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第一章 什麼是生命？

電波望遠鏡晝夜不息地掃描著天空。它們總共有四十二個，散開分布在北加州低矮的山脊上。那些白色的碗狀圓盤，像一張張蒼白的臉，協調一致、充滿希望的望向遙遠旳地平線上方某處，如同那裡是外星人回家時的聚集點。很矛盾地，這些望遠鏡屬於「搜尋地外文明計畫」（Search for ExtraTerrestrial Intelligence，SETI）這個組織，它們已經持續對著天空，掃描生命跡象長達半世紀之久，但至今尚無結果。儘管連倡導者對這個計畫成功的機率，都不表樂觀，但是在數年前，當SETI的經費告罄時，來自群眾直接的支持，卻又讓SETI的艾倫望遠鏡陣列重新運作。在我看來，這項計畫正好代表著，人類對於自身處於宇宙中的不確定感，同時也標誌著科學本身的脆弱性：科幻小說裡面描述的科學技術，如此神祕難解，感覺起來科學似乎無所不能，讓我們夢想著自己在宇宙中並不孤單，但是這美夢卻幾乎毫無堅實的科學基礎。

陣列天線就算沒有偵測到外星人，這個實驗還是很有價值。透過電波望遠鏡去尋找外星人，不太可能錯到哪裡去，畢竟，這正是陣列天線的威力所在。到底，我們想從天上找到什麼呢？宇宙中其他地方的生命，有可能跟我們相似到也會使用無線電嗎？其他生命的組成，也是以碳原子為基礎嗎？他們也需要水嗎？氧氣呢？這些問題，其實無關宇宙其他地方如何組成生命；它們是關於地球上的生命，是關於為什麼地球上的生命會是如此。這些電波望遠鏡就像一面鏡子，將問題反問回地球上的生物學家。棘手的地方在於，科學是關乎「預測」的學問。在物理學中，最緊要的問題就是，為什麼物理定律是如此規範萬物？也就是說，什麼樣的基本原則，可以預測宇宙中萬物的已知屬性？生物學雖然比較無關預測，也沒有可跟物理學相匹配的定律，然而儘管如此，演化生物學預測能力之糟糕，還是讓人十分汗顏。關於地球上生命的歷史，與演化的分子機制，我們所知甚多，但是關於這些現象，哪一部分是巧合（也就是說在其他星球，可能完全遵循另外一條軌跡發展）；哪一部分又是受制於物理定律，我們所知卻相當貧乏。

這並不是因為沒有人研究的關係。許多退休的諾貝爾獎得主，以及眾多生物學大師，都曾在此著墨，但是儘管飽學聰明如他們，卻仍無法在彼此之間達成共識。四十年前，在分子生物學啟蒙之初，法國的生物學家莫諾（Jacques Monod）在他的名著《偶然與必然》（譯注：劉鴻珠譯，杏文出版，民六十六年）裡，曾經絕望地說過，地球上會出現生命，只是一場意外，因此在這無限虛空的宇宙中，我們是孤獨的。他以近乎詩歌的文體作結，混合了科學與形上學：

「舊約崩潰了，人類終於覺察自己是孤獨地一個，生存在自己曾經從偶然中誕生出來的、這個冷漠而不關心、而又無依無靠的宇宙茫然的空曠裡。誰都不曾規定過他的命運，也不曾規定過他的義務。但是，他必須獨自個下決心選擇王國樂土或是黑暗的奈何地獄。」

從那時候開始，持反對的意見的人也發聲了：生命誠然是宇宙在化學定律下，不可避免的產生。它應該很快就會出現，而且在任何地方都可能出現。但是一旦生命出現在別的行星上，接下來會怎樣呢？又一次，科學家對此依舊沒有共識。設計上的制約，可能會收斂生命發展的方向，結果不論在何處誕生，都將殊途同歸。比如說因為有重力，任何會飛的動物，都免不了必須輕盈，然後要有類似翅膀的構造。一般來說，生命可能必須以小細胞的形式出現，由許多小單元組合而成，以便保持內在與外面世界不同。如果由這些限制主宰，那麼其他星球上的生命，應該會與地球上的十分相似。反過來說，生命或許由機率主宰也不一定，比如說，生命是星球災難事件的倖存者，像是發生了隕石撞擊地球後，消滅恐龍之類的事件。如果將時鐘調回寒武紀，大約是五億多年以前，那是動物首次出現在化石紀錄的年代。然後將時鐘發條放開，讓它向前走，那之後發展出的平行世界，會跟我們現在的世界一樣嗎？或許，在山巒上爬行著的，將會是巨大的陸生章魚也不一定？

將望遠鏡指向天空的原因之一，是因為在地球上，我們只有一個樣本數。從統計的觀點來看，我們沒有辦法斷論，到底是什麼力量，規範了地球上生物的演化。如果事情果真如此，那這本書就沒有什麼好說的了，而其他所有的書恐怕也一樣。然而，物理定律是放諸宇宙皆準的，所有元素的成分與特性亦如是，化學也因此可信。地球上的生物，有非常多獨特的特徵，像是有性生殖與老化等，幾個世紀以來，讓眾多優秀的生物學家，絞盡腦汁也想不通。不過如果我們可以從幾個所謂的「第一原理」著手，也就是從那些「組成宇宙萬物的化學規則」開始去預測，為何這些生物特徵會出現？為何生命會如此發展？那麼我們就可以再次回到統計的世界。地球上的生物，並非真的只有一個樣本數，事實上是牠們是在亙久的時間裡，為了實用的理由，經過無數次演化。然而，演化論這個理論，一開始卻不是由那些第一原理出發，去預測為何地球上的生物，會發展成今日的樣貌。我的意思並不是說演化論是錯的。它沒錯。我只是說，演化論不具預測性。我在這本書中想說的論點是：確實有些原則，強烈地規範著演化，特別是能量上面的限制，讓我們可以從第一原理出發，去預測生物某些最基本的特徵。不過在我們可以了解這些限制之前，必須先想一下，為何演化生物學不是預測的科學？為何這些能量限制，常常被忽略？以及為何從來都沒有人覺得有問題呢？這些問題，直到最近幾年才開始浮現，而且也只有專研演化生物學的人才有注意到：在生物學的核心裡，有個惱人的不連貫性留在哪裡。

講重點。我們可以把一切歸咎給DNA。很諷刺的一件事情是，開創新時代的分子生物學，以及包含於其中了不起的DNA技術，一開始卻是由一位物理學家所開展的。確切地來說，是薛丁格，他在一九四四年出版了《薛丁格生命物理學講義：生命是什麼？》這本書之後才開始的。薛丁格提出了兩個重點：第一，根據熱力學第二定律，宇宙萬物皆傾向退化，也就是增加熵（失序狀態）。然而生命卻因為某種原因，可以抵抗這種傾向；第二，生命這種回避熵的能力，來自於基因。他認為，遺傳物質是一種「不規則的」結晶，沒有重複性的構造，因此可以用「編碼／工序指令」這樣的方式運作。據說，這是第一次有人在生物性書籍中，使用這種說法。薛丁格本人假設，這種近乎結晶的物質，一定是蛋白質，而與他同時的大部分生物學家，也都同意這種看法。但是，在隨後狂飆的十年內，克里克跟華生就確認了，所謂結晶物質是DNA。一九五三年，他們在第二篇發表在《自然》期刊上面的論文中說道：「因此，鹼基的精確序列看起來像是編碼，攜帶著遺傳的資訊。」這句話就成為了今日分子生物學的基石。今日的生物學，資訊是主角；基因序列就排列在電腦矽晶片中，而生命的定義，就是把資訊轉移出去。