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科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀)

科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀)

出版社：北京大學(xué)出版社出版時間：2018-07-01
開本： 其他 頁數(shù)： 187
本類榜單：科普讀物銷量榜
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科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀) 版權(quán)信息

  • ISBN：9787301293645
  • 條形碼：9787301293645 ; 978-7-301-29364-5
  • 裝幀：簡裝本
  • 冊數(shù)：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀) 本書特色

　　薛定諤是20世紀(jì)偉大的科學(xué)家之一。除了量子力學(xué)外，他在統(tǒng)計力學(xué)、廣義相對論和宇宙學(xué)、統(tǒng)一場論等幾乎所有當(dāng)代理論物理學(xué)前沿都頗有造詣并作出過貢獻(xiàn)，甚至在生物學(xué)、生理學(xué)和氣象學(xué)方面也產(chǎn)生過重要影響。
　　薛定諤所著的《生命是什么》是20世紀(jì)的偉大科學(xué)經(jīng)典之一，它引導(dǎo)許多科學(xué)家從微觀物理學(xué)的視角研究生命問題，直接導(dǎo)致分子生物學(xué)的誕生。
內(nèi)容簡介

科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀) 內(nèi)容簡介

　　薛定諤，近代偉大的物理學(xué)家，諾貝爾獎獲得者。他不僅是一位科學(xué)家，也是一位詩人，他的詩歌在當(dāng)時的德語世界膾炙人口。同時他也是一位哲學(xué)家、思想家。的“薛定諤的貓”已經(jīng)成為量子物理學(xué)中的問題，可以說家喻戶曉。他所著的《生命是什么》是20世紀(jì)的偉大科學(xué)經(jīng)典之一，它引導(dǎo)許多科學(xué)家從微觀物理學(xué)的視角研究生命問題，直接導(dǎo)致分子生物學(xué)的誕生。薛定諤以一種令人放松和愉悅的文筆帶領(lǐng)讀者探索生命這一令人望而生畏的主題，內(nèi)容深刻而有趣，極具可讀性！渡鞘裁础妨砀窖Χㄖ@于晚年完成的《我的世界觀》，是他一生的哲思精粹，中文版這一次終于與中國讀者見面。

科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀) 目錄

弁言 / 1
導(dǎo)讀 / 1
前言 / 1
自序 / 1
章經(jīng)典物理學(xué)家探討該主題的方式 /
第二章遺傳機(jī)制 /
第三章突變 /
第四章量子力學(xué)的證據(jù) /
第五章對德爾布呂克模型的討論和檢驗 /
第六章有序、無序和熵 /
第七章生命是否基于物理定律？ /
后記論決定論與自由意志 /
附錄我的世界觀 /
精彩書摘
展開全部

科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀) 節(jié)選

導(dǎo)讀

向義和（清華大學(xué)物理系教授）


薛定諤對基因性質(zhì)的物理學(xué)分析及其思想影響

《生命是什么》是杰出的奧地利物理學(xué)家薛定諤根據(jù)他在1943 年對都柏林三一學(xué)院高年級學(xué)生的演講而寫成的, 次年由劍橋大學(xué)出版社予以出版。本書還有一個副標(biāo)題“物理觀下的活細(xì)胞”在本書中, 薛定諤把物理學(xué)和生物學(xué)結(jié)合起來, 用物理學(xué)觀點深刻地分析了基因的性質(zhì), 揭示了基因是活細(xì)胞的關(guān)鍵組成部分, 指出生命的特異性是由基因決定的, 以及要懂得什么是生命就必須知道基因是如何發(fā)揮作用的。

一、 基因概念的歷史發(fā)展
二、
1865 年, 奧地利修道士孟德爾在他的《植物雜交實驗》論文中提出, 植物的各種性狀是通過存在于所有細(xì)胞中的兩套遺傳因子表現(xiàn)出來的。植物只將兩套遺傳因子中的一套傳給子代。子代植物從雄性和雌性植物中各得到一套, 即共接受兩套遺傳因子。孟德爾的遺傳因子后來改名為“基因” 。
1869 年, 瑞士生化學(xué)家米歇爾在細(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)了含有氮和磷的物質(zhì), 他把這種物質(zhì)稱為“核素”, 后來改名為核酸。20 世紀(jì)初, 德國生化學(xué)家科塞爾開始了對核酸的生化分析, 發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成核酸的四種核苷酸。核苷酸由堿基、糖和磷酸組成。堿基有腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。這種核酸稱為脫氧核糖核酸(即DNA) 。后來進(jìn)一步弄清了DNA 在細(xì)胞里的位置, 1914 年德國生化學(xué)家福爾根用染色法發(fā)現(xiàn)DNA 在細(xì)胞核內(nèi)的染色體里。
初的進(jìn)展是弄清了遺傳因子與染色體的關(guān)系。染色體是細(xì)胞核內(nèi)的線狀物質(zhì), 在細(xì)胞分裂時才能觀察到。多數(shù)高等動植物的每一個細(xì)胞核中有兩組同樣的染色體。人的染色體數(shù)是46 條, 即有23 對染色體。細(xì)胞分裂(一個細(xì)胞分裂后形成兩個新的細(xì)胞, 即子細(xì)胞)時, 染色體的分配機(jī)制使得兩個子細(xì)胞接受的染色體相同。
1902 年, 哥倫比亞大學(xué)的研究生薩頓提出, 孟德爾假設(shè)的分離與顯微鏡中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞分裂期間染色體的分離非常相似,一年之后詳細(xì)的細(xì)胞學(xué)研究證實了他的觀點, 從而表明孟德爾的遺傳因子可能是染色體或者是染色體片段。1911 年, 美國遺傳學(xué)家摩爾根提出, 假如基因在染色體上呈線性排列, 那么就應(yīng)該有某種方法來繪制染色體上基因相對位置的圖。1915 年, 摩爾根和他的兩位學(xué)生出版了《孟德爾式遺傳機(jī)制》一書, 他們認(rèn)為基因是物質(zhì)單位, 并位于染色體的一定位置或位點上, 每一個基因可以視為一個獨立的單位, 它與其他相鄰的基因可以通過染色體斷裂和重組過程而分離。摩爾根的學(xué)生繆勒(Johannes Muller,1890—1968)用X 射線造工突變來研究基因的行為, 他明確指出“基因在染色體上有確定的位置, 它本身是一種微小的粒子, 它明顯的特征是‘自我繁殖’ 的本性” 。1929 年, 摩爾根的《基因論》問世, 他堅持“染色體是基因的載體” 。
進(jìn)入20 世紀(jì)40 年代后, 基因概念的一個重要發(fā)展是對基因功能的認(rèn)識, 對基因與代謝和酶(即蛋白質(zhì)的催化劑)的關(guān)系的揭示。1945 年, 美國遺傳學(xué)家比德爾和塔特姆提出了“一個基因一個酶”的假說。這一假說認(rèn)為每一個基因只控制著一種特定酶或蛋白質(zhì)的。, 人們一般認(rèn)為一個基因一個酶的假說還不夠完備, 因為一個基因顯然只編碼一條多肽鏈, 而不是編碼一個完整的酶或蛋白質(zhì)分子。

二、 薛定諤對基因性質(zhì)的物理學(xué)分析

（一） 基因的大尺寸

薛定諤在《生命是什么》的第二章“遺傳機(jī)制”中、“單個基因的大尺寸” 一節(jié)里,把基因作為遺傳特征的物質(zhì)攜帶者, 并強(qiáng)調(diào)了與我們的研究很有關(guān)系的兩個問題:是基因的大小, 或者寧可說是基因的大尺寸, 也就是說, 我們能夠在多小的體積內(nèi)找到基因的定位;第二是從遺傳型式的持久性斷定基因的穩(wěn)定性。
在估量基因的大小時, 薛定諤認(rèn)為有兩種完全獨立的方法, 一種是把基因大小的證據(jù)寄托在繁殖實驗上。這種估量方法是很簡單的, 如果在果蠅的一條特定的染色體上定位了大量的表示果蠅特征的基因, 我們只需要用這個數(shù)量的截面來分劃染色體的長度, 就得到了需要的估量。顯然這個估量只能給出基因的大尺寸, 因為在染色體上基因的數(shù)量將隨著基因分析工作的繼續(xù)進(jìn)行而不斷地增加。
另一種是把基因大小的證據(jù)建立在直接的顯微鏡檢驗上。用顯微鏡觀察生物細(xì)胞內(nèi)的染色體纖維,你能看到穿過這條纖維的橫向的密集的黑色條紋,這些條紋表示了實際的基因(或基因的分立)。當(dāng)時的生化學(xué)家在果蠅的染色體上觀測到的平均條紋數(shù)目大約是2000 條。這一結(jié)果與用繁殖實驗定位在果蠅染色體上的基因數(shù)大致有相同的數(shù)量級。用這一數(shù)目劃分染色體的長度就找到了基因的大小約等于邊長為30nm 的立方體的體積。
接著, 薛定諤在題為“小數(shù)目” 一節(jié)中, 對30nm 這個數(shù)字作了分析, 他指出30nm 大約只是在液體或固體內(nèi)100 或150 個原子排成一行的長度,因此一個基因包含的原子數(shù)不大于100 萬或幾百萬個。從統(tǒng)計物理學(xué)的觀點來看, 為了產(chǎn)生一個有條理的行為, 這個數(shù)目是太小了, 因此基因可能是一個大的蛋白質(zhì)分子(當(dāng)時蛋白質(zhì)被認(rèn)為是遺傳物質(zhì), 而不是DNA), 在這個分子中每個原子、每個原子團(tuán)、每個雜環(huán)起著一種不同于任何其他相似的原子、原子團(tuán)或雜環(huán)起的獨特的作用。
1953 年, 美國遺傳學(xué)家沃森和英國生物物理學(xué)家克里克發(fā)現(xiàn)了DNA 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu), 在他們發(fā)表的論文《核酸的分子結(jié)構(gòu)——脫氧核糖核酸的結(jié)構(gòu)》中J.D .沃森.雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA 結(jié)構(gòu)的故事［M］.劉望夷，等譯.北京:科學(xué)出版社, 1984： 146, 147.使用X 射線衍射實驗數(shù)據(jù), 兩個堿基對之間的距離(即現(xiàn)在所說的一個堿基對的長度)為0.34nm, 螺旋的半徑為1nm。按照2000 年4 月人類基因組計劃測序的結(jié)果, 果蠅基因的平均長度為10kb(1kb 表示1000 個堿基對)。如果把螺旋的體積簡化為一個圓柱體的體積來計算, 則可以算出果蠅基因的平均體積約為10.7 ×(10nm)3, 比薛定諤的計算值小2.5 倍, 這個結(jié)果是合理的, 因為隨著時間的推移, 在染色體上發(fā)現(xiàn)的基因數(shù)就會增多, 相應(yīng)的基因的平均長度就會減小, 從而基因的平均體積的計算值也會減小。這一結(jié)果說明薛定諤在當(dāng)時不僅具有基因定量化的思想, 而且他的計算結(jié)果在數(shù)量級上與現(xiàn)在是一致的。這對于人們定量地去研究基因無疑起到了極大的促進(jìn)作用。

（二） 基因的物質(zhì)結(jié)構(gòu)

對于基因的物質(zhì)結(jié)構(gòu)薛定諤提出了一個的“非周期性晶體結(jié)構(gòu)”的科學(xué)預(yù)見。在章中的“統(tǒng)計物理學(xué)。結(jié)構(gòu)上的根本差異” 一節(jié)中, 他首先提出生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與非生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)完全不同。他說: “有機(jī)體中重要的那部分結(jié)構(gòu)的原子排列方式以及這些排列方式之間的相互作用，與物理學(xué)家和化學(xué)家們迄今為止在實驗中及理論上研究的對象有著根本的差異！ 接著, 他對染色體的結(jié)構(gòu)提出了科學(xué)的預(yù)見。他說: “生命細(xì)胞的基本部分——染色體結(jié)構(gòu)——可以頗為恰當(dāng)?shù)胤Q為非周期性晶體！彼赋: “迄今為止，我們在物理學(xué)上處理的都是周期性晶體。對于一般的物理學(xué)家來說，這已經(jīng)是非常有趣和復(fù)雜的研究對象了！苯又鷦拥孛枋隽诉@個對比, 他說: “兩者在結(jié)構(gòu)上的差別，好比一張普通墻紙和一幅杰出刺繡的差別，前者只不過是按照一定的周期性不斷重復(fù)同樣的圖案，而后者，比如拉斐爾花氈，則絕非乏味的重復(fù)，而是大師的極有條理和富含意義的精心設(shè)計！
生物大分子的非周期性晶體結(jié)構(gòu)是怎樣形成的呢? 薛定諤在第五章的“非周期性固體”一節(jié)中闡述了這個問題。他說: “微小的分子可以被稱作“固體的胚芽”。以這樣一個小小的固體胚芽為起點，似乎可通過兩種不同的方式來建立越來越大的集合體。種方式是相對無聊地向三維方向不斷重復(fù)同樣的結(jié)構(gòu)。生長中的晶體遵循的正是這種方式。一旦形成周期性之后，集合體的規(guī)模就沒有什么明確的上限了。另一種方式是不用枯燥的重復(fù)來建立越來越大的集合體。越來越復(fù)雜的有機(jī)分子就是如此，其中的每一個原子、每一個原子團(tuán)都起著各自的作用，和其他分子中相應(yīng)的原子或原子團(tuán)所起的作用并不完全一樣（在周期性結(jié)構(gòu)中則完全一樣）。我們或許可以恰如其分地稱之為非周期性晶體或固體，于是，我們的假設(shè)就可以表達(dá)為： 我們認(rèn)為一個基因——或許整個染色體結(jié)構(gòu)雖然它高度多變，但這并不是反對的理由，因為細(xì)銅絲也是這樣的。，就是一個非周期性固體。”
薛定諤關(guān)于遺傳物質(zhì)是“非周期性晶體”的說法具有深遠(yuǎn)的意義: 一方面由于它的非周期性蘊涵著分子排列的多樣性, 這就意味著遺傳物質(zhì)包含了大量豐富的遺傳信息;另一方面由于具有晶格結(jié)構(gòu), 所有的原子或分子都與周圍的原子或分子連接在一起, 所以相當(dāng)穩(wěn)定。DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者們正是在讀了薛定諤的《生命是什么》一書，并在DNA已被證實為遺傳物質(zhì)后, 才把DNA 的具體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)作為研究方向的。

（三） 基因的穩(wěn)定性

薛定諤在第二章“持久穩(wěn)定性”一節(jié)中一開始就提出兩個問題: 我們在遺傳中遇到多大程度的穩(wěn)定性, 因此我們必須把什么歸因于攜帶遺傳性質(zhì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)?
他認(rèn)為,遺傳性質(zhì)在世代傳遞中保持不變的事實, 說明遺傳的穩(wěn)定性幾乎是的。他指出, 由雙親傳遞給子代的不只是這個或那個特性, 因為這些特性實際上只是整個(四維)“表觀型” 的樣式, 體現(xiàn)了這個個體看得見的、明顯的性質(zhì)在沒有很大改變的情形下被后代復(fù)制, 在幾個世紀(jì)中保持了穩(wěn)定性。那么內(nèi)在的決定因素是什么呢? 攜帶遺傳性質(zhì)的物質(zhì)承擔(dān)者是什么呢? 他認(rèn)為, 每次遺傳都是來自于結(jié)受精卵細(xì)胞的兩個細(xì)胞核的物質(zhì)結(jié)構(gòu),也就是遺傳特性取決于雙親的精子細(xì)胞核和卵細(xì)胞核內(nèi)的染色體上的基因結(jié)構(gòu), 即取決于“基因型” 。薛定諤還利用他提出的分子的固體性說明了基因的穩(wěn)定性。在第五章中的“真正重要的區(qū)分” 一節(jié)中, 他說: “這樣做的道理在于，將分子中各個原子（不管是多還是少）聯(lián)結(jié)在一起的力和那些組成真正的固體或晶體的大量原子之間的力，性質(zhì)是完全相同的。分子能表現(xiàn)出和晶體一樣的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。應(yīng)該還記得，我們此前正是用這種穩(wěn)固性來解釋基因的持久性的！
薛定諤明確指出, 要理解基因的穩(wěn)定性, 就要解釋使分子保持一定形狀的原子間的相互結(jié)合力, 在此經(jīng)典力學(xué)是無能為力的, 只能依靠量子理論。他在第四章中的“量子理論可以解釋”一節(jié)中說: “就當(dāng)前的認(rèn)識而言，遺傳機(jī)制不但和量子理論密切相關(guān)，甚至可以說就是建立在其基礎(chǔ)之上的！彼赋觯 “海特勒倫敦理論涉及量子論新前沿（稱為“量子力學(xué)”或“波動力學(xué)”）中的為精致和復(fù)雜的概念！庇终f：“已經(jīng)有現(xiàn)成的工作可以幫助我們整理思考，現(xiàn)在似乎可以更為直接地指出“量子躍遷”和突變之間的聯(lián)系，并挑出顯著的問題！
薛定諤在第四章“量子力學(xué)的證據(jù)”中, 根據(jù)量子理論的“分立狀態(tài)” “能級”和“量子跳躍”的概念解釋了穩(wěn)定性問題。在第四章的“分子”一節(jié)中, 他說: “對于給定的若干原子而言，其一系列不連續(xù)的狀態(tài)中不必然但有可能存在著一個低能級，它意味著原子核彼此緊密靠攏。這種狀態(tài)下的原子就形成了一個分子。這里要強(qiáng)調(diào)的一點是，分子必然會具有某種穩(wěn)定性；它的構(gòu)型不會改變，除非從外界獲得了“提升”到相鄰的更高能級所需的能量差。因而，這種能級差便在定量水平上決定了分子的穩(wěn)定程度，它的數(shù)值是明確的。”
他期望讀者接受上述概念, 因為大量實驗事實已經(jīng)檢驗了它。他說: “上述說法都已經(jīng)經(jīng)過了化學(xué)事實的徹底檢驗，而且被證明能夠成功地解釋化學(xué)價這一基本事實以及關(guān)于分子的諸多細(xì)節(jié)，比如它們的結(jié)構(gòu)、結(jié)合能、在不同溫度下的穩(wěn)定性，等等。”

（四） 基因的突變

薛定諤指出遺傳特性的突變是由于基因的突變造成的。他在第三章的“突變個體后代有相同的性狀，即突變被完全遺傳下來了”一節(jié)中說: “突變無疑是遺傳寶庫發(fā)生的一種變化，有必要追溯到遺傳物質(zhì)的某種改變！彪m然當(dāng)時還沒有可靠的實驗證據(jù), 但是, 他仍然認(rèn)為遺傳性狀的突變是由于染色體上基因的突變引起的。他在第三章的“定位。隱性與顯性”一節(jié)中說: “這正是我們預(yù)期的由突變體的同源染色體在減數(shù)分裂中分離帶來的結(jié)果！
他還認(rèn)為染色體上一些相同原子的不同構(gòu)型的分子(即同分異構(gòu)分子)表示不同的基因。他在第四章的“項修正”一節(jié)中說: “應(yīng)用到生物學(xué)上，就表示相同“位點”上一個不同的“等位基因”，而量子躍遷就代表一次突變！彼凇暗诙椥拚币还(jié)中進(jìn)一步指出: “實際上它們確實不同，兩者所有的物理常數(shù)和化學(xué)常數(shù)都有顯著的差異。它們具有的能量也不同，代表著“不同的能級”, 因此,“從一種構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)型，必須經(jīng)由中間構(gòu)型，而后者的能量比前兩者都要高”, “所謂的‘量子躍遷’，指的是從一種相對穩(wěn)定的分子構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相對穩(wěn)定的分子構(gòu)型。發(fā)生轉(zhuǎn)變所需的能量供給（它的量用W表示）并不是實際的能級差”, “因為它們不會產(chǎn)生持久的影響，難以引起人們的注意。分子發(fā)生這些轉(zhuǎn)變后，幾乎立刻又回到了初始狀態(tài)，因為沒有什么東西會阻礙它們的回歸”。
薛定諤還從遺傳突變的不連續(xù)特性出發(fā), 指出突變是由于量子躍遷的結(jié)果。他在第三章“突變” 的一節(jié)“‘跳躍式’突變——自然選擇的作用基礎(chǔ)”中說: “‘跳躍式’這個詞并不是說變化有多么的大，而是說少數(shù)那幾個發(fā)生變化的和未發(fā)生變化的個體之間沒有中間形式，存在著不連續(xù)性！彼J(rèn)為這個有意義的事實是不連續(xù)性,意味著在兩個分立狀態(tài)之間沒有中間狀態(tài), 在相鄰能級之間沒有中間能量, 表明生物遺傳特性的突變是由于在基因分子中的量子跳躍造成的。

（五） 基因的功能與作用

在上面我們已經(jīng)指出薛定諤的一個重要觀點,基因是遺傳特征, 即遺傳信息的攜帶者, 他又知道基因定位在染色體上, 基因是染色體上的一個片段的事實, 所以他認(rèn)為染色體上包含了個體發(fā)育、成長的全部信息, 提出了染色體是遺傳密碼原本的論斷。在第二章“遺傳機(jī)制”的“遺傳密碼本(染色體)”一節(jié)中, 他說: “雖然可以通過形狀和大小分辨出單個染色體，但是這兩組染色體幾乎完全相同。稍后我們會了解到，其中一組來自母體（卵細(xì)胞），另一組來自父體（與卵子結(jié)合的精子）。正是這些染色體，或者僅僅是我們在顯微鏡下看到的形似中軸骨的那些染色體纖絲，含有某種決定了個體未來發(fā)育及其在成熟形態(tài)下的功能的整個模式的密碼本。每一組完整的染色體都含有全部的密碼；因此，作為未來個體早階段的受精卵中通常會含有兩份密碼！ 薛定諤還認(rèn)為密碼原本術(shù)語的含義太窄了, 它沒有體現(xiàn)染色體上基因的全部功能和作用。他用了下面一個生動的比喻來形象地說明基因的多種多樣功能, 他說: “它們集法典規(guī)章和行政體系——或者換個比喻，設(shè)計師的藍(lán)圖和建筑工的技藝——于一身！
薛定諤還從生物分子的同分異構(gòu)性引起的原子或原子團(tuán)排列的多樣性來說明遺傳密碼內(nèi)容的豐富多樣性。他認(rèn)為基因是一個生物大分子, 它由很多同分異構(gòu)(指化合物有相同的分子式, 但具有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì))的小分子所組成, 這些小分子的性質(zhì)以及它們的排列方式可能包含了遺傳信息, 決定了遺傳密碼。他在第五章的“壓縮在微型密碼中的豐富內(nèi)容”一節(jié)中說: “常常有人問，像受精卵的細(xì)胞核這么一點點物質(zhì)，怎么能如此詳盡地包含關(guān)于一個有機(jī)體未來發(fā)育的密碼信息呢？在我們的認(rèn)識范圍內(nèi)，一個能夠提供各種可能的（‘同分異構(gòu)的’）組合方式，而且大小還足以在一個狹小的空間范圍內(nèi)包含一個復(fù)雜的‘決定性’的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，似乎只有非常有序的原子集合體，它的抵抗力足以持久地維持這種秩序。”為了說明小分子的種類和個數(shù)與排列數(shù)的關(guān)系, 他舉了摩爾斯(Morse)電碼的例子。他說: “點和劃這兩類不同的符號，如果用不超過4個的符號進(jìn)行有序組合，就可以產(chǎn)生30組不同的電碼。若是在點和劃之外再加上第三類符號，且每個組合中的符號不超過10個，將得到88572個不同的‘字母’！笨梢, 在生物大分子中,隨著小分子或原子團(tuán)的種類和數(shù)目的增加, 它們排列方式的數(shù)目就會大量增加, 儲存的信息量也相應(yīng)地。
薛定諤進(jìn)一步說明每個基因、每個密碼因子不只是表示一個可能的分子, 而且也可能具有操作分子的作用。他說: “ 當(dāng)然在實際情況中，對一組原子來說并不是‘每一種’組合方式都存在相應(yīng)的分子；此外，這也并不是說密碼本中的密碼就可以隨意使用，因為密碼本自身就是引起發(fā)育的作用因子！彼诘诹隆霸撃Ｐ椭幸粋值得注意的一般性結(jié)論” 一節(jié)中說: “基因的分子圖景至少使我們有可能設(shè)想，微型密碼對應(yīng)著高度復(fù)雜和專門化的發(fā)育計劃，并包含著使之得以實現(xiàn)的某種方式！

三、 薛定諤科學(xué)思想的影響

1943 年, 薛定諤在給都柏林三一學(xué)院高年級學(xué)生做次講課時, 他高瞻遠(yuǎn)矚地向年輕的學(xué)子們提出了時代賦予的科學(xué)統(tǒng)一的任務(wù)。這也就是他在《生命是什么》的序言中所說的話: “我們從先輩那里繼承了對一種統(tǒng)一的、無所不包的知識的殷切追求。那些高學(xué)府所被賦予的獨特名稱（即university）譯注： 即大學(xué)，其英文“university”的詞根與下文的“universal”相同。提醒著我們，自古以來的數(shù)個世紀(jì)當(dāng)中，只有普遍的（universal）東西才能完全獲得承認(rèn)。然而，在剛剛過去的百余年里，各個知識分支在廣度上和深度上的擴(kuò)展，使我們面臨著一個奇怪的困境。我們清楚地感受到，直到現(xiàn)在我們才開始獲得能夠?qū)⒁酝械闹R融合為一個整體的可靠材料；然而另一方面，一個人要想跨越他專攻的那一小塊領(lǐng)域以駕馭整個知識王國，已是幾乎不可能的了！币虼, 薛定諤感到為了實現(xiàn)知識統(tǒng)一的目標(biāo),除了我們應(yīng)當(dāng)繼續(xù)堅持理論與實驗相結(jié)合, 努力克服知識的局限性外, 沒有別的出路。
薛定諤在用大量的篇幅對基因的性質(zhì)進(jìn)行了物理學(xué)分析, 特別是用量子論分析后, 他又在第六章中, 從熱力學(xué)關(guān)于有序、無序和熵的觀點, 來說明維持生命物質(zhì)高度有序性的原因, 提出了“生命賴負(fù)熵為生”的名言。他在“從環(huán)境中汲取‘有序’而得以維持的組織”的一節(jié)中說: “ ‘它靠負(fù)熵生存’，它會向自身引入一連串的負(fù)熵，來抵償由生命活動帶來的熵增，從而使其自身維持在一個穩(wěn)定而且相當(dāng)?shù)偷撵刂邓！?
全書快結(jié)束時, 在第七章中, 回答“生命是否基于物理定律?” 的問題時, 薛定諤闡述了物理學(xué)和生物學(xué)的關(guān)系。他首先從有機(jī)物具有與無機(jī)物完全不同特征出發(fā), 指出雖然經(jīng)典物理學(xué)在解釋生命現(xiàn)象時遇到了困難, 但是這并不意味著它們對于解決生命問題沒有幫助。事實上, 情況恰好相反, 對生命的研究可能會展示出在純粹研究無機(jī)現(xiàn)象時無法發(fā)現(xiàn)的全新的自然界景觀, 發(fā)現(xiàn)在生命物質(zhì)中適用的新型的物理學(xué)定律。他在第七章的“新定律并不違背物理學(xué)”一節(jié)中指出: “所謂的新定律也是真正意義上的物理學(xué)定律： 我認(rèn)為，它不過是再次回歸到了量子理論的原理罷了。”
在20 世紀(jì)40 年代和50 年代, 薛定諤的生物學(xué)觀點具有很大的影響, 尤其對年輕的物理學(xué)家影響更大, 他將一些物理學(xué)家引到一個科學(xué)研究的新的前沿, 推動他們轉(zhuǎn)入生物學(xué)的新領(lǐng)域, 去探索物理學(xué)的新定律。薛定諤的《生命是什么》一書自1944 年出版后, 到1983 年的40 年間, 在西方世界各國出版了12 版之多。他的這本書成為當(dāng)時分子遺傳學(xué)的“結(jié)構(gòu)學(xué)派”(應(yīng)用物理化學(xué)定律來研究生命物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu))的綱領(lǐng), 為DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者們提供了強(qiáng)有力的思想武器。
DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者之一、美國遺傳學(xué)家沃森在芝加哥大學(xué)讀書時, 在讀了薛定諤的《生命是什么》后, 就被這本書吸引住了。后來他說, 正是這部書引導(dǎo)他去“尋找基因的奧秘” 。一位采訪沃森的記者曾經(jīng)向他提出問題: “薛定諤的波動方程使他成為有名的諾貝爾獎(1933 年)得主, 作為物理學(xué)家, 他試圖用量子理論來談生命問題, 這在當(dāng)時是具有劃時代意義的事情吧?”他說: “那本書對‘生命是什么’ 進(jìn)行了提問, 薛定諤對提問作出了回答。他敘述了生命的本質(zhì), 人類、虎、鼠等所具有的特性, 指出生命的特性是由染色體決定的。他還認(rèn)為生命有說明書, 說明書肯定存在于分子上。分子上有非常特別的構(gòu)造, 能利用某一方式將信息拷貝下來！
DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的另一位發(fā)現(xiàn)者、英國生物物理學(xué)家克里克曾于20 世紀(jì)30 年代后期在倫敦大學(xué)獲得物理學(xué)學(xué)位, 后來又攻讀物理研究生, 打算從事粒子物理研究。1946 年, 他讀了薛定諤的《生命是什么》一書后, 受到了該書的啟發(fā)而想研究物理學(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用。書中提出的“可以用的概念,即物理學(xué)和化學(xué)的概念, 來考慮生物學(xué)的本質(zhì)問題”給他留下了深刻的印象, 他讀罷書后寫道： “偉大的事情就在角落里。”他所說的偉大的事情指的是利用X射線法對蛋白質(zhì)和核酸的研究。
發(fā)現(xiàn)DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的有三位諾貝爾獎得主,除了沃森、克里克外, 還有一位英國物理學(xué)家威爾金斯(Maurice Wilkins), 他和富蘭克林(Rosalind Franklin)都是倫敦金氏學(xué)院的研究員, 通過攝制DNA 的X 射線衍射圖為這一結(jié)構(gòu)提供了實驗證據(jù)。威爾金斯也是在讀了薛定諤的《生命是什么》一書后, 轉(zhuǎn)入用X 射線衍射法研究DNA 的結(jié)構(gòu)的。他們在思想上都受到了薛定諤的影響, 所以, 盡管他們原來的工作領(lǐng)域不同, 但是他們?nèi)匀灰韵嗨频挠^點和不同的方式來探討生物學(xué)問題。由于實現(xiàn)了生物學(xué)與物理學(xué)的結(jié)合, 理論與實驗的結(jié)合, 這個科學(xué)的交叉領(lǐng)域終于獲得了大突破, 于1953 年發(fā)現(xiàn)了DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu), 從而開創(chuàng)了生命科學(xué)的新紀(jì)元。
自從20 世紀(jì)50 年代生物物理學(xué)作為一門獨立學(xué)科誕生以來, 它已在研究生命物質(zhì)的各個方面取得了顯著的成就。由于物理實驗儀器和實驗技術(shù)已經(jīng)達(dá)到納米水平或分子生物水平, 人們對生物分子各方面的性能有更進(jìn)一步的了解, 未來科學(xué)上性的突破有可能在生物學(xué)和物理學(xué)的結(jié)合點上實現(xiàn)。又由于分子生物學(xué)的研究已經(jīng)越來越接近生命的本原, 生物學(xué)將變得越來越數(shù)學(xué)化, 物理學(xué)也將會更接近生物學(xué)。無疑, 我們正處在一個令人激動的科學(xué)時代里。復(fù)雜的生物向物理學(xué)家展示出很多有意思的現(xiàn)象, 提出了很多有趣的問題, 值得物理學(xué)家去探索、研究、發(fā)現(xiàn)新的物理學(xué)規(guī)律, 實現(xiàn)老一輩物理學(xué)家薛定諤的夢想: 物理學(xué)和生物學(xué)的統(tǒng)一。
（致謝： 本文作者感謝清華大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)系劉進(jìn)元教授審閱了此文。）

科學(xué)元典叢書生命是什么(附我的世界觀) 作者簡介

　　薛定諤（Erwin Schrodinger，1887—1961），奧地利物理學(xué)家，量子力學(xué)奠基人之一，發(fā)展了分子生物學(xué)。因發(fā)展了原子理論，和狄拉克（Paul Dirac）共獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎。又于1937年榮獲馬克斯·普朗克獎?wù)隆?/p>

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