神秘的隐德莱希^①

一只初生的小猎狗罗姆卡，把一块砖头当作活的猎狗，正在认真地做第一次狩猎的动作。这是普利什文（Hрищвиы）^②描写的一个令人发笑的滑稽场面。因为除了小狗外，谁都知道，砖头是死的、没有生命的，它自己不会跳，也毋须解释，狗是活的，有生命的，而砖头则决然相反，没有生命。但是，是不是大家都知道究竟为什么两者之间悬殊那么大？要知道组成生物和无生物的化学元素都是碳、氢、氧…等等。为什么在某一个特定条件下这些元素只能变成没有生命的石头，而在另一种条件下却变成了活生生的有机生命。

这是自然对科学提出的许多难解的课题之一。人们的脑海里久久保留着这样一种奇怪的信念：似乎生命界与无生命界之间的差别是由于存在着一种神秘的活力——“隐德莱希”。至于这种活力究竟是什么样的？尚属未知。看来，它是一种不能用科学语言解释的东西、

可以说每当科学中存在必须将不能用科学解释的东西与可以用现有科学知识来解释的东西进行区分的时候，就会自发地产生一种附加的概念。过去错误观念中“燃素”的来由，就是很典型的！

今天，“燃素”、“隐德莱希”的概念已被人们所遗忘。但生物学是否已经完全克服了“隐德莱希”？是否已经可以将“隐德莱希”弃之于生物学大门之外，就像化学中“燃素”那样？很遗憾，还不行！要是那样的话，那真是太好了。到目前为止，理论生物学仍然没有摆脱物理－数学－化学的方法、原则、定律的羁绊，致使它至今尚未能抛开“隐德莱希”。

假如我们同意海森别尔克（Heisenberg）^③的意见，把有关活的细胞的知识看作为只是细胞分子结构学的附加知识，那么我们就要回到“附加活力”的陈词滥调中去了。

然而，这里的分子结构学已经不是物理学中的分子结构概念，而是生物学概念的分子结构学，也就是“细胞生命”学，不能再有任何“附加”，这个对于物理学来说有用的“附加”（因为有这个“附加”，就可以把一个实体的两个相对立的概念捏和在一起了），在生物学中就用处不大了（提到生物学时，就应该把物理学、数学、化学的概念从生物学本身中抽出去，那么“附加”就完全没有“必要”了），因为此处要强调的，首先不是矛盾着的两个方面，而是它们的统一体、它的不可分割性。需要加以明确和肯定。所要解决的不是像晶体结构那样的细胞结构，而是生命过程细胞结构。然而，我们有能耐去阐明生命过程结构或细胞生命吗？

分界线

这里，再重复一遍我们的问题：在生命与非生命之间如此明显的差别的基础上，是否存在一个生命物质的共同的特性呢？生物物理学家对这个问题的回答是肯定的。是的，这样的特性是存在的，并称之谓“旋光性”。这个生命体系分子偏振光面旋转纯物理学性能，看来是与它们的非对称性结构有关的。

关于旋光性，早在发现分子非对称性前就已被人们所发现了。例如左、右型不对称的石英结晶体，就具有这种性能。这种晶体的晶格没有镜面对称，它就像在带左、右螺纹的螺钉上旋转，如果偏振光通过这样的晶体，就会使偏振面根据晶体不同的取向向左或向右旋转。然而单个的石英分子却没有旋光性，而石英的溶液在光学上都是中性的，这就是说只有石英晶格结构才有旋转性能。

是不是在其它条件下会遇到分子水平上的旋光性呢？这个问题立即引起了路易 · 巴斯德^④（Pasteur）的注意。他曾经发现若干有机化合物具有旋转性能。如酒石酸(CHOH · CO₂H)₂——葡萄发酵产物，就具有旋光性。巴斯德知道还有另一种消旋的化学合成的酒石酸，其化学性能完全与前者相同，但在光学上却是中性的，即所谓的消旋的。两种对偏振光反应各不相同的物质，为什么在化学性能上却没有差别呢？而如果酒石酸的分子是不对称的，那么不消旋的酒石酸与旋光性酒石酸的区别是不是因为消旋的酒石酸中除了有右旋的分子外，还有左旋分子，因而其整个溶液就变成对称了呢？为检验自己的推断，巴斯德将消旋的酒石酸进行结晶，在显微镜下真的发现了两种晶体。他又用了精密工具在显微镜下将左、右旋晶体分开，所制备的溶液偏振光面向两个互相相反的方向旋转，其中用葡萄做的溶液的旋转方向与酒石酸相一致，而另一种则是自然界中压根儿不存在的（人工合成溶液——译注）！根据久鲍（Дю6о）的描述，当时巴斯德激动地从实验室奔出来，在走廊里把他的助手拥抱起来，并大声叫喊起来：“我刚才获得了一个伟大的发现！”

我们还没有具备如此丰富、深远的想象力，来充分估计和评价这个伟大发现将引起的一切后果。然而，现在使人们震惊的不是巴斯德的“发现”本身（分子不对称性的确定，在时间上要晚得多）。使人感到震惊的是他的近乎鲁莽的勇气及在此基础上作出的结论的正确性。他宣称：“分子不对称性是有生物所特有的，这是目前在生物化学与无生物化学之间可以划出的唯一明确的分界线。”

今天，我们已经可以肯定：一切在有机体中起着首位作用的重要物质，都具有一定程度的不对称特征（或者，换句话说，手征性）。地球上所有生物系统的不对称特征都是一样的，如蛋白质中所含的各种氨基酸都是属于左旋的，在抗生素（антибиотик）中很少遇到右旋，正好像地球上很难找到反粒子一样。

值得注意的是，在生命系统以外的有机化合物中，左、右旋分子数量是大体相等的，也就是说互相平衡的。而整体化合物与光学核心（оитилеское ядpo）相对称。

假如在实验室条件下用相应组分合成氨基酸或蛋白质，则合成物中的左、右旋型将大致相等，也就是对称的。要把它分离成对映体，需要做功，有旋光性的物质在有机体外，经一定时间后成为中性。要阻止这种现象的出现、需要连续不断的消耗能量。不对称性对于有机体是有损的，而不对称性却又是生命的必备的条件。

生命的可能性，热力学第二定律

对于物理学家来说，生命是一个近乎奇迹的现象。按诗人的语言来说是：“漫漫长夜中闪烁的瞬间”。但问题不在于物理学家分享了诗人想象的天赋，问题在于物理学定律，尤其是热力学第二定律不允许有不对称现象存在。根据第二定律，与外力隔绝的静心系统将从比较有序的状态退化为无序状态，直到能量完全平衡并达到热力学平衡为止。

如果说热力学第二定理只适用于中性混合物，而不适用于非对称对映体的话，那么，生物物理学家不禁要问：“不对称性是如何产生的呢”？

生命如何产生的问题，首先是一个不对称分子如何出现的问题。根据若干实验，我们可以设想，在海洋这盘“原始肉汤”中，在强大的放电作用及一定温度下，可能合成氨基酸——建筑“生命的砖块”，但是它是左、右旋分子对称的混合物。那么，这个混合物又如何自动分离成为对映体的呢？生命又如何在两种形式之一，假定说是“左”型中发展起来的呢？为什么只有在一种，又为什么只有在“左”型中才能发展生命呢？是什么使生命机体与“中性”相对抗并保持自己的不对称的呢？一连串的“奇迹”。问题可以归纳为：“为什么在直接导致退化、死亡的热熵增长规律起作用的世界上可能发展生命？”这个问题至今还是一个空白。对于这个当今世界上最“热中”的自然科学问题之一的长期争论，按里昂 · 勃里留安（Brillouin）^⑤的做法，可以把它们的意见分为三类：

属于第一类意见的认为科学宝库中现有的物理、化学规律已经完全足以解释生命现象，毋须再去追究什么“生命的原理”了。

属于第二类观点的人倾向于“我们现有的物理、化学范畴的知识不足以解释生命的产生”。尽管生命并不与现有规律相矛盾，但是在自然界也完全有可能有另外一些新的规律在起作用，了解这些规律是有助于理解和解释生命现象的。

第三类意见最近乎“无稽之谈”。引用勃里留安的一段话，这类观点认为：“如果不研究和追溯‘生命原理’，生命的现象就无法解释。”我们的热力学定律，尤其是第二定律，只适用于僵死的、不变的客体，而不适用于解释生命，新的“生命原理”应该反映出与第二定律相反的生命发展条件。

我们要指出，第一种和第三种观点是经不起批评的。第 ~ 种观点完全忽略了“生命定理”问题。第三种观点却又诉诸于它。对立的两方面都犯了同样的片面性错误。一个极端是忽视了生物学知识的特征，另一个则是把它过分地加以强调，甚至企图完全否定物理学定律的意义。退一万步，即使是从物质分子状态的水平上来说，怎么能说对于对称分子状态起作用的物理定律，对于不对称分子状态就不起作用了呢？这不是至少会令人感到奇怪吗？

有时，企图在这样的基础上解释有生机体热熵增长的可变性：有生机体是与外界不相隔绝的开放体系。但，一方面，完全隔绝的体系，在某种程度上来说是一种隔绝理想化的现象（严格地来说，这种隔绝体系在自然界是不存在的），另一方面，有机体也还是有可能“隔绝”起来的，结果当然是有生物的死亡和迅速解体，完全符合我们所研讨的规律。如果认为热力学第二定律对于生物界是不起作用的话，我们就可以天真地认为鸟儿飞向天空是因为它已经完全否定了地心吸力的规律。

任何物理学定律都没有像热力学第二定律那样，顽强地经历过多方面的挑剔和考验。这在某种程度上也说明了，生命是一种竟然能动摇这个“万应”规律的非常偶然的现象，并诱发人们去推测，在自然界中除了这一规律以外，也许还有另外、尚未被人们认识到的规律在起作用。

这里我们不妨引用艾尔文 · 什列金格尔（Schrеdinger）^⑥在《从物理学角度来看什么是生命？》—书中有关这方面的一段话。他说促使他动笔写这本书的唯一原因是：“……有生物的活动，尽管是以迄今已有的物理定律为基础的，可是，看来，也遵循着迄今尚未被人们了解的物理规律，这些规律一旦被人们所发现，就将成为生命学科学中不可缺少的核心部分，就像前者是物理学的不可缺少的部分一样。”这个意见正好是以上三种观点中的第二种观点。确切一点说，什列金格尔发现了解决这个问题的纯物理途径，并进一步肯定了新的尚未被发现的定律应该建立在统计学的基础上。

也还可以从不同的角度来看待这个问题，例如可以从控制论物理学的角度来对待这个问题，就像阿尔别尔特（Алвб?рт. Дюкрок）在“控制论物理学”中所写的那样：物理学家在作出有关热熵方面的结论时所依据的所有例子，都具有一个共同特点：“无政府状态体系”（ анархилеские систещв），也就是由独立的无相互关系的组分组成的体系，或者说“没有内在制约的体系”（应该指出，什列金格尔曾把这些体系称为统计学体系）。在一定空间的气体是“无政府状态”的体系。但氢在宇宙空间的积聚会表现出行为的方向性。这里震动起着“富集”作用，使氢向着偶然开始积聚的区域集中。这时不对称度（我们把它称之谓有序性）就终止了它的偶然性而进入了必然性。在这样的情况下＞一切有关或然率的概念就失去意义，因为这时体系的演变过程已经不是偶然的过程，而是有一定规律的过程了。“这是具有反馈作用的体系，该体系中这种过程的规模越来越大；发展成为不可避免。”

于是，热力学区域——“这是由互不相干的独立组分形成的体系”。如果离开这个无组织状态，我们面临的将是“建立一个有组织体系物理学”的问题了。

也可以从生物物理的角度来看待这个问题（热力学第二定律的界限和基础）。不能用热力学第二定律的语言来阐明生命现象，其原因很简单：无法测量生命体系的熵。有生机体对于这个定律来说，就好像是一个控制论“黑箱”，要在输入和输出端上测得熵，这时也可以符合所讨论的定律：输出处的熵高于输入处。但“黑箱”内的情况就不能按照这些数据来判断了。但生物学家认为可以根据这些数据推测，有生物质的特点是具有极高的动态的有序性——不对称性，并能在看来无望（按热力学第二定律的观点看来无望）的条件下，保持这种有序性。当然要以存在能解释这个组织性或不对称性的法则为前提。

物理学定律不会因时间而改变，但也不是盖棺定论，它是一定数量的试验数据的总结，对这些数据抱怀疑的态度，并不是要推翻这些定律，而是要明确这些定律的适用范围。如果试验结果，搞清了该定律在某范围以外就失去意义的话，就要争取去研究出一个新的定律来，它能适用于较宽阔的现象范围，原来的定律只作为个别现象包括在其中。

热力学第二定律的情况又稍有不同了。一开始我们应该指出它与一系列在时间方面对称的其它物理定律中的独特性，它在时间上恰恰是不对称的。勃里留安写道：“生命和热力学第二定律正好是时间不可逆的两个重要例子，这说明它们之间某种内在的联系。”这个规律说明了自然界所能看到的一种倾向——退化的倾向、无序性增大的倾向。由于界限明确了，形成一个能阐明对立倾向（向组织性、不对称性、发展）的新物理定律的必要性更加明显了。面临的问题，不光是充实现有的定律，而是要建立一个新的定律。

生物学的“本来面目”

于是，从无生命到有生命的飞跃，意味着对称性分子结构向不对称分子结构的过渡。保证有生物质最大的活力和组织性。肯定了这一点，就可以一举两得：可以摔开“隐德莱希”来阐明生命现象，同时填补了生物界与无生自然界之间的空白。不对称性是作为有生体系生物空间组织性的度量登上生命科学舞台。热效应和热力学效应在这里就微不足道了。由于一定合成机理、新陈代谢的高速度（“代谢旋风”）以及排除编码错误的分子的能力，有机体就能保持自己的不对称纯度。

如果有机体不能保持与“中性”对峙并及时排除编码错误的分子，将会出现什么情况呢？

曾经假说：这些错误编号的积聚会引起肿瘤，这种设想还有待于实验的检验。

不对称性不仅在分子水平（氨基酸、核甙酸）上，在生物聚合物（蛋白、脱氧核糖核酸）上或在细胞水平上都已被人们所了解。表现在有生机体大脑及内脏器官的功能、部位及结构中，不仅决定着有生物质的静态结构，还决定着结构过程（及这一过程的调节），甚至还表现在大多数有生机体外部对称结构（取决于地心引力条件下保持平衡的必要性）中。“左撇子”、或“右撇子”——这显然是因为对称被破坏的现象，它使有生物免于成为布里丹（Buridan）笔下优柔寡断的驴子——对称的牺牲品^⑦。

即使是生物系统的数学统计也竟然是不对称的、“单偏”的，正如尤 · 柴可夫斯基（Ю. Чайковский）在《令人惊叹的不对称》一文（刊于Знаниесила 1981，2期）中所写的“我们的世界，是一个不对称的世界，单偏的世界、然而却是令人惊叹的、合理的单偏”。这是他下的结论。我们的世界，尤其是生物界是不对称的，也就是说它具有如此复杂的动态有序性，以致世上最深邃复杂的想象都将为之惊讶。

我们认为，生物学首先应该克服来自偏见的错误，克服认为不对称就是混乱的错误见解。

然而，什么叫不对称呢？如果要去问物理学家的话，他也许会嘟嘟哝哝含糊其词地说：“不对称那就是……当失去对称的时候……”。你要是一定打破砂锅问下去，他一定会先从对称讲起。

对称——当前物理学中最热门的课题，是当代理论物理学迷宫中的引路线。它不仅是物理学规律的对称（在保持形式的条件下，规律是可以改变的，或者说对于一定的变化来说，规律是对称的），而且也是作为对称本身的规律。规律是在多变现象中统一的东西，也就是在多变的世界现象中保留下来、对称的东西。

如果你提醒这位物理学家：我的问题是要搞清什么叫不对称。那么他就会对你说，不对称就是对称被破坏。每当在理论中，或直接在认识对象中发现不对称的时候，研究和考察就会达到一个新的、更深入的水平，似乎已经消失了的对称又会重新出现。从物理学家那里不可能得到更多关于不对称方面的知识。在物理学概念中，不对称是纯属否定的东西。对称表示平衡，不对称意味着平衡被破坏；对称是指变化着的客体中某种性能的保持，不对称则表示没有保持；对称表示有次序，不对称则表示没有次序。

奇怪的是，如果在生物学中我们必须把不对称也理解为“失去”的话，那么它就将意味着“失去”及“死亡”了。这绝不是词的双关含义。因为活的及死的、不对称的及对称的是一个整体相互矛盾的两个面，正如苏联人惯说的：是一块奖章的正、反两面。

科学和当代科学方法可以解释整个世界和生物界，其中就包括从“相互对立的面”去解释阐明世界和生物界：时间一一空间，运动——静心，变化、发展——保守，生命——死亡。于是，恰恰在生物学中企图用一般科学方法来解释生命现象时，就首次暴露出它的局限性，更确切些说是片面性。关于“什么叫科学”这个问题，一般解释为是：科学把我们的知识加以条理化、形式化。这样的解释就生物学来说，就显得非常不够了。生命科学把我们置于这样的事实面前：形式化（及对称化）——这只是科学的一个方面，为要搞清生命问题还应该看到它的另一面——活的一面。只有把“隐德莱希”放进科学里去，才能用无生物的科学语言来阐述有生命科学，也就是牺牲科学的科学性。这将是一个极反常的情况：从科学的界线以外引出科学方法，就会转向谬误！

生物学向科学提出了一个新的任务：建立一个新的、能阐明自然界存在的向组织性、不对称性发展倾向的规律，一个新的科学方法。新的方法与现有的大多数方法相对立，并与之相对抗，然而，这种对抗的结果并不是推翻现有的方法，而是将它们合成为新的方法、新的原理。

但在合成以前必须首先搞清楚什么叫不对称。

[Знαнue-cuлα，1982年第6期]

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① 隐德莱希（Знтерехия）——亚里士多德的哲学术语，表示他对发展看法所持的目的论原则；在唯心主义的活力论中，它指所臆造的神秘的非物质的“活力”。

② 普利什文（Мих Мих Пришвин）俄罗斯哲学、抒情诗、散文小说作家（1873~1954）。

③ 海森别尔克（Heisenberg）西德物理理论学家（1901~1976），也是量子力学的创始人之一。

④ 巴斯德（Pasteur）法国学者，（1822~1895），是现代微生物学和免疫学的奠基人。

⑤ 里昂·勃里留安（Brillouin），法国物理学家（1889 ~ 1969）。有大量的著作，包括量子力学、电磁学、放射性物理学、自然科学哲理等方面的论著。

⑥ 艾尔文·什列金格尔（Schr?dinger）是奥地利理论物理学家（1887 ~ 1961），是量子力学创始人之一。

⑦ 布里丹（Buridan）法国立理哲学家（1300 ~ 1358），他曾经描写在一头驴子相等距离的左、右两侧放着各一束稻草，由于犹豫不决，不知该吃那一束，终于成了对称的牺牲品，饿死了。