为什么说我们进入了后基因时代（后基因组时代的生命观）
为什么说我们进入了后基因时代（后基因组时代的生命观）问题的关键是，生命的构成材料并不等于生命。在亚里士多德看来，所有的生命都是由“质料”和“形式”二者组成的，“形式是被构成的东西，质料是构成成分。形式决定了该物体的本质所在”[3]。换句话说，生命之所以被视为生命，不仅要考虑到其构成质料，而且要看到生命拥有了无机体所不具备的形式。显然，这种对生命本质的理解超越了还原论和活力论之间的简单争论。过去这二者的争论建立在传统哲学的唯物主义/唯心主义二分法之上，生命的质料和形式的关系被割裂：还原论者往往把生命视为构成它们的材料，而活力论者则认为生命拥有独立于构成材料之上非物质性的“活力”。但是，生命实际上应该是由其质料和形式共同构成，二者相互依存；质料是生命的“潜能”，形式则是潜能的实现；亚里士多德提出的“隐德来希”本意正是指生物体中质料和形式之间的这种对立统一关系。显然，“活力”离不开构成生命材料之组成形式，如果把病毒蛋白质与核酸随意组装在一起，是不
吴家睿 中国科学院生物化学与细胞生物学研究所
导读
什么是生命？新冠病毒是生命吗？计算机病毒呢？在后基因组时代我们对这个问题有新的回答：生命既不是“还原论”认为的那样——生命与非生命没有本质区别，也不是“活力论”所宣称的，二者间存在着不可逾越的界线；生命是构成质料与特定环境的高度统一，缺一不可。
纵观整个人类对生命的认识过程，关于生命是什么的问题主要有两种观点：一种观点称为“还原论”（Reductionism），认为生物体与非生物体没有本质区别，可以从简单的非生命物质中形成生命；与之相对立的观点则是“活力论”（Vitalism）：生命世界与非生命的无机世界存在着截然不同的界线，生命具有非生物体所没有的特殊性质——“活力”（vital force）。生命有一个别名——有机体（Organism）；这个术语始于古希腊哲学家亚里斯多德，即生命是从具有活力的“种子”或“胚胎”中生长出来的。亚里斯多德把在生物体中存在的活力称为“隐德来希”（希腊语 “entéléchie”），意思是“实现”，即这种特殊性质能够让生命形式实现其自我完善之目的。“隐德来希”后来成了活力论的代名词。那么。这两个观点谁是正确的？
生命不等于构成生命的材料
19世纪初期的化学家认识到，含碳化合物是组成有机体的基本物质；那时的化学家把研究含碳化合物的化学称为“有机化学”。在早期的有机化学家眼里，有机化合物与非生命来源的无机化合物有着不可逾越的界限，只有拥有“活力”的生物体才能够合成有机化合物；研究者只能从动植物等有机体中提取出有机化合物，而不能在实验室里用无机化合物合成出来。1828年，德国化学家维勒（Wolher F）在实验室中首次将无机化合物“氰酸铵”转化为有机化合物“尿素”。这一实验打破了有机化合物与无机化合物之间的人造“隔墙”，有机化学的原意从此成为历史的传说，而“活力论”也逐渐式微。
20世纪中叶的人工合成胰岛素工作进一步表明，具有生物活性的蛋白质也可以从实验室里产生；因此，复杂的生命物质也不过就是一些简单的小分子化合物按照一定的物理和化学的方式聚集在一起。在后基因组时代，科学家在合成生命方面取得了更多更大的成果。2010年5月20日，美国生物学家文特尔（Venter C）宣布首个人工生命诞生——研究者采用化学合成的方式，人工全合成了一个具有完整的108万个碱基的细菌基因组，进而构成一种只含有这一人造基因组的人工细菌，并通过这个人造基因组控制和实现了自我复制等生命活动[1]；研究者特别强调说“这个被人造基因组控制的细胞性质表现得就如同整个细胞都是人工合成的（即该DNA软件制造了它自身的硬件）”[1]。这项具有里程碑意义的实验使得人们认为，生命可以在实验室里被人工合成出来。美国的《新闻周刊》在报道该项工作同时在其封面刊登了文特尔的头像并冠以“扮演上帝”（Playing God）的标题。
这些研究工作很清楚地反映了还原论者关注生命本质的一个特定角度：生命可以还原为其组成物质或构成材料，而且与非生命的材料没有根本上的区别。然而，如果仅仅从构成材料的角度来定义生命，那么活力论的鼻祖亚里士多德也可以被归于还原论者。亚里士多德把当时已经知道了五百二十多种动物根据生殖方式进行了分类，按照从低等到高等的顺序构建了动物的6个阶梯，并声称最低等的动物是从泥土中自然产生的；他认为，“自然从无生命物到生物一点一点地发展着。在这个过程中，我们不能确定它们之间的界限”[2]。
问题的关键是，生命的构成材料并不等于生命。在亚里士多德看来，所有的生命都是由“质料”和“形式”二者组成的，“形式是被构成的东西，质料是构成成分。形式决定了该物体的本质所在”[3]。换句话说，生命之所以被视为生命，不仅要考虑到其构成质料，而且要看到生命拥有了无机体所不具备的形式。显然，这种对生命本质的理解超越了还原论和活力论之间的简单争论。过去这二者的争论建立在传统哲学的唯物主义/唯心主义二分法之上，生命的质料和形式的关系被割裂：还原论者往往把生命视为构成它们的材料，而活力论者则认为生命拥有独立于构成材料之上非物质性的“活力”。但是，生命实际上应该是由其质料和形式共同构成，二者相互依存；质料是生命的“潜能”，形式则是潜能的实现；亚里士多德提出的“隐德来希”本意正是指生物体中质料和形式之间的这种对立统一关系。显然，“活力”离不开构成生命材料之组成形式，如果把病毒蛋白质与核酸随意组装在一起，是不能形成活病毒的，只有这些材料之间的正确组装才能产生有活力的病毒。从这个意义上说，生命是不可分割的一个完整呈现；因此，“活力论”往往又可以等同于另一个概念：“整体论”（Holism）。
人类基因组计划的完成给研究者从“整体论”角度认识生命提供了强有力的支持。在人类基因组中，编码蛋白质的基因有2万多个，它们之间存在着广泛的相互作用；每一种生命活动不仅依赖于相应的基因或蛋白质等构成元件，而且还取决于这些元件之间形成的相互作用网络。在多细胞生物中，这些生物分子的相互作用网络不仅在细胞层面，而且跨越到组织和器官等各种层面。不久前，美国科学家通过系统生物学理论和大数据分析，提出了一个新的模型——“全基因模型”（Omnigenic model）来解释基因是如何控制复杂性状：在细胞内不仅存在对某个特定性状有直接作用的核心基因，而且存在着数量更大的与核心基因有相互作用的外围基因，这些外围基因对该性状具有间接的影响；该模型认为，由于各个基因间存在着广泛的关联和相互作用，所以生物体的每个复杂性状都可能受到基因组内每一个基因或多或少的影响[4]。
在后基因组时代，科学家们正在从生命复杂系统的角度来认识生命的本质。美国哈佛大学系统生物学系的创始系主任克尔斯勒（Kirschner M）专门撰文指出，“值得问这样一个问题：当代生物学的‘后基因组’观点在多大程度上可以让19世纪的活力论者接受今天人们对生命本质的理解”[5]。他进而从系统生物学的角度提出了“分子活力论”（molecular vitalism）的观点，“在21世纪之交，我们对活力论做一次最新的思考：必须指出，我们需要从根本上超越对细胞的RNA和蛋白质组分的基因组分析（这种类型的分析很快就将过时），而转向对分子的、细胞的、机体的功能之‘活力’性质的分析”[5]。
这种“活力”究竟是什么，显然不会找到一个人人满意的答案。克尔斯勒教授认为生物体构成材料在不同层次的自组织（Self-organization）和生命复杂系统的鲁棒性（Rubustness）是“活力”之所在[5]。此外，生物体的内环境保持恒定的“内稳态”（Homeostasis）也是生命复杂系统一个重要特征；内稳态的形成和保持涉及到机体的器官、组织和细胞等不同层面的参与，通过不同细胞内各种生物分子之间的相互作用来进行动态的调节，例如代谢内稳态主要是通过控制血糖浓度和其他能量代谢物质来实现。
生命是特定构成材料与“活力”环境的整合
不久前，北京大学的生物学家白书农教授等人根据奥地利物理学家薛定谔（Schrödinger E）的负熵和比利时化学家普利高津（Prigogine I）的耗散结构理论，提出了关于生命本质的独特看法，认为生命的特征是指特定的组分在一定的环境条件下的特殊相互作用[6]。这种特殊的相互作用源自两个不同的化学过程之间的耦合和循环，一个是生物元件通过消耗吉布斯自由能而形成分子复合物的自发组织过程，另一个则是环境提供自由能让这种分子复合物解离的热力学分解过程。由此他们认为，这种耦合和循环过程就是生命不同于非生命体的第一个特征——代谢（metabolism）[6]。
需要指出的是，白书农教授等人明确把特定的提供能量之环境视为生命“活力”的源泉：“这种循环过程可以被定义为‘生命（being）’或‘活物（living matter）’的第一个标志。人们不应该把物质性的质料单独认定为活的，而应该要认识到这种质料参与到了一个由外部能量驱动的动力学循环之中”[6]。这一观点引出了笔者对生命本质的一个新想法，即把环境作为生命构成中不可或缺的角色。生命的形成、生存、繁殖和演化等各种生命特征都建立在特定的环境之上。
过去的还原论与活力论之争主要集中在生命本身，关于环境对生命的意义考虑得不多。可实际上，离开了环境谈生命是意义不大的。病毒是生命吗？在没有遇到合适的宿主之前，病毒不过是蛋白质和核酸等生物大分子的聚合体，只有遇到了宿主以后，病毒在宿主提供的特定环境条件下才能够成为“活”的病毒，表现出它的各种特性。换句话说，这正是“隐德来希”的真谛：构成生命的质料提供了生命的“潜能”，而特定的环境条件让这种潜能得以实现。笔者把这种让生命潜能实现的环境称为“活力环境”。在研究遗传物质与性状关系的遗传学里，有一个著名的公式：
表型=基因型 环境
生命也可以给予类似的定义：
生命=特定生物材料 活力环境
根据这个公式可以为许多争论不清的问题提供答案；例如，通过诱导蛋白质异常构像而引发疯牛病的 “朊病毒”（Prion）是生命吗？就生命的构成材料来看，朊病毒只不过是一种特殊的蛋白质，还不能称之为生命；但是，一旦它进入哺乳动物大脑这个特定的环境中，其诱导蛋白质产生异常构像的潜能就能够实现，从而成为能够导致疾病的一种生命了。再例如，计算机病毒是生命吗？虽然它能够在计算机环境下进行自我复制和“传染”，但它没有核酸或蛋白质等生物体构成材料，因此不能称之为生命。
由以上论点又可以引申出一个重要的哲学命题——“存在”与“本质”的关系。对生命而言，存在先于本质，即作为构成生命的质料，可以在没有生命活动的状态下稳定的存在着；如上文提到的文特尔教授通过化学方法合成了一个完整的细菌基因组核苷酸序列；但是，构成这个人造基因组的核酸材料本身并没有表现出生命特征；只有当研究者把它放入一个去除了天然基因组的细菌细胞这样一种“活力环境”中，人造基因组才表现出了自我复制和代谢调控等生命特征[1]。据此还可以进一步推导出：生命的存在可与本质相分离，如保存在低温状态下的细胞或者个体仅仅是一种材料，只有在合适的复苏条件之“活力环境”下才能重新呈现出生命的迹象。换句话说，构成生命的材料仅仅是生命形成的必要条件，而特定的“活力环境”则是生命形成的充分条件，缺一不可。
参考文献
[1] Gibson DG .Glass JI Lartigue C et al. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science 2010 329:52-56.
[2] 亚里士多德. 动物志. (转引：加勒特·汤姆森，马歇尔·米斯纳著，张晓林译. 亚里士多德. 中华书局 北京. 2003，P50)
[3] 加勒特·汤姆森，马歇尔·米斯纳著，张晓林译. 亚里士多德. 中华书局，北京. 2003，P71.
[4] Boyle E Li YI Pritchard JK. An expanded view of complex traits: from polygenic to omnigenic. Cell 2017 169: 1177-1186.
[5] Kirschner M Gerhart J Mitchison T. Molecular "Vitalism". Cell 2000 100: 79-88.
[6] Bai S Ge H Qian H. Structure for energy cycle: aunique status of the second law of thermodynamics for living systems. Sci China Life Sci 2018 61:1266-1273.
