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薛定谔题为“生命是什么？”的演讲

1943年，物理学家薛定谔进行了一次题为“生命是什么？”的公开演讲，在科学界引起了巨大反响。那次演讲的内容于次年编辑成图书出版，更是激发了许多科学家对这个问题的兴趣。据说，发现DNA双螺旋结构的詹姆士·沃森就是在阅读过他的这本书之后受到影响而转向了对DNA的研究。

薛定谔认为，“生物具有现在的物理学尚无法加以处理的运行机制”。为此，他举出生物特有的两种运行机制。一个是生物能够根据基因信息留下自己的后代（自我复制和进化），另一个是能够吸收营养物质维持自身的活动（代谢）。他指出：“这是由于细胞中包含有记录着生物特征的设计图。书写这张设计图所使用的‘字母’是许多作规则排列的小分子。这些‘字母’的排列方式发生改变就会出现‘突变’。”薛定谔的这个预言正好就是后来所查明的DNA所具有的特点。

薛定谔特别注意到生物日常活动的动力来源问题。他指出，动物靠吃进植物获得能量，而植物靠光合作用获得能量。他把生物“通过摄取物质获得能量来维持自身活动”的这种机制叫做“代谢”。薛定谔认为，代谢是生物体才具有的一种独特的能力。

薛定谔在演讲中所指出的生物的这些特点，在60多年后的今天，仍然被认为是任何一种生物都必须具备的“生命条件”。

薛定谔设想的“基因”为“非周期性晶体”的想象图

薛定谔认为，“细胞中包含有书写着生物特征的设计图。这是由大量原子所构成的一种巨大分子，在这种巨大分子上以非周期性方式排列着起着字母作用的小分子。字母的排列方式发生改变就会出现突变”。他把这种结构称为“非周期性晶体”，并指出“这种分子是现在的物理学还无法处理的一种物质”。

破解“生命之谜”的两项重大发现

在薛定谔做过“生命是什么？”的演讲10年后的1953年，科学家取得了从分子层次认识生物的两项重大研究成果。

发现DNA的结构

1953年4月，英国剑桥大学的弗朗西斯·克里克和詹姆士·沃森在科学期刊《自然》（Nature）上发表了一篇仅有两页的论文。论文揭示，细胞核内的DNA是“一种具有双螺旋结构的长分子”。

这种双螺旋像一架螺旋形长梯，相当于两侧“梯柱”的两条长链形状的分子之间有无数个“梯蹬”。“梯蹬”部分由4种叫做“碱基”的小分子—记录信息的“字母”—所构成。DNA的这种双螺旋结构正好具有薛定谔所预言的那种“非周期性晶体”的特点。发现DNA的结构并进行解读，标志着从分子层次研究生物的一门新学科“分子生物学”的诞生。

雷电可以制造出构成生物的材料“氨基酸”

就在克里克和沃森发表他们成果的次月，美国芝加哥大学的的研究生斯坦利·米勒在科学期刊《科学》（Science）上发表了他的一项颠覆了当时生物学常识的成果。米勒通过实验证明，在早期地球的雷电环境中可以产生出氨基酸。

而在此之前，人们一直认为只有生物才能够制造这样的物质，在没有生物的原始地球上如何会出现氨基酸曾经一直是个谜。在米勒的实验之后，许多科学家都开始相信，由简单的分子组合起来，诞生出生命并非是一件不可能的事情。

米勒与其制造氨基酸的实验装置

米勒和尤里在实验装置中充满甲烷和氨等气体模拟早期地球大气，利用火花放电模拟早期地球大气中的雷电，结果在装置中生成了构成生物的材料氨基酸等分子。在装置中生成的氨基酸同水蒸气一起凝结，收集在模拟早期“海洋”的积水中。

（本文发表于《科学世界》2011年2期）