一个物理学家的视角思考生物学问题
繁衍和遗传是生命存续的基础,要想了解生命是什么,这是个绕不开的话题。薛定谔认为,生命用来繁衍遗传的物质,也就是所谓的基因,肯定是一种非周期性晶体。
可为什么生命要这么大呢?答案其实很简单,如果原子的数量太少,根本就没法组成稳定的生命形式。绝大多数经典物理规律,其实都是统计学意义上的规律,这些规律并不适用于单个或者数量较少的原子。
所以,一个生命要想存在,就必须足够大,才能让物理规律为它最基本的生理活动保驾护航。微观粒子的数量越大,物理规律作用的精确度就越高,只有精确到一定程度,生命才有可能出现。
但这时候问题就来了,科学家们通过观察细胞里染色体的大小,推断出基因的体积一定也很小,可能只包含1000个原子,也可能更少。
作为一名量子力学大师,薛定谔大胆预测,基因中的原子都由量子力学中的一种叫作“海特勒-伦敦力”的化学键相连接。
但光稳定还不够,要想作为生命的遗传物质,基因还需要存储大量的遗传信息,而一般的晶体没法做到这一点。那薛定谔认为,基因不是一般的晶体,而是一种特殊的非周期性晶体。
后来的研究印证了薛定谔的猜想,当DNA向世人露出它的面纱之后,人们惊奇地发现,DNA分子完全就是薛定谔预测的那种非周期性晶体。它以极小的尺寸维持了自身的稳定,并携带了大量信息。
生命的演化可以分为两面,一面是稳定,通过非周期性晶体的稳定性,生命可以保证将自己的遗传信息一代代地传递下去;另一面则是变异,正是变异让进化成为可能,让地球生命从最原始的单细胞生物演化出今天的亿万物种。
基因突变十分重要,但反过来说,突变的频率也不能太高,它必须是一种稀有现象,这样才符合生命演化的客观要求。
这时,稳定与突变之间的平衡极其重要。而薛定谔敏锐地发现,其实量子力学可以给出完美的解释:基因突变其实就是由基因分子中的量子跃迁造成的。
薛定谔预言,基因分子是一种由同分异构元素组成的非周期性晶体,因为这样可以以尽量少的物质储存尽可能多的信息,而基因突变其实就是基因分子吸收能量,发生量子跃迁,从一种同分异构体变成另一种同分异构体的过程。
同分异构体的不同分子可以都很稳定,总能量都很低,彼此之间也没有相互转化的趋势。这是因为从一种构型转变为另一种构型,必须要经过中间构型,而这个中间构型的能量比两者都高。
突变要想发生,就得从外界获得超过特定阈值的能量,而基因分子发生跃迁的能量阈值恰好很高,所以突变的自然发生率也就很低。
最神奇的是,大自然在选择DNA分子作为生命的遗传物质时,就已经对它跃迁的能量阈值进行了微妙的调整,让基因突变恰好成为一种比较罕见的现象,既不会经常发生,也不会迟迟不来,在稳定和突变之间找到了完美的平衡。
站在生命宏观全局的角度,进一步探讨了生命赖以维持的根本机制。什么情况下我们可以说一块物质是活的?薛定谔的答案是,生命意味着某个物体会主动持续做某种事情,而且这些活动的持续时间,要比那些类似环境下的无生命物质长得多。
薛定谔告诉我们,熵不是什么含糊不清的概念或者想法,而是一个可以测量的物理量。我们也可以把熵定义成“一个系统内在的混乱程度”,一个系统的混乱程度越大,熵也就越大。
这其实就是热力学第二定律所表达的含义:任何一个孤立系统,都会自发朝着最大熵的状态演化,也就是说会自然而然地变得更混乱。
生物的熵增什么时候是个头呢?当生物自身的熵达到最大值时,组成这个生物的所有原子,就会以最混乱的状态重新回归宇宙,尘归尘、土归土,所以很明显,熵增的尽头就是死亡。
那为了延续生命,生物要以负熵为生。那什么是负熵呢?其实也很好理解,既然熵是对系统混乱程度的度量,所以“负熵”和熵就正好相反,是对“系统有序程度的度量”。
那生物又是如何从外界引入负熵的呢?这个过程我们再熟悉不过了,那就是吃、喝、呼吸、睡觉,专业术语叫新陈代谢。换句话说,生物体会通过新陈代谢,向自身引入一连串负熵,来抵偿由生命活动产生的正熵。
有机体有一种惊人的天赋,能将秩序和有序集中到自身,或者说能从适合的环境中“汲取有序性”,从而避免它的原子衰退到混乱之中。从这个角度来看,生命之所以神奇,就在于它能在一个永远熵增的世界里不断获得负熵。
现在很多人面对生活选择“躺平”,其实就是在放任生命走向混乱,放任生命的熵增。
以负熵为生,不断从外界获取有序性,努力让自己的生活变得更加清晰有条理、更加积极,这才是面对生活的应有态度,也是生命对我们的必然要求。#熵增#
繁衍和遗传是生命存续的基础,要想了解生命是什么,这是个绕不开的话题。薛定谔认为,生命用来繁衍遗传的物质,也就是所谓的基因,肯定是一种非周期性晶体。
可为什么生命要这么大呢?答案其实很简单,如果原子的数量太少,根本就没法组成稳定的生命形式。绝大多数经典物理规律,其实都是统计学意义上的规律,这些规律并不适用于单个或者数量较少的原子。
所以,一个生命要想存在,就必须足够大,才能让物理规律为它最基本的生理活动保驾护航。微观粒子的数量越大,物理规律作用的精确度就越高,只有精确到一定程度,生命才有可能出现。
但这时候问题就来了,科学家们通过观察细胞里染色体的大小,推断出基因的体积一定也很小,可能只包含1000个原子,也可能更少。
作为一名量子力学大师,薛定谔大胆预测,基因中的原子都由量子力学中的一种叫作“海特勒-伦敦力”的化学键相连接。
但光稳定还不够,要想作为生命的遗传物质,基因还需要存储大量的遗传信息,而一般的晶体没法做到这一点。那薛定谔认为,基因不是一般的晶体,而是一种特殊的非周期性晶体。
后来的研究印证了薛定谔的猜想,当DNA向世人露出它的面纱之后,人们惊奇地发现,DNA分子完全就是薛定谔预测的那种非周期性晶体。它以极小的尺寸维持了自身的稳定,并携带了大量信息。
生命的演化可以分为两面,一面是稳定,通过非周期性晶体的稳定性,生命可以保证将自己的遗传信息一代代地传递下去;另一面则是变异,正是变异让进化成为可能,让地球生命从最原始的单细胞生物演化出今天的亿万物种。
基因突变十分重要,但反过来说,突变的频率也不能太高,它必须是一种稀有现象,这样才符合生命演化的客观要求。
这时,稳定与突变之间的平衡极其重要。而薛定谔敏锐地发现,其实量子力学可以给出完美的解释:基因突变其实就是由基因分子中的量子跃迁造成的。
薛定谔预言,基因分子是一种由同分异构元素组成的非周期性晶体,因为这样可以以尽量少的物质储存尽可能多的信息,而基因突变其实就是基因分子吸收能量,发生量子跃迁,从一种同分异构体变成另一种同分异构体的过程。
同分异构体的不同分子可以都很稳定,总能量都很低,彼此之间也没有相互转化的趋势。这是因为从一种构型转变为另一种构型,必须要经过中间构型,而这个中间构型的能量比两者都高。
突变要想发生,就得从外界获得超过特定阈值的能量,而基因分子发生跃迁的能量阈值恰好很高,所以突变的自然发生率也就很低。
最神奇的是,大自然在选择DNA分子作为生命的遗传物质时,就已经对它跃迁的能量阈值进行了微妙的调整,让基因突变恰好成为一种比较罕见的现象,既不会经常发生,也不会迟迟不来,在稳定和突变之间找到了完美的平衡。
站在生命宏观全局的角度,进一步探讨了生命赖以维持的根本机制。什么情况下我们可以说一块物质是活的?薛定谔的答案是,生命意味着某个物体会主动持续做某种事情,而且这些活动的持续时间,要比那些类似环境下的无生命物质长得多。
薛定谔告诉我们,熵不是什么含糊不清的概念或者想法,而是一个可以测量的物理量。我们也可以把熵定义成“一个系统内在的混乱程度”,一个系统的混乱程度越大,熵也就越大。
这其实就是热力学第二定律所表达的含义:任何一个孤立系统,都会自发朝着最大熵的状态演化,也就是说会自然而然地变得更混乱。
生物的熵增什么时候是个头呢?当生物自身的熵达到最大值时,组成这个生物的所有原子,就会以最混乱的状态重新回归宇宙,尘归尘、土归土,所以很明显,熵增的尽头就是死亡。
那为了延续生命,生物要以负熵为生。那什么是负熵呢?其实也很好理解,既然熵是对系统混乱程度的度量,所以“负熵”和熵就正好相反,是对“系统有序程度的度量”。
那生物又是如何从外界引入负熵的呢?这个过程我们再熟悉不过了,那就是吃、喝、呼吸、睡觉,专业术语叫新陈代谢。换句话说,生物体会通过新陈代谢,向自身引入一连串负熵,来抵偿由生命活动产生的正熵。
有机体有一种惊人的天赋,能将秩序和有序集中到自身,或者说能从适合的环境中“汲取有序性”,从而避免它的原子衰退到混乱之中。从这个角度来看,生命之所以神奇,就在于它能在一个永远熵增的世界里不断获得负熵。
现在很多人面对生活选择“躺平”,其实就是在放任生命走向混乱,放任生命的熵增。
以负熵为生,不断从外界获取有序性,努力让自己的生活变得更加清晰有条理、更加积极,这才是面对生活的应有态度,也是生命对我们的必然要求。#熵增#
▽
明明是假的,却流泪,
比如一部好的连续剧,
一段温馨的故事。
明明是假的,我们却深信不疑,
比如情人间的那句
“我愿为你献出我的生命”。
其实,生命中有一些假的就是很美好的,
或许是这假能触动我们心灵深处的丝丝情愫,或许是这假能为我们保留一份甜蜜的回忆。
有时我们很需要这种假。
#情感[超话]#
明明是假的,却流泪,
比如一部好的连续剧,
一段温馨的故事。
明明是假的,我们却深信不疑,
比如情人间的那句
“我愿为你献出我的生命”。
其实,生命中有一些假的就是很美好的,
或许是这假能触动我们心灵深处的丝丝情愫,或许是这假能为我们保留一份甜蜜的回忆。
有时我们很需要这种假。
#情感[超话]#
▽
因为喜欢,所以情愿,
没有那么多为什么。
珍视你所拥有的一切:
人、机遇以及物质财富。
太阳每天升起又落下,
月亮每天落下又升起。
迎来白天送走黑夜,
送走黑夜迎来白天。
年年如此,岁岁如此。
宇宙天体运行简单至此,
生命亦应简单如此。
活得简单点儿吧!
简单地活着,其实很简单!
#情感[超话]#
因为喜欢,所以情愿,
没有那么多为什么。
珍视你所拥有的一切:
人、机遇以及物质财富。
太阳每天升起又落下,
月亮每天落下又升起。
迎来白天送走黑夜,
送走黑夜迎来白天。
年年如此,岁岁如此。
宇宙天体运行简单至此,
生命亦应简单如此。
活得简单点儿吧!
简单地活着,其实很简单!
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