从性和睡眠到老化和异化，对于整个生命世界而言，仍有大量未知的问题未解决。然而，什么是最大的目前尚无法回答的问题，以及我们如何才能尽快解决它们呢？本文是今年9月4日出刊的《新科学家》杂志提出有关围绕生命现象的十大问题。
1、生命是如何起源的？
1953年，有一组实验显示，构成生命的一些成分如氨基酸，可以在原始地球所处的气候条件下自发形成。据此，科学家们认为：早期的海洋是生命形成的“原始孵化液”。
坚持这种观点的科学家还认为：生命的诞生需要大量的水存在。但50年来对于生命诞生的细节过程还不甚明了，如我们还不清楚简单分子是如何在原始孵化液中形成今天的DNA和蛋白质。其实这与经典的蛋生鸡还是鸡生蛋的问题本质一样：DNA编码蛋白质，蛋白质催化化学反应复制DNA。其中一个怎样先于另外一个而独立存在呢？
有一种学说认为：最先的基因组其实是由RNA组成的。RNA可以像DNA那样组成核苷酸链，但是它的化学特性与DNA有点不同，RNA可以催化一些化学反应，而并不需要蛋白质的存在。这种自我供给的RNA后来逐渐被我们称之为DNA的物质所替代。
但另外一种目前比较盛行的观点“新陈代谢最先起源论”则认为：在形成可以自我复制的分子之前，必须存在一些化学反应，能释放能量供生命诞生之所需。根据他们的模型所得到的研究结果，这些科学家认为：生命最初诞生于深海热液出口附近的黄铁矿。
生物学家们关注的另外一个核心问题是，组成生命的最基本成分如何以有效浓度相互碰撞、发生反应，进而形成更复杂的诸如蛋白质和核酸这样的分子。研究者们推测：某些矿石的表面具有化学粘性，从而成为生命最初起源的孵化器。这类矿石最有可能便是粘土，也可能是海水蒸发后在大气中形成的水滴，或者一些岩石中的缝隙给生命最初的起源提供了场所。
探讨生命如何起源的关键问题之一是弄清楚生命何时起源，这样才能更好地了解生命最初形成的环境条件。当然说起来容易，做起来却难了。一些研究者认为38亿年前的岩石中有生命形成的痕迹，而其他的人却认为直到27亿年前才显示出有生命的存在。
然而，还有一种观点则认为：生命根本不是起源于地球，而是来自于小行星或彗星中的太空微生物。已有实验证实，在太空中存在组成生命的基本化合物，包括氨基酸在内。另外，研究发现微生物在星际旅行中能存活下来。但是，无论地球上的生命来自何方，这种观点仍然没能解释生命在最初的起源地如何诞生。
——克莱尔·艾恩斯沃思（Claire Ainsworth）
2、地球上究竟有多少种生物？
地球上有很多生物至今并未被列入统计范围。自从卡尔 · 林奈斯（Carl Linnaeus）250年前设计出一套能对生物体进行命名和分类的系统以来，科学家正式描述和命名的种类大约有170万种。我们都知道有很多未知种类的生物体生活在地球上，但是具体到底有多少并不清楚，估计有500万到1亿种。
过去两年里，生物进化学家已启动了一个大的研究项目，以期弄清楚地球上到底有多少种生物。
估计数字之间如此大的差异并不是由于最终的统计结果本身造成，而是在理解生活在某地的某类生物所实际遵从的标准不同的缘故。这类标准是保护生物学、进化生物学和生态学形成的基石，但是这方面的知识迄今严重不完整。
未知种类的生物体到底有500万种还是1亿种呢？生物学家试图通过详尽的标本信息来推断出一个最接近的数字。20多年前，史密森尼安研究所的昆虫学家特里 · 欧文（Terry Erwin）在巴拿马热带雨林用杀虫剂对19棵树进行喷洒，然后计数从树上掉下来的昆虫。欧文认为：如果其他树上的昆虫种类和这些树类似的话，估计世界上大概存在3000万种昆虫。但最近，新几内亚的研究人员在报道同一种昆虫常以几种不同类型的树木为食。这样估计下来大约只有500万种昆虫。
我们肉眼无法看到微生物的存在，到目前为止，被描述过的微生物仅有几千种。但是当遗传学家把一系列微生物的基因序列进行比较后，却发现微生物的种类极其多样化。两年前，英国纽卡斯尔大学的托马斯 · 柯蒂斯（Thomas Curtis）教授便利用这种多样化计算出，一克泥土可能包含6400～38000种细菌，而一吨泥土则可能生存有400万余种细菌。
明确地球上生物的种类，让我们更深入地了解生物多样性的日子已为时不远。现在有几个科研小组正计划将生物体的分子生物学特征和形态学特征结合起来，对生物体进行收集并对其分类。这种分类学所推崇的大通量方法以前未曾尝试过，应该可以弄清楚原来一直不甚明了的多样性物种的数目。一旦这个计划得以实施，关于地球上到底生活着多少种生物的问题，将在20年内就会有一个令人满意的答案。
——格雷厄姆·劳顿（Graham Lawton）
3、人类是否仍会不断进化？
人类和其他动物不同：人类能通过避孕来控制生育后代的数目；人类可以利用药物来维持生命和延缓死亡；人类有能力合成自己的DNA。这就使我们倾向于认为：人类发展的速度已经超越了进化的速度。这种想法听起来很诱人，但实际上是错误的。
进化建立于两种基础之上：遗传变异和选择。
更通俗的说法就是人类的变异。这种变异来源于基因的突变，而突变一直贯穿于整个进化过程，在今天仍然以同样的速度在我们周围发生。
那么选择又是什么？当今人类似乎的确避开了自然选择规律而蜿蜒前行。衡量适合度好坏的标准已经不再只是能存活并进行繁衍——现代医学使得人类可以克服那些一度致命的疾病和创伤的威胁。生殖和避孕技术的发展使得生育只是一种选择，而不是用来衡量适应度的指标。同样，雌雄淘汰的力度也已经削弱，因为大量的媒介会对我们的审美观产生强烈的影响。另外，漂亮的外表和生殖力之间并没有必然的联系。
可是，仍然有一些人为的选择影响着人类，这种选择的力度常与动物的驯化和植物的改造有关。显然，我们的基因组的进化过程，并不像我们祖先培育高产量麦子或微型狮毛狗那样系统化，但是这两者之间有类似之处：许多人类的特性是人为选择后才存在下来的。
眼镜的发明使得近视增多，乳品业让许多人得以消化乳糖，石具的使用使我们最早期的祖先在肌肉不发达的情况下增加体能。所有这些以及其他数不胜数的发明已经影响到我们的基因库。
除人为的选择外，另外还有些因素也在影响我们的基因库。人类的很多举措正在不断改变环境、影响气候、污染社会，从而给新疾病的产生提供了温床。这些改变必将推动人类的进化。
我们可能会认为：遗传技术的发展将使人类能够掌控未来，但这种发展实际上也可能使人类朝着一个无法预知的方向前行。认为人类可以将基因组完全研究清楚的想法有点狂妄自大。目前我们对于基因之间的相互作用知之甚少，任何试图对精子和卵子进行基因改造的研究完全可能导致无法预知的结果。我们能确信的是，人类的基因库正以更快的速度改变。但是进化的进程会将人类带往何处，这仍然是一个谜。
——凯特·道格拉斯（Kate Douglas）
4、我们为什么需要睡眠？
人的一生中有三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠的缺乏比饥饿更容易使人死亡。睡眠似乎是生物赖以生存的基础，所有动物都进行睡眠，即使在培养皿中培养的神经细胞都会自发地进入一种类似休眠的状态，然而我们并不知道睡眠的意义到底何在。
当然关于睡眠的意义有几种学说，从认为睡眠是用于恢复体能的理论，到认为睡眠是用来处理记忆过程的理论。但是，这些理论没有一个得到证实过。睡眠研究者一致认为：关于睡眠的意义目前并没有满意的答案。
导致目前这种状况的原因，部分是因为睡眠由两种不同的状态组成：快速动眼睡眠相（REM）和非快速动眼睡眠相（non-REM）。在快速动眼睡眠相期间，眼球快速转动、大脑高度活跃，做梦大多发生在这一时期；而非快速动眼睡眠相是一种睡眠程度更深的无意识状态。这两个时相彼此完全不同，可以肯定它们的功能也不一样。不过它们在某些方面会有交叉——在自然入睡状态，非快速动眼睡眠经常紧跟着一个快速动眼睡眠相，因此它们的功能可能与某种方式相联系。
虽然睡眠的作用并不清楚，但有一点却很明了，那就是睡眠能满足大脑所需。一方面我们知道动物需要睡眠，而植物并不需要。另一方面我们知道除大脑以外的其他器官，诸如肌肉和肝脏并不需要睡眠，但这还不足以说明睡眠是为大脑所需。直到今年，研究发现大脑也参与睡眠过程才使这点明朗化。
了解大脑参与睡眠后，研究者们开始一致认为：非快速动眼睡眠相是大脑对遭受自由基和代谢毒性物损伤的部位进行修复的时期。身体其他部位的器官采用去除或者替代受损伤细胞的方法修复自身；而大脑却并不如此，它就像晚间修复公路的维修队，把自己封闭起来，在安静的环境里进行自己的修复工作。
已有一些证据支持这种学说：一个证据是一些代谢率高的动物，比那些代谢率低的动物更容易遭受自由基损伤，而睡眠时间也更长；另一个证据是丧失睡眠能力的老鼠，大脑常有很大程度的氧化性损伤。另外，今年在基因表达研究方面证实，大脑在睡眠时期会积极开放一些基因参与蛋白质合成和膜修复。
但快速睡眠相又有什么功能呢？有些研究者提出是用于大脑对在非快速睡眠相期间完成的修复工作进行检测；而另外一些学者却认为：它与早期大脑发育有关。但是具体如何我们还不清楚，看来关于睡眠功能的研究任重道远。
——格雷厄姆·劳顿（Graham Lawton）
5、智能体的出现是不是进化的必然结果？
人们更乐于认为：人类的智能是进化的颠峰之作。但是，如果我们不从有利于人类方面去考虑，就会意识到：智能的出现只是对环境的另一种适应而已。它在进化过程中的出现，只是因为它在特殊的生态环境中最适合生存。
智能是由不可预知的环境促使生物进化的结果。如果一种生物体生活在一个可以预测的环境中，它就可以凭借直觉和本能生活。但是如果动物生活在一个不断变化的环境中，就需要它能随机应变，能对新的环境进行权衡并据此采取行动。这就是智能产生的由来。
但是否就意味着，一旦出现生命体，智能方面的进化就不可避免呢？事实上并非如此。自然选择只青睐于那些使物种的得益高于所付出代价的特征；而智能的获得却付出了相当高的代价。最初，大脑只是一个气囊。在人类，大脑的能量消耗占总能量需求的20%，体积却只占身体的2%。同时智能的获得也使我们丧失了一些本能的反应能力。新生动物具备本能的生存反应，在某些情况下可能比那种必须想出最好的方式才行动的动物更有利于生存。智能似乎给生物体带来了其他一些缺陷，只是目前还没被确认。关于智能所带来的缺陷，去年就有一项研究报道——人工培育的智能型果蝇在食物缺乏时生存力降低。
尽管如此，在地球上的生命进化期间，智能在许多方面给物种带来的益处，无可置疑地超过了丧失部分功能所付出的代价。这就是为什么即使最简单的动物行动起来也很敏捷，标志着它具有一定程度的智能。但是人类的创造力和这些智能有着本质的不同，这种类型的智能是否也是进化的必然呢？
情况可能的确如此。就如同智能的出现是生物在进化过程中对不可预知的环境适应的结果，智能通过其产生的复杂行为使之也具有某种程度的不可预测性，因此有正反馈作用的存在。这就是为什么一种动物的行为会强烈影响其他动物的生存。这种现象可以解释：为什么社会型动物如倭黑猩猩和苏格兰乌鸦都普遍具有智能。
人类最终也是社会型动物，我们改造世界，并且创造了一个日新月异的环境。但是正反馈肯定不能解释所有的现象，一定还有另外一种因素参与人类智能的进化进程。如果让历史重演，是否仍会出现一种生物，有着我们独一无二的智商，能使用复杂的语言和工具，并具备典型的标志和道德观？在不到40亿年的进化过程中，要使这么多特征集中于一种生物身上，发生几率非常小。当然这并不是说即使给予足够长的时间，这种进化过程也不可能再次发生。
——凯特·道格拉斯（Kate Douglas）
6、何为意识？
对意识进行描述相当容易。意识就是一种清醒的状态，一种感觉的具体化，能够感知自己，并且明白自己和周围事物的不同之处。它也是对连续不断流动的思维、图像和声音的记载和叙述，也就是意识流。但是这个问题最重要的一点是我们如何感知自身的存在。
问题就在于此，从科学的角度来看这是一个很难回答的问题，因为意识完全是属于主观性的东西。这就是为什么长期以来意识的研究都属于哲学和宗教的范畴。但是现在生物学家也开始了对意识的研究，特别是神经学家。一些学者希望大脑的成像和电记录可以揭示“神经与意识的相关性”。也就是说，我们应该在人们处于清醒状态的时候了解大脑的活动，而不是在无意识状态时去了解。
目前在神经和意识相关性的研究上已经取得了一定的成果。但关于清醒状态时大脑是如何进行活动的，仍然不甚明了。我们可以肯定，清醒时并不只有大脑的一个区域在活动，同样当人丧失意识时，也不只大脑的一个区域处于静止状态。与意识相关的神经元活动并不存在某种简单的阈值，可以标志有意识与无意识这两种状态的转换，也没有某种类型的神经元活动或神经化学反应总是与意识相伴随。
即使你相信意识来自大脑（并不是每一个人都会相信这点），并且发现大脑的某种活动形式与意识体验相关，但关于意识到底意味着什么的问题仍然没有解决。为什么任何意识都可通过神经元的活动表现出来？为什么在手指上扎针会感到疼痛？为什么红玫瑰看起来是红色的？
这些现象让意识的研究成为了“难题”，一些人正试图用“意识是活跃的神经元网络形成的一种特性”来解释这个问题。换句话说，他们认为意识来自于神经元之间的相互作用，而不是来自于神经元本身。不过这种解释好像偏离了问题本身。更进一步，这种“解释空白”导致许多稀奇古怪的理论纷纷提出有产生意识的量子理论，认为产生意识的关键是与其同时发生的不稳定脑电波的数学解释理论，以及诸如此类的说法。
部分人认为：这个问题永远也不可能有答案，因为我们的大脑很难理解自身所产生的意识。另外，一些研究者则认为：意识只不过是大脑产生的幻象。
——海伦·菲利普斯（Helen Phillips）
7、性现象对生物体意味着什么？
性细胞并不是普通意义上的细胞，100多年来生物学家一直沉迷于对它的研究，并且乐此不彼。
为什么生物之间存在性现象？尽管这种现象并不神秘，多细胞生物进行有性生殖，99.9%认为这是把基因传递给后代，并且确保它们有足够变异度的最好方式。不过这种观点有一个不足之处，按照这一说法，如果从即时效应和短期效应来看，有性生殖纯粹是一种浪费。
让我们试着想象有一群鱼生活在湖中，为了生存彼此竞争着有限的食物。由于鱼进行有性繁殖，因此生育的下一代都有雌雄之分。而这些子代又会反过来和原来的鱼竞争有限的资源。现在我们再假设，其中有条鱼知道如何进行无性生殖，这样她所有的后代都是雌性，而这些雌性后代不用浪费雄性资源，便能及时繁衍出自己的雌性后代。数代之后，这条鱼的后代在数目上就会超过那些需要进行有性生殖的对手，从而促使它们逐渐灭绝。在日复一日的生存斗争中，有性生殖已经不再有利于生存。
当然，从长远的观点来看，这种说法并不确切。如果没有有性生殖随机带走一些遗传改变，发生在生物物种中的有害突变就会累积起来，从而迅速导致物种的灭亡。历史上大多数无性生殖的物种仅仅存在了几万年。不过这种说法还不足以解释为什么目前有性生殖广泛存在的现象，因为自然选择并不关注未来的许多代所发生的事情。为了取得生存斗争的胜利，有性生殖必须表现出它的有利之处，从而让生物体稳定地生存下去。
那么有性生殖是如何帮助物种赢得生存斗争的胜利呢？有关这一问题存在着很多观点，但绝大部分观点都认为：有性生殖能使物种发生变异，从而有利于这些物种的生存。因为物种生存的环境常随时间和空间的改变而改变，只有那些能迅速适应环境的物种才能保存下来。为了说明适应环境的重要性，举得最多的一个例子就是宿主和寄生虫之间无休止的竞赛现象。如果这样理解，问题就迎刃而解了。除此之外，就没有人能够解释为什么自然界中有性生殖占绝对优势。
也许有一种说法可以解开这个谜。性现象无处不在，并不是因为它在短时期内有利于物种的生存，而是因为一旦发生便很难舍弃。一些生物学家认为：产生精子和卵子的细胞分裂在很早期的生命史上就已经出现，只是两者结合进行生殖却是以后才发生的。他们指出：性已经深深烙印在生命体的操作系统中，要摆脱它是根本不可能的事情。这种观点有可能便是有性生殖为什么存在的答案，但是并不完整。在某种程度上这种说法又提出了一个新的问题：有性生殖最初是如何产生的？这个问题又足以让我们探讨100年。
——格雷厄姆·劳顿（Graham Lawton）
8、人类是否可以阻止衰老的步伐？
没有人会真的相信他们可以长生不老，但绝大多数人都乐于听说可以不受衰老之苦。但目前的问题是——我们并不充分了解衰老是怎样发生的。
传统的观点认为：衰老是由于随机发生的损伤不断积累所致；而能损伤人体的物质主要有自由基和食物变质后产生的有毒物质。
基于这些认识，一些研究者正在试图通过消除自由基来抗衰老。维生素和食物中的天然抗氧化物似乎有一定功效，由此促使了保健品行业的兴起。另一种观点却认为：减少食物的摄入可以减少有生之年氧自由基的数目。研究发现，半饥饿状态的老鼠寿命长于营养充足的老鼠。于是一些人将食物的摄入量减少为原来的1/3，并且长期维持下去，以试图在自己身上试验。最近一项小规模的调查研究表明：减少食物摄入的方法似乎的确可以减少心脑血管疾病的发生，但长期效果如何并不清楚。另外，很少有人能长期忍受饥饿和疲倦的折磨。
此外，一种关于衰老的观点则认为：它是一种程序化的变性过程，以缓和其与后代竞争的局面。支持这种理论的人指出：最近有研究表明，剔除daf-2基因或其类似物，可使改造过的线虫、果蝇，甚至小鼠的寿命延长。daf-2基因编码一种激素受体，可调控生物体的多种功能。这些研究表明，由daf-2调控的通路是程序性衰老的关键性开关。但是基因影响衰老的过程并不是特意改造后才发生的，所以，这项研究结果与随机损伤的理论并不矛盾。
然而，关于daf-2的发现却为衰老的预防研究点燃了希望之花，它提示可以采用一种相对简单的方法来延长预期寿命。当然，对动物的有效方法不一定对人类有用。但是在小鼠身上发现的控制衰老的通路无疑对人类来说是一个福音。
爱达荷大学的斯蒂芬 · .奥斯达德（Steven Austad）肯定也认为这项发现给延长人类的寿命带来了希望。他认为某些生活在2001年的人到2150年仍然会活着，并且还将保持清醒的意识。他还就这一看法和同事打赌，赌金高达5亿美元。“我相信自己肯定会赢。”奥斯达德说。
——克莱尔·沃森（Clare Wilson）
9、生命是什么？
乍看之下这是一个很简单的问题，毕竟当我们看到生命体的时候便知道它是什么。只是当你试着去给生命做出准确的定义，便发现并不那么容易。
当然我们可以描述生命体的行为，但这并不足以用来定义生命。例如，生命体吸入氧气、排出二氧化碳，而车辆同样如此。另外，生命体可以复制并且不断进化，某些计算机程序也可以做到，但有些生命形式如骡子和绝经期后的妇女却无能为力。几十年来，生物学和哲学领域的精英们力图总结出一个放之四海而皆准的标准，使其适合地球上的生物或者其他任何地方可能发现的生命体，但是一直没有成功。
如果现在对各种生命的定义进行投票表决，最受欢迎的可能是由葛莱德 · 乔伊斯（Geraland Joyce）在10年前提出的关于生命的定义。乔伊斯就职于加利福尼亚La Jolla的斯克利普斯研究院（Scripps Research Institute），他认为：生命就是通过自然选择后，可以不断进化的自给自养的化学体系。这种定义抓住了地球上生命体特征的精髓，但批评家担忧地指出：这种定义并不能涵盖所有可以被称之为生命的个体。
给生命下一个完整的定义如此之难，是因为我们只有一种生命模式可供参考。地球上所有的生命体都来自于其共同的祖先，没有人知道组成现有生命的膜、蛋白质建立在碳基础上的生化代谢，以及诸如此类的结构是不是生命体必不可少的成分，亦或只是历史进程中的偶然事件。就像一些专家所指出的：现在要定义生命，就如同在只有一种脊椎动物供参照时却要我们去概括哺乳动物如何组成一样。我们需要有另外一种生命形式来与地球上的生命体相比较。
几年之内，另一种生命体可能会出现，但它不是来自于其他星球，而是产生于地球上实验用的试管中。目前，全球范围内有几个研究组正试图从头开始合成生命体，他们努力的结果可能会产生一种完全不同于我们所熟悉的生命体的个体。例如，就职于新墨西哥州的洛斯 · 阿拉莫斯国家实验室的斯蒂恩 · 拉斯姆森（Steen Rasmussen）研究出一种由脂肪颗粒组成、而不是由液体组成的具有膜结构的细胞。另外，威尼斯的ProtoLife公司旨在从一大堆化学分子中不断筛选出最类似于生命的特征物，以便确保可以重新创造生命。如果这两个研究组中任一个取得成功，我们就有可能从全新的视野去看待生命到底意味着什么。
——鲍勃·霍尔姆斯（Bob Holmes）
10、其他星球也有生命存在吗？
这是一个很棘手的问题。让我们将它变换一下：你认为其他星球上有生命存在吗？如果你认为地球比较特殊，那从目前的科学发现来看，你完全可以回答“没有”。因为目前还没有任何确凿证据表明其他星球上有生命体的存在。但如果你认为地球只是银河系里一个毫不起眼的蓝色小点，不会有任何特殊之处，那同样有证据支持你的观点。
但这个问题的答案并不是凭个人喜好或者看法来决定的。英国皇家宇航员马丁 · 瑞斯（Martin Rees）认为：这个问题其实是目前科学界面临的首要问题。
生命是如何起源的？生命的起源只是进化过程中的一个偶然事件，还是自然界按照客观规律运行的必然结果？迄今为止我们并不清楚。
当然，科学历来不喜欢留下空白，因此科学家们按照个人喜好选择了一些证据，以此为基础提出了很多观点。其实寻求一种能被大众接受的观点，就像统一大家的裙子长度一样难。20年前盛行的观点认为：生命的起源需要一定的条件，不太可能广泛存在于地球以外的星球。而最近更流行的说法是：生命的出现是必然的趋势，整个宇宙可能正充满了各种生物体。
从科学的角度来讲，这20年内地球有什么改变？答案是几乎无任何变化。但这种利用数学概率来解决问题的方法碰巧比较盛行，于是我们在这里采用这种方法：试想宇宙广袤无垠，环境各种各样，生命肯定曾一度形成。当然你可能会争辩说生命产生的几率非常小，而地球只能是唯一有生命存在的星球。
然而，事实上位于加利福尼亚州山景城（Mountain View）的外星智慧生物体研究院40年来并没有发现任何定性的结果。鲸鱼座T星曾首次被认为适合生命生存，但最近有研究宣称它周围有很多彗星，不利于生命形成。即使我们在火星上发现了生命的痕迹，我们仍然不能下任何结论，因为红色的星球上有些陨石也可能来自于地球。
说来说去，其他星球上的生命我们指的到底是哪一种呢？是应该寻找类似于地球上以碳为基础的生命个体，还是其他的生命形式？如果我们对生命还没有统一的定义，讨论其他星球上生命是否会形成和存在，只会越来越令人迷茫。因此目前似乎可以将其归结为另一个问题：你希望星球上只有人类独自存在吗？
——米歇尔·布鲁克（Michael Brooks）