问题

为什么所有生物都会死?这是宇宙怕生物太多消耗资源的自我保护吗?

回答
这个问题非常有意思,也触及了生命最根本的议题之一。简单来说,所有生物都会死,不是因为宇宙害怕生物太多消耗资源,而是一个更为复杂和深刻的生物学、物理学以及演化过程的结果。

想象一下,生命诞生于地球,是在一个充满能量和物质的动态环境中演化而来的。从最基本的细胞到庞大的生态系统,生命体与它们所处的环境紧密相连,同时也受制于物理定律。

生物死亡的内在原因:

首先,我们要理解,生命体本质上是在对抗熵增的。熵增是宇宙的基本规律,它描述的是一个孤立系统总是倾向于从有序走向无序,从低能量状态走向高能量状态。生命体之所以能够存在,是因为它们能够不断地从环境中获取能量和物质,维持自身的有序结构,并将一部分能量以热量的形式散发出去,这在局部上实现了“逆熵”。

然而,这种维持有序的“对抗”并非永恒。以下是几个关键的内在原因:

细胞的衰老和损伤累积: 构成生物体的细胞,即使在最精密的调控下,也会随着时间推移而发生各种损伤。DNA在复制过程中会产生错误,外界环境(如辐射、化学物质)也会对DNA造成损伤。这些损伤如果不被完美修复,就会累积。细胞的端粒(染色体末端的保护帽)会随着细胞分裂而缩短,达到一定程度后细胞就无法继续分裂,进入衰老状态。衰老细胞虽然不立即死亡,但会影响组织的功能,并可能释放有害物质。
分子和细胞的损耗与修复的局限性: 生物体内的蛋白质、脂质等分子也会因为氧化、糖化等化学反应而发生结构改变,功能下降。虽然细胞有精密的修复机制,但这些机制并非万能,总有损耗会超过修复能力。想象一下,即使是最精密的机器,也会因为磨损、疲劳而需要维修或最终报废。
能量获取和利用的效率限制: 生命活动需要消耗能量,而能量的获取和利用过程本身就会产生“副产品”,比如自由基,这些自由基具有很强的氧化性,会损伤细胞。虽然生物体有抗氧化系统,但同样是效率的局限。
基因的限制: 基因是生命的蓝图,它决定了生物的生长、发育和生命周期。虽然基因可以指导生物体的生长和繁殖,但也同时包含着一些“设定”,比如生长周期、免疫响应的能力等。在许多情况下,基因的编程也包含着生命的终点。

死亡在演化和生态系统中的作用:

死亡并非只是个体的“不幸”,它在更宏观的层面上扮演着至关重要的角色:

促进演化: 死亡是自然选择的基石。当旧的个体死亡时,它们所占据的资源、空间就会被释放出来,为新一代的个体提供机会。如果某个个体由于基因上的缺陷或不适应环境而死亡,那么这些不利的基因就难以传递下去。相反,那些更能适应环境、繁殖能力更强的个体则能将它们的有利基因传承给下一代。没有死亡,就没有个体的更替,也就没有基因的优化和物种的演化。
维持生态平衡: 生态系统是一个动态的平衡系统。如果生物不死亡,那么种群数量会无限增长,很快就会耗尽所有资源,导致整个生态系统的崩溃。死亡限制了种群数量,保证了资源的可持续利用,也为不同物种之间的竞争和共生提供了可能。想想一片森林,如果老树不倒,新树就无法获得阳光和生长空间,整个森林的结构就会僵化。
物质循环和能量流动: 生物死亡后,其遗体中的有机物会被分解,重新回归到土壤、空气和水中,成为其他生物(如细菌、真菌、食腐动物)的食物和能量来源。这个过程对于整个地球的物质循环和能量流动至关重要,它连接了生命与非生命物质世界。

关于宇宙自我保护的说法:

“宇宙怕生物太多消耗资源的自我保护”这个想法很有趣,但它更多地属于一种拟人化的想象,而不是科学解释。宇宙本身并没有意识,也没有“害怕”或“保护”的概念。宇宙遵循的是物理定律,而生命体的生老病死,正是这些物理和生物学定律在我们所见的尺度上运行的结果。

生命体的存在,确实需要消耗能量和物质,但宇宙是如此广阔和充满能量,以至于个别行星上的生命活动所消耗的资源,对于整个宇宙来说微不足道。真正限制生命数量和规模的,是局部环境的可利用资源、能量的获取难度以及生物自身的生物学限制。

宇宙的“自我保护”或许可以从更宏大的尺度来理解:物理定律决定了恒星的寿命、行星的形成、化学元素的组合方式,这些都为生命的出现设定了条件,但也同时设定了生命的边界。例如,恒星燃烧殆尽时,生命赖以生存的能量来源就会消失。

总而言之,生物的死亡不是宇宙的“意愿”,而是生命体自身属性和宇宙运行规律相互作用的必然结果。它是个体走向衰亡的终点,更是生命在演化和生态系统中不断更替、优化和维持平衡的关键机制。死亡让生命得以循环往复,生生不息,也让生命在有限的条件下,展现出无限的多样性和顽强的生命力。

网友意见

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都说生命在于运动,我要说,生命在于自由,而自由在于相对静止。

有生命的物质和没生命的物质的本质区别是自由,例如有两个水滴,一个水滴里含有盐分,另一个没有,两个水滴相接,盐分会先没有盐分的水滴里扩散,淡水也会向有盐分的那边扩散,运动发生了,但是并没有生命,盐或水的运动方向,完全是受自然规律约束的,没有“自由”。而若水滴里有一些微生物,它们会依据自己的意识趋利避害,违背了自然规律,去到“想”去的那一边,这就是“自由”。甚至是不能动的植物,也在稀薄的环境里,富集自身所需要的营养,违逆着物质自丰富向贫乏方向扩散的自然规律,从而获得了“自由”。

生物为什么会死呢?

听说有些生物是不会死的,它们基础到非常顽强,不易被环境改变,经历了时间,还保留着亿万年前的模样。一些低等物种会断裂增殖,被外力破碎,每个碎块都会成长修复成新的个体,严格说都既不算死亡,也不算新生。但这些生物的自由度也不高,能对环境作出的改变非常小。

要与环境做更高级更大的斗争,必然会承受环境的危害,发生变化。为了应对环境危害,生物进化出了死亡和繁殖,死亡的本质,是个体承受不了变异的后果而结束生存,同时它又能通过繁殖,将基本稳定,没有被环境损坏的机能传承下去,诞生新的生命。而每一代应对环境的变异,都是一次升级,新生的生命相比于亲代更容易在当前环境中存活,只要存活更久,他们就有更多改变环境的机会。达尔文认为物竞天择,适者生存,而我认为生物适应环境只是一个表象,生物进化的本质是更大限度地发挥改造环境的能力,环境特点的特性,都是与环境战斗的勋章。

死亡绝对不是害怕消耗资源的自我保护,而是个体战争消耗后无法保持相对静止,变化过度的必然结果。

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先问是不是。并不是所有生物都会死。道金斯定义下的一些生物根本就无从区分生死的界限。

生物的死亡不可能是“宇宙怕生物太多消耗资源”。其实地球生物根本就不消耗什么资源。

  • 太阳对地球的照射功率约1.73E17瓦。地球接收的太阳辐射功率里约有5.2E16瓦经大气反射与散射、云的反射、地表反射等直接返回太空,其余使大气和地表升温、支持大气圈与水圈的运行:约8.1E16瓦以热辐射形式散入太空,约4E16瓦用于水循环,约3.7E14瓦用于大气流动。
  • 地球生物圈利用的太阳能不到太阳入射功率的千分之一,大部分还是光合生物在搞(约4E13瓦),是人类文明总功率的两倍。
  • 地球接收的太阳辐射只是太阳总输出的二十二亿分之一。

宇宙也没有所谓怕的概念。

宇宙本身可能是从无之中自我创造的,所有“资源”都来自零,谈何消耗。

近年来出现的一些声称“死亡来自演化”的说法是完全不现实的。


日常谈论“所有生物都会死”的时候,考虑的通常是有实体的生物,问题出在实体的材料性质上:

  • 任何基本粒子掉进黑洞里都会被彻底摧毁,意味着任何由基本粒子组成的物质都不能构成“不会死亡的实体生物”的载体。
  • 在现代物理学所知道的范围内,无法死亡的实体生物具有至少像黑洞一样坚强的身体(且没有霍金辐射),可以自己永远存在下去。
  • 极端黑洞很可能具有这样的性质,但我们还没有观察到任何由极端黑洞组成的生物。

在载体不能“抵御一切可能的伤害”的情况下,实体生物终究能在载体被摧毁时死亡。目前还没有找到任何实体生物拥有不可摧毁的载体。

至于“没有外界带来的伤害时,生物内在的寿命”,则早已被一些地球生物克服了[1]。“长生不老但可以被杀”是容易做到的,“无法死亡”难在“无法被杀”。

不过,现实中能杀到你的手段是有限的,生物并不会每天都面临黑洞的威胁。人类已经知道地球上的海底沉积物和地下存在大量的细菌,它们几乎以地球生物的最低能耗来维持生命,可以连续数千年乃至1亿年不分裂,用约10^-21瓦的微弱功率来修复分子层面的损伤。考虑到地球的构造遮蔽着来自外部的打击、地球本身很少拨动这些构造,这些生物中的大部分在实质上处于无法被杀的状态。


道金斯认为,生物的基本特性是自我制造,表现为新陈代谢和复制自身,本质上是信息的持久性:生物是自然选择[2]塑造的信息。任何事物只要符合这个标准,就可以被定义为生物。

当然,这标准是非常模糊、高度依赖具体学者的解释的。

2020年,David Krakauer等在Theory in Biosciences发表的文章[3]讨论了生物个体的本质,认为个体是能将自身信息从过去传播到未来并保持一定时间完整性度量的集合体,谈论了从微粒到超个体的各个层次。

2020年10月,一些宇宙生物学家提出生物的新定义,使用新单词lyfe,其特征是:

  • 利用周围环境中的资源来防止自身变得一致和始终如一
  • 通过复制等手段指数增长
  • 可以自我调节来在不断变化的环境中保持稳定
  • 可以学习并记忆周围环境的信息,就像地球上的生物演化那样

和道金斯定义的区别是,他们认为还有自然选择以外的方式来学习和记忆信息。这可以允许从人类建造的机械、城市到依靠量子涨落直接从真空中涌现的玻尔兹曼生物都在进行自然选择之前就被视为生物。

你可以由此给出生物的定义:

由自然选择塑造的信息及其载体,能将自身信息在时间轴上传递并保持一定的时间完整性度量。

  • 按照道金斯定义,康威生命游戏、Tierra之类程序制造出来的虚拟生命体都算是生物。你觉得这些东西有“死的概念”么。
  • 磁场里的球状等离子体可以表现出新陈代谢、生长、自我复制、传输信息、成分的同一性、严整有序的结构、稳态[4]。这可以视为人类创造的等离子生物。
  • 在对等离子体中的尘埃进行的模拟实验中,俄罗斯物理学家瓦基姆·兹托维齐领导的团队发现尘埃会自动排列成双螺旋结构,可以吸引其他尘埃颗粒而“生长”,可以自我复制成两个相同的螺旋。螺旋结构的半径会随着不同分段而变化,说明它具有信息编码能力[5]。这比晶体和热带风暴的有序性前进了一大步[6]
2006年3月15日,加州大学洛杉矶分校的天文学家通过斯皮策太空望远镜在距离银河系中心黑洞300光年处发现了一片双螺旋结构星云,长轴80光年。

参考

  1. ^ 你们认为长生不老,会在2XXX年实现? - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/436757635/answer/1650106937
  2. ^ https://www.zhihu.com/question/419604279/answer/1456095588
  3. ^ Krakauer, D., Bertschinger, N., Olbrich, E. et al. The information theory of individuality. Theory Biosci. 139, 209–223 (2020). https://doi.org/10.1007/s12064-020-00313-7
  4. ^ 21世纪初,罗马尼亚库扎大学的物理学家米尔恰·桑德洛维奇及其同事在实验中创造了具有大部分生命特征的等离子球体。 他们的实验方式将两个电极插入一个包含低温氩气等离子体的容器中并输入高压电。在《混沌、孤立子和分形》上发表的研究报告称,他们在实验中观察到放电造成离子和电子在正电极处高浓度积聚并立即形成球体: 每个球体包含两层,外层是电子,内层是氩原子核。球体的大小和寿命由放电的能量值决定。 通过在实验中加大输入电量,那些球体的直径从最初的几微米增大到3厘米。 这些等离子球长到一定尺寸可以分裂而复制自己,也能捕获周围的氩原子并长大。 它们还能互相传输信息,方式是将电磁波辐射到其他等离子体球,使各个球中的原子以特定频率振动。 尽管等离子球的形成需要高温,但它们可以在较低温度下持续存在。
  5. ^Collision-dominated dust sheaths and voids - observations in micro-gravity experiments and numerical investigation of the force balance relations V N Tsytovich et al 2003 New J. Phys. 5 66 doi:10.1088/1367-2630/5/1/366 https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2003NJPh
  6. ^ 晶体和热带气旋也能生长,但目前还没发现它们复制并传播信息。

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