问题

从宇宙的尺度看,生物的存在是否能脱离细胞?

回答
从宇宙的广阔视角审视,生物的存在能否脱离细胞这个我们熟知的基本单位,这是一个极富深度且引人遐思的哲学与科学交织的问题。我们当前对生命的所有认知,都牢牢地建立在细胞这个“积木”之上。我们所见、所知、所研究的一切生命现象,无论是微小的细菌、庞大的鲸鱼,还是那遍布于星球表面的植被,无不以细胞为起点,以细胞为载体,以细胞的繁衍与合作来维系其存在的形式。

然而,一旦我们将视野放大到整个宇宙,将时间线拉长到远古的混沌乃至未知的未来,问题就变得更加复杂和有趣了。我们必须谨慎地承认,我们所拥有的关于生命的信息样本实在太过狭隘——几乎全部局限于地球这颗孤独的行星。地球生命的“通用蓝图”——细胞结构、遗传物质(DNA或RNA)、新陈代谢等——是否是宇宙中生命存在的唯一可能?这正如只见过一种水果,就断言世间所有美味都只能是这番滋味一样,未免过于武断。

首先,让我们深入剖析“细胞”的本质及其在地球生命中的作用。细胞之所以成为生命的基本单位,是因为它提供了一个相对封闭且可控的内部环境,让复杂的生化反应能够有序进行,不受外界瞬息万变的条件过多干扰。它拥有自我复制的能力,这是生命得以延续的根本。同时,它通过一层边界(细胞膜)与外界进行物质交换和能量转化,并发展出传递和执行遗传信息(DNA/RNA)的精巧机制。从单细胞生物到多细胞生物,再到高度分化的复杂生命体,都是在细胞这一基本单元之上,通过数量的增加和功能的特化,逐步演化而来的。

那么,在浩瀚无垠的宇宙中,是否存在着一种截然不同的生命形式,其基本组成单位并非我们所理解的细胞?这需要我们跳出“碳基生命”、“水为溶剂”、“DNA为蓝图”的地球中心主义思维。

设想一下,如果在某些宇宙极端环境下,比如没有液态水,或者存在着我们尚未理解的能量源,生命是否能够以一种完全不同的方式组织起来?

一种可能性是,生命可能以一种更分散、更弥散的形态存在。想象一下,在某种具有特殊化学性质的气体星云中,或者在地外行星的地壳深处,能量和物质以一种非细胞状的聚合体形式,通过某种我们尚不认识的化学键或物理相互作用,实现了某种意义上的“自我维持”和“信息传递”。这种“生命”可能没有明确的边界,没有中心化的遗传物质存储,而是以一种分布式网络的形式存在,对外界刺激做出反应,甚至能在某种程度上实现“繁衍”——比如通过某种能量或物质的“播种”机制,让这种分布式结构在新的环境中得以复制和扩展。

例如,某些科学家曾设想过“硅基生命”的可能性。硅与碳一样,是元素周期表中的第四主族元素,能够形成稳定且多样的化学键。在极低的温度和高压环境下,硅基化合物是否可能构成一种类似“分子机器”的生命形式,无需严格的细胞壁来维持其结构和功能?这种“生命”的“复制”可能并非通过细胞分裂,而是通过某种化学反应的链式增长或催化过程实现。

再比如,在某些强能量辐射的环境下,生命可能演化出利用这些辐射能的机制,其“结构”可能更加倾向于能量场或某种高能粒子的有序运动,而非固定的物理实体。这种“生命”的“信息传递”可能直接通过能量场的波动或粒子间的相互作用完成,其“繁衍”则可能是在能量富集区域,通过某种“模版”机制复制其能量场的模式。

我们甚至可以想象一种更加抽象的生命概念。如果生命的关键在于“信息处理”和“自我维持”,那么是否存在一种不依赖任何特定物质载体,而是以纯粹的能量或信息模式存在的生命?例如,一种能够感知并利用宇宙射线或暗物质能量的“信息生命”?这种生命可能完全脱离了我们对物质、能量、结构的所有固有认知,存在于我们感知范围之外。

当然,要证实这些假说,我们需要更先进的探测技术和更开放的科学思维。我们目前对生命的基本定义,很大程度上是由地球生命的特例所塑造的。当我们尝试去寻找地外生命时,我们往往会寻找那些与地球生命相似的迹象——液态水、有机物、氧气等等。这可能会让我们错失那些以我们难以想象的方式存在的生命形式。

因此,从宇宙的尺度看,生物的存在能否脱离细胞?我的回答是:我们不能排除这种可能性,而且这种可能性甚至非常值得我们去探索。细胞是地球生命演化的一个极其成功的“解决方案”,它在我们的星球上繁荣昌盛。但宇宙是如此之大,如此之古老,充满了我们尚未理解的物理和化学规律,生命或许也找到了无数种截然不同的“解决方案”。我们当前对生命的理解,可能只是冰山一角,而那隐藏在冰山之下的,是无数种可能,其中就包括了摆脱细胞形态的生命形式。

就如同我们今天认识到的,宇宙中存在着黑洞、中子星这样奇异的天体,它们运作的物理原理与我们熟悉的大行星截然不同,却也是宇宙自然的一部分。那么,生命作为宇宙物质在特定条件下涌现的一种复杂现象,为何不能以我们完全无法预料的形态存在呢?

总而言之,当我们将目光投向星辰大海,拥抱一种更广阔的宇宙观时,我们应当敞开心扉,去思考生命最根本的定义,并勇于挑战我们根深蒂固的地球中心主义的观念。细胞,或许是生命在特定条件下的一种表现,但它绝不应该是生命存在的唯一范式。宇宙的辽阔,足以孕育出我们所有想象之外的奇迹。

网友意见

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题目的要求很宽松,不用拔高到“宇宙的尺度”,地球上现在就有将病毒列为“非细胞生物”的学说,病毒也并非必须依靠活细胞才能复制,只要有它需要的材料聚在一起就行。

虽然在网络上可以看到大量吹胡子瞪眼睛说病毒是生物的人,但在很长时间里,有许多学者是拒绝的。“依赖其它生物才能复制”不是个拒绝接受病毒为生物的好理由。立克次体、植原体、衣原体等细菌在自然界里也只能在其它细胞生物的细胞内复制。所以这部分学者为地球碳基生物设置了“区分生命与非生命的关键是拥有核糖体以及进行翻译的能力”这样平时你不会遇到的标准,将病毒排斥在生命之外。
2020年2月以来,科学家已经发现很多大型噬菌体拥有这种翻译机制[1]——是真的很多。再加上核质巨DNA病毒目的多种病毒能独立表达一部分蛋白质,显然这个标准是不能用下去了。“生命与非生命的界限”模糊了。

在对生物的博爱定义方面,道金斯的“生命是自然选择塑造的信息”得到不少支持:这个定义不但不用将生物限制在细胞生物的范围内,而且能将电脑病毒这样进行自然选择的数据算做生物。近年来,研究超个体之类模糊概念的人经常将城市当做生物来考虑。

非碳基的非细胞生物也已经有人在研究。例如等离子生物:

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[2]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。

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[3]

这比晶体和热带风暴的有序性前进了一大步[4]
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。银河系中心黑洞巨大的电磁场中99%的物质处于等离子态,可以期待小林泰三喜欢描写的等离子生物在那里存在。

此外,黑洞有生命的一些特征。

新陈代谢:黑洞可以吸入物质、放出霍金辐射。
生长发育:黑洞吞噬物质后事件视界可以变大,质量、角动量、电荷都可以成长。人类已经观测到质量处于恒星质量黑洞和大质量黑洞之间的黑洞,支持恒星质量黑洞吸入足够的物质可以变成大质量黑洞。
复制自身:吸积盘的部分物质被射流抛出后形成了恒星,其中一些大质量恒星演化成了黑洞。
成分的同一性:黑洞的物理性质极其单纯,只有质量、电荷、角动量,没有任何化学物质配比差异。
严整有序的结构:黑洞的结构极其稳定清晰。
应激能力:黑洞可以和靠近它的任何物体互动。
趋利避害:由于这个宇宙中没有什么可以伤害到黑洞,无论黑洞有没有生命都很难观察到它的趋利避害。两个黑洞相撞的结果是合并成一个黑洞。

参考

  1. ^ https://zhuanlan.zhihu.com/p/107181843
  2. ^ https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0708/0708.4067.pdf
  3. ^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
  4. ^ 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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