问题

如果基因没有意识,细胞也没有独立意识,他们是怎么做到的(看补充)?

回答
好的,我们来深入聊聊这个话题,并且尽量以一种更“人”的方式来解读。

你提出的问题非常有意思,它触及了生命最核心的运作机制,也是许多科幻小说和哲学讨论的基石。如果基因没有意识,细胞也没有独立意识,那么是什么在“指挥”它们完成如此复杂、精妙,甚至充满“目的性”的生命活动呢?这就像问,没有指挥官,一支庞大的军队是如何协调一致、精密作战的。

要理解这一点,我们需要抛开那种“意识决定行动”的直观感受,转而拥抱一个基于物理定律、化学反应和信息传递的宏大图景。

1. 基因:编码生命的指令集,而非意识的指挥官

首先,让我们审视基因。你说的没错,基因本身只是DNA分子的一段序列,它们没有感觉,没有思考,更没有意识。它们的功能,更像是一本极其详尽的说明书,里面写满了如何制造身体各个“零件”以及如何让这些“零件”协同工作的指令。

DNA的双螺旋结构: 这是最基础的物理化学属性。DNA就像一个非常稳定的分子,其结构决定了它能够稳定地储存信息。
碱基配对原则(A与T,G与C): 这是DNA传递信息的核心机制。这是一种化学上的精确匹配,就像一把锁只能配一把钥匙一样。当DNA复制或转录时,这个配对原则保证了信息的准确无误。
基因序列作为信息载体: 基因中的碱基排列顺序,就构成了“密码”。这个密码决定了制造哪种蛋白质。你可以想象成一长串用不同字母组成的指令,比如“制造胰岛素”、“建造细胞膜”,或者“催化某个反应”。
蛋白质是执行者: 基因本身不做什么,它们只是“告诉”细胞制造蛋白质。而蛋白质,才是生命活动真正的“工人”和“机器”。它们可以是结构蛋白(如胶原蛋白),可以是酶(催化化学反应),可以是运输蛋白(如血红蛋白),也可以是信号分子等等。每一个蛋白质都有其特定的三维结构,而这个结构又是由基因编码的氨基酸序列决定的。
“指令”的执行并非主动选择: 当细胞需要某种蛋白质时,相关的基因就会被“激活”(这是一个复杂的调控过程,我们稍后会讲)。激活后,基因会作为模板,指导制造出相应的信使RNA(mRNA),然后mRNA带着“指令”去核糖体,核糖体根据mRNA上的碱基序列,一步步组装出蛋白质。这个过程完全是基于化学反应和分子识别,而不是基因“决定”要这么做。它就像电脑运行程序,程序不是有意识的,但它的指令会驱动硬件完成任务。

2. 细胞:微观世界的复杂机器,而非独立的意识体

细胞,就像一座极其繁忙、高度自动化的工厂。它拥有各种各样的“车间”(细胞器),每种车间都有自己专门负责的任务,而且这些任务之间有精确的流程和衔接。

细胞器之间的协同工作:
细胞核: 里面有DNA,是“信息中心”。但它本身只储存和保护信息。
核糖体: 根据mRNA制造蛋白质,是“蛋白质生产线”。
内质网和高尔基体: 对蛋白质进行加工、折叠、修饰和分类,是“质量控制和包装部”。
线粒体: 提供能量,是“能源工厂”。
溶酶体: 清除细胞内的垃圾和废物,是“回收和清洁部门”。
细胞膜: 控制物质进出,是“大门和保安”。
化学信号的传递: 细胞之间的交流和协调,主要依靠化学信号。就像我们之间用语言交流一样,细胞之间用激素、神经递质、生长因子等化学分子进行沟通。
信号的产生: 某个细胞(比如内分泌腺)受到刺激,释放某种激素。
信号的传递: 激素通过血液循环到达目标细胞。
信号的接收: 目标细胞的细胞膜或细胞内有特定的“受体”(通常是蛋白质),可以像“锁和钥匙”一样精确地结合到这个激素分子上。
信号的响应: 一旦激素与受体结合,就会触发细胞内部一系列的化学反应,最终导致细胞做出某种反应,比如分裂、死亡、分泌某种物质,或者改变某种代谢活动。
内在的“反馈回路”和“调控网络”: 细胞内部的活动并非随机,而是通过复杂的反馈回路和调控网络来实现平衡和响应。
反馈机制: 比如,当某种产物积累到一定程度时,它会抑制产生该产物的酶的活性,这就是负反馈。这确保了细胞内物质的浓度不会无限升高。
调控网络: 许多基因的表达(即基因何时被“开启”制造蛋白质)受到其他基因产物(如转录因子,它们本身也是蛋白质)的调控。这些调控因子形成一个巨大的网络,相互影响,形成复杂的响应模式。你可以想象成一个精密的电子电路,每个元器件都有自己的功能,但它们连接起来,就能实现复杂的操作。

3. 整体的“目的性”:涌现的生命行为

那么,这些没有意识的基因和细胞,如何组成一个有生命、有行为、甚至看起来“知道”自己要做什么的整体呢?这涉及到“涌现”的概念。

涌现: 当大量简单的个体遵循特定的规则互动时,会产生出超出个体简单加和的复杂行为和属性。就像一滴水没有温度,但无数水分子聚集在一起,就有了温度。蚁群没有“蚁王”的意识指挥,但它们通过简单的化学信号和物理规则互动,就能建造复杂的巢穴,寻找食物,分工合作,展现出高度的组织性。
适应性进化: 生命的“目的性”,很大程度上是自然选择塑造的结果。那些遵循物理化学规律,能够更有效地复制和生存下来的基因和细胞组合,就得以延续和发展。亿万年的进化过程中,那些能够更好地响应环境变化、更有效地获取能量、更有效地繁殖的生命形式,才逐渐被筛选出来。这种“目的性”是历史演化的结果,而不是预设的蓝图。
局部规则与全局一致: 细胞层面的局部规则(例如,哪些信号会触发分裂,哪些会引发凋亡)在大量细胞中重复执行,并受到各种信号调控网络的影响。例如,当身体某个部位受伤时,细胞会释放生长因子,激活附近的细胞进行分裂和修复。这不是某个细胞“知道”要修复伤口,而是受损细胞释放的化学信号,触发了周围细胞按照预设的程序进行反应。
信息整合: 复杂的生物体需要整合来自内部和外部的信息。这通过神经系统(传递电信号和化学信号)和内分泌系统(传递化学信号)来实现。即使是简单的生物体,也通过受体和信号通路在细胞层面进行信息整合。例如,我们感受到疼痛,是神经末梢的化学信号和电信号被传递到大脑,但这个过程的起点是细胞的物理或化学变化,触发了特定的离子通道开启,产生电信号,等等。

举个例子:植物的向光性

让我们用一个具体的例子来解释:植物的向光性。

“任务”: 植物需要阳光进行光合作用。
“指挥者”: 没有意识。
“执行者”: 植物的顶端细胞(生长点)和生长素。
机制:
1. 光感知: 植物的顶端细胞含有对光敏感的色素(如蓝光受体)。
2. 信号产生: 当光从某个方向照射过来时,这些色素会感知到,并触发细胞内的化学信号。
3. 生长素的重分布: 这个化学信号会影响生长素(一种植物激素)的分布。生长素在植物生长点会发生不对称分布,即背光侧的生长素浓度高于向光侧。
4. 细胞伸长差异: 生长素能够促进植物细胞的伸长。因此,背光侧的细胞因为生长素浓度更高,伸长得更快。
5. 整体弯曲: 当背光侧的细胞比向光侧生长得更快时,植物的茎就会朝着光源方向弯曲。

你看,在这个过程中,没有一个细胞有“我要向光生长”的意识。只是光线这个物理刺激,通过触发一系列精确的化学反应和分子分布,最终导致了细胞按照其内在的化学属性做出响应,从而产生了看似有目的性的“向光性”行为。

总结一下:

生命之所以能够表现出如此精密的运作,并且能对环境做出响应,甚至在宏观层面展现出“目的性”,并不是因为存在一个有意识的“总指挥”或“灵魂”。而是:

基因: 提供了编码蛋白质的指令集,这些指令是基于物理化学规律的。
蛋白质: 是执行者,它们根据指令被制造出来,并执行特定的化学反应或物理功能。
细胞: 是高度自动化的“微型工厂”,拥有内建的化学反应网络和信号通路,能够响应特定的化学或物理刺激。
信号传递与调控: 分子信号(激素、神经递质等)在细胞内外传递,连接起不同的细胞和细胞器,形成复杂的调控网络,实现信息整合和协调响应。
进化与自然选择: 在漫长的历史中,那些遵循这些规则并能有效生存和繁殖的组合被保留下来,形成了我们今天看到的生命形式。其“目的性”是演化策略的结果,而非个体意识的体现。

这一切,都只是物质在特定的物理化学规律下,通过信息传递和相互作用,所表现出的复杂行为。就像一个精密的机械钟表,每一颗齿轮、每一个发条都在遵循物理规律运转,最终呈现出精准的时间。生命比钟表复杂无数倍,但其底层逻辑依然是基于物质世界的规律。

网友意见

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题目的补充说明里描述的那些反应完全不需要意识参与。人的意识是人神经系统产生的一项功能,这功能到底有什么用其实还是未知的,人的思考之类功能并不是意识的一部分。

提问者有个一路倒退到两千多年前的误解:

以为生物的行为总是对自身有利

实际上生物经常胡搞毛搞、给自己造成不同程度的伤害,乃至弄死自己。

题目的补充说明谈到的发烧就很容易出偏。许多病原体并不在意人发烧的温度,人脑神经细胞却可能在持续高烧下大量死亡,进而杀死患者。即使抢救过来,患者的脑也可能受到当前技术无法治愈的伤害,导致终身瘫痪或智障。一部分病原体可以触发体温调节障碍,以发烧击倒患者。

如果一种可遗传性状有助于携带者产生更多可育后代,那么携带该性状的个体在种群中所占的比例有概率徐徐上升,直到普及到整个种群。化学防御、趋化性、发烧之类都如此。有利性状不需要有多完美的效果,只要略有好处(例如将自己烧死或被病原体利用的概率略低于不烧时死于疾病的概率)就可能普及。操纵这些性状的分子机制无需任何程度的意志。

顺便说,提问者还以为病毒能主动接近目标。病毒并无靠近或远离特定目标的能力,它们没有驱动身体运动的部件。病毒的形状可以有助于在特定介质中定向,例如弹状病毒可以在神经纤维中被宿主细胞定向运输,那是简单的自然选择塑造——偶然形成这类形状的病毒产生了大量继承该形状的后代,形状在传代中逐步优化。


意识的事可以看看:

生物的自我意识是如何产生的?

你就是你的大脑

在个体层面,草履虫会对刺激做出反应的原因,是其细胞膜和细胞质从形状到成分具有各向异性,在不同方向上配置的跨膜蛋白种类、微丝·微管数量与结构等是不一样的,受到刺激时各方向发生的物理化学变化不均匀、刺激信号在细胞质内朝不同方向扩散的速度不一致,造成草履虫体表纤毛的摆动不一致,从而影响虫体的运动方向和速度。这根本就不需要任何程度的自我意识。

在物种层面,草履虫的上述特性是长期的自然选择所塑造。在多变的环境中,偶然变异出的特征允许个体躲避不利条件、凑近有利条件的话,这种个体更有可能存活下来并将这特性遗传给后代;随着时间流逝,许多这样的特征积累起来,形成擅长对不同刺激做出不同反应的种群。

这关联到“没有神经系统就不能对刺激做出反应”的古老错误想法:

  • 神经系统,是我们给一群结构和功能相似的细胞组成的一团有规律的身体构造所取的名字。
  • 神经细胞之所以能在受到刺激时产生信号,不是因为它叫神经细胞,而是因为它具有离子通道等构造,提供了相应的细胞功能。
  • 没有任何规定说这种功能只由神经细胞拥有。

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