物联系起来，并排除我们标记为无生命的一切。总是有例外情况。例如，大多数人不认为晶体是活的，但它们组织性很高并且会生长。火也会消耗能量并变大。相反，细菌、缓步动物甚至一些甲壳类动物可以进入长期休眠期，在此期间它们不会生长、新陈代谢或发生任何变化，但从技术上讲它们并没有死亡。我们如何对一片从树上掉下来的叶子进行分类？大多数人会同意，当一片叶子附着在树上时，它是活着的：它的许多细胞不知疲倦地工作，将阳光、二氧化碳和水转化为食物，以及其他职责。当一片叶子从树上脱落时，它的细胞不会立即停止活动。它是在掉到地上的过程中死亡吗？还是在碰到地面时死亡？还是当它所有的细胞最终都消亡时死亡？如果你从植物上摘下一片叶子，并将其细胞保存在实验室中，使其得到营养和快乐，这算是生命吗？
这种困境困扰着几乎每一个提出的生命特征。对环境做出反应并非生物独有的天赋——我们已经设计了无数的机器来做到这一点。即使是繁殖也不能定义生物。许多单独的动物无法自行繁殖。那么，两只猫在一起能够创造新的猫，所以它们是活着的吗？但一只猫不能自行繁殖它的基因，所以它不是活着的吗？再考虑一下不寻常的灯塔水母（Turritopsis nutricula），这种不朽的水母可以在成年形态和幼年形态之间无限期地交替。以这种方式摇摆不定的水母不会产生后代，不会克隆自身，甚至不会以典型的方式衰老——但大多数人会承认它仍然活着。
但是进化呢？在 DNA 和 RNA 等分子中存储信息、将此信息传递给后代以及通过改变遗传信息来适应不断变化的环境的能力——这些才能肯定是生物独有的。许多生物学家都将进化视为生命的根本区别特征。在 20 世纪 90 年代初，斯克里普斯研究所的杰拉尔德·乔伊斯是当时美国宇航局外生物学项目经理约翰·拉梅尔的咨询小组的成员。在讨论如何在其他星球上找到生命时，乔伊斯和他的小组成员提出了一个被广泛引用的生命工作定义：一个能够进行达尔文进化的自我维持系统。它清晰、简洁且全面。但是它有效吗？
让我们看看这个定义如何处理病毒，病毒比其他任何实体都更复杂地定义了生命的定义。病毒本质上是包装在蛋白质外壳内的 DNA 或 RNA 链；它们没有细胞或新陈代谢，但它们有基因，并且可以进化。然而，乔伊斯解释说，为了成为一个“自我维持的系统”，生物体必须包含繁殖和进行达尔文进化所需的所有信息。由于这种限制，他认为病毒不符合工作定义。毕竟，病毒必须入侵并劫持细胞才能复制自身。“病毒基因组仅在宿主细胞的环境中进化，”乔伊斯在最近的一次采访中说。
但仔细想想，美国宇航局（NASA）对生命的定义，并不能比其他任何已提出的定义更好地容纳病毒的模糊性。一种寄生在人体肠道内的蠕虫——被广泛认为是令人厌恶但非常真实的一种生命形式——它拥有所有繁殖所需的遗传信息，但如果没有人体肠道内的细胞和分子为其提供生存所需的能量，它永远无法繁殖。同样，病毒拥有复制自身所需的所有遗传信息，但却没有所有必需的细胞机制。声称蠕虫的情况与病毒的情况截然不同，这种论点是站不住脚的。蠕虫和病毒都只能在宿主的“背景下”繁殖和进化。事实上，病毒的繁殖效率比蠕虫高得多。病毒直接进入正题，只需要细胞核内的一些蛋白质就能大规模启动复制，而寄生蠕虫的繁殖则需要利用另一动物的整个器官，并且只有当蠕虫存活足够长时间以摄食、生长和产卵时才能成功。因此，如果我们使用美国宇航局的工作定义将病毒排除在生命领域之外，那么我们必须进一步排除所有类型的更大的寄生虫，包括蠕虫、真菌和植物。
将生命定义为能够进行达尔文进化的自我维持系统，也迫使我们承认某些计算机程序是活的。例如，遗传算法模拟自然选择来找到问题的最优解：它们是编码特征的位数组，会进化，会相互竞争以繁殖，甚至会交换信息。同样，像 Avida 这样的软件平台会创建“数字生物”，这些“数字生物由可以像 DNA 一样突变的数字位组成”。换句话说，它们也会进化。密歇根州立大学的 罗伯特·潘诺克在《发现》杂志上告诉卡尔·齐默，“Avida 不是对进化的模拟，而是进化的一个实例”。“达尔文过程的所有核心部分都在那里。这些东西会复制，会突变，它们会相互竞争。自然选择的过程正在那里发生。如果这对于生命的定义至关重要，那么这些东西也算数。”
我认为乔伊斯自己的实验室对美国宇航局的生命定义提出了又一次毁灭性的打击。他和许多其他科学家都倾向于一种称为 RNA 世界假说的生命起源故事。地球上所有的生命都依赖于 DNA 和 RNA。在现代生物体中，DNA 存储着构建蛋白质和分子机器所需的信息，这些蛋白质和分子机器共同形成一个繁忙的细胞。起初，科学家们认为只有被称为酶的蛋白质才能催化构建这种细胞机制所需的化学反应。然而，在 20 世纪 80 年代，托马斯·切赫和西德尼·奥尔特曼发现，在各种蛋白质酶的合作下，许多不同种类的 RNA 酶（或核酶）读取 DNA 中编码的信息，并逐个构建细胞的不同部分。RNA 世界假说认为，地球上最早的生物体仅依赖 RNA 来执行所有这些任务——既存储又使用遗传信息——而无需 DNA 或蛋白质酶的随从的帮助。
以下是它可能发生的方式：大约 40 亿年前，在地球的原始汤中，自由漂浮的核苷酸——RNA 和 DNA 的组成部分——连接成越来越长的链，最终产生足够大和足够复杂的核酶，可以复制自身，因此比无法复制的 RNA 有更大的生存机会。简单的自组装膜包裹着这些早期的核酶，形成了最早的细胞。除了制造更多的 RNA 之外，核酶可能还将核苷酸连接成 DNA 链；核苷酸也可能自发形成 DNA。无论如何，DNA 取代了 RNA，成为主要的存储信息分子，因为它更稳定。蛋白质承担了许多催化作用，因为它们用途广泛且种类繁多。但现代生物体的细胞仍然包含可能是原始 RNA 世界的残余物。例如，核糖体——一种由 RNA 和蛋白质组成的束，一次构建一个氨基酸的蛋白质——是一种核酶。还有一组病毒使用 RNA 作为它们的主要遗传物质。
为了检验 RNA 世界假说，乔伊斯和其他研究人员试图创造可能曾经存在于地球原始汤中的那种自我复制的核酶。在 2000 年代中期，乔伊斯和特蕾西·林肯在实验室中构建了数万亿个随机的自由漂浮 RNA 序列，类似于数十亿年前可能相互竞争的早期 RNA，并分离出偶然能够结合其他两个 RNA 片段的序列。通过让这些序列相互竞争，这对搭档最终产生了两种核酶，只要为它们提供足够的核苷酸，它们就可以无限期地相互复制。这些裸露的 RNA 分子不仅可以复制，还可以突变和进化。例如，核酶已经改变了它们遗传密码的小部分，以适应波动的环境条件。
“它们符合生命的定义，”乔伊斯说。“这是自我维持的达尔文进化。”但他犹豫地说核酶是真正活着的。在他变成弗兰肯斯坦博士之前，他希望看到他的创造发明一种全新的行为，而不仅仅是修改它已经能做的事情。“我认为缺少的是它需要有创造力，需要提出新的解决方案，”他说。
但我认为乔伊斯没有给予核酶足够的肯定。进化是基因随着时间推移而发生的变化；一个人不需要目睹猪长出翅膀或 RNA 组装成字母来看到进化在起作用。蓝色眼睛颜色在 6,000 到 10,000 年前出现——只是虹膜色素的另一种变体——就像第一只长羽毛的恐龙一样是进化的一个合法例子。如果我们把生命定义为“能够进行达尔文进化的自我维持系统”，我看不出有任何正当理由拒绝自我复制的核酶或病毒被称为生命。但我确实看到了一个放弃这种工作定义以及所有其他生命定义的理由。
为什么定义生命如此令人沮丧地困难？为什么几个世纪以来，科学家和哲学家未能找到一种特定的物理性质或一组物理性质，可以清楚地将生物与无生物区分开来？因为这种性质不存在。生命是我们发明的概念。从最根本的层面来说，所有存在的物质都是原子及其组成粒子的排列。这些排列落在一个巨大的复杂性谱上，从单个氢原子到像大脑一样复杂的东西。在试图定义生命时，我们在任意的复杂性水平上划了一条线，并宣布高于该边界的一切都是活的，而低于该边界的一切都不是活的。事实上，这种划分并不存在于思想之外。没有任何一个阈值，一组原子突然变得有生命，生物和无生物之间没有明确的区分，没有弗兰肯斯坦式的火花。我们未能定义生命，因为根本没有什么需要定义的东西。
我通过电话紧张地向乔伊斯解释了这些想法，预计他会嘲笑我，并说它们是荒谬的。毕竟，他是帮助美国宇航局定义生命的人。但乔伊斯说生命是一种概念的论点是“完美的”。他同意定义生命的使命在某些方面是徒劳的。工作定义实际上只是一种语言上的便利。“我们试图帮助美国宇航局找到外星生命，”他说。“我们不能在每一段都使用‘生命’这个词而不定义它。”
科罗拉多大学博尔德分校的哲学家 卡罗尔·克莱兰，她多年来一直在研究试图界定生命的尝试，她也认为精确定义生命的本能是误导性的——但她还没有准备好否认生命的物理现实。“得出生命没有内在本质的结论与定义生命一样为时过早，”她说。“我认为最好的态度是将通常被认为是生命明确标准的标准视为暂定标准。”
这张照片是用电子扫描显微镜拍摄的 ALH 84001 陨石，据说它是在 40 亿年前在火星上形成的，后来最终到达地球。少数科学家认为照片中的链状结构是石化的火星纳米细菌，但大多数研究人员持怀疑态度（图片来源：美国宇航局，通过维基共享资源）
克莱兰写道，我们真正需要的是“一个经过充分证实、充分概括的生命理论”。她将类比到 16 世纪的化学家。在科学家们了解空气、灰尘、酸和所有化学物质都是由分子组成之前，他们一直在努力定义水。他们可以列出它的特性——它是湿的、透明的、无味的、可冻结的，并且可以溶解许多其他物质——但直到研究人员发现水是两个氢原子与一个氧原子键合时，他们才能够准确地描述它。无论是咸的、泥泞的、染色的、液体的还是冰冻的，水始终是 H20；它可能混有其他元素，但构成我们称为水的物质的三部分分子始终存在。硝酸可能类似于水，但它不是水，因为这两种物质具有不同的分子结构。克莱兰说，为生命创建相当于分子理论的理论，需要更大的样本量。她认为，到目前为止，我们只有一个生命的例子——地球上基于 DNA 和 RNA 的生命。想象一下，只观察斑马来尝试创建一个关于哺乳动物的理论。克莱兰总结说，这就是我们在试图确定是什么使生命成为生命时所处的情况。
我不同意。在其他行星上发现外星生命的例子无疑会扩展我们对我们称之为生物体的物质如何运作以及它们最初如何进化的理解，但这些发现可能不会帮助我们制定革命性的新生命理论。16 世纪的化学家无法精确指出是什么将水与其他物质区分开来，因为他们不了解它的基本性质：他们不知道每种物质都是由特定的分子排列组成的。相比之下，现代科学家确切地知道我们星球上的生物是由什么组成的——细胞、蛋白质、DNA 和 RNA。将水、岩石和银器的分子与猫、人和其��生物区分开来的不是“生命”，而是复杂性。科学家们已经拥有足够的知识来解释为什么我们称之为生物体的物质通常可以做我们称之为无生物的大部分物质无法做到的事情——解释细菌如何复制自身并迅速适应其环境，以及为什么岩石不能——而无需宣称生命是这个，非生命是那个，两者永远不会相遇。
将生命视为一种概念绝不会剥夺我们称之为生命的辉煌。这并不是说生物和无生物之间没有物质上的差异；相反，我们永远不会找到两者之间清晰的界限，因为生命和非生命作为不同类别的概念正是如此——一种概念，而不是现实。小时候让我着迷的关于生物的一切，现在仍然让我感到同样的惊奇，即使我对生命有了新的理解。我认为真正将我们说活着的物质结合在一起的，不是这些物质本身固有的任何特性；相反，是我们对它们的感知，我们对它们的爱，以及——坦率地说——我们的傲慢和自恋。
首先，我们宣布地球上的一切都可以分为两类——有生命的和无生命的——我们认为哪一类更优越，这已不是秘密。然后，我们不仅把自己归入了第一类，还进一步坚持用我们自己来衡量地球上所有其他的生命形式。某事物与我们越相似——它越能移动、说话、感觉、思考——对我们来说它就越有生命，即使构成人类的特定属性显然不是成为“活物”的唯一方式（或者，从进化角度来说，甚至不是最成功的方式）。
事实上，我们称之为生命的东西，如果没有我们视为无生命的东西，是不可能存在的，也是不可分割的。如果我们能够以某种方式看到我们星球的潜在现实——同时理解其从微观到宏观的各个尺度的结构——我们就会看到世界是由无数粒沙子组成，一个巨大的颤动的原子球。正如人们可以在海滩上将数千粒几乎相同的沙子塑造成城堡、美人鱼或任何可以想象的东西一样，组成地球上一切事物的无数原子不断聚集和分解自身，创造出一种不断变化的物质万花筒。其中一些粒子群就是我们命名的山脉、海洋和云；另一些是树木、鱼类和鸟类。一些会相对惰性；另一些会以令人难以置信的速度和令人费解的复杂方式变化。一些会是过山车，另一些会是猫。