化学与生命

生命与化学之间究竟有什么关系？美国医学家、诺贝尔奖获得者科恩伯格（A.Kornberg）就提出了“把生命理解为化学”这一著名论点。对此，我们不妨从以下这三方面来理解。

1.生命是化学演变的产物

所谓演变，就是一系列的变化，其中最重要的就是化学变化，因为唯有化学变化才会产生新的物质。生命实际上就是化学反应的产物，就是由非生命的物质经过长期的化学进化演变而来的。有些生物学家把生命看成是一系列的过程，从化学的角度来看，生命过程就可以看成是一系列的不以生物体意志为转移的化学反应的过程和传递化学信息的过程，这也正是化学进化的过程。所以要真正地了解生命，就必须首先从了解生命中的化学元素及其变化开始。

曾有人说过：“用物理作用可以解释化学现象；用化学作用可以解释生命现象；用生命作用可以解释心理现象；用心理作用可以解释社会现象。”对生命的化学进化而言，化学作用的因素远比物理的乃至其他的因素要来得重要。生命科学家已认识到：生命现象只能在分子的层次上用化学作用来加以阐明。但问题是，化学如今是否已能完全地解释生命？至今，这仍然是一个任重道远的问题。

2.在化学的催化下，生命还在变化中

有人问道：“人类起源于猿人，那么什么样的人类将起源于我们？”这确是一个值得研究的课题。在地球的演变史上，生命的进化是从来没有停止过的，何况当今的人类还在不断地创造出数不胜数的新的化学物质来影响着生命的进化甚至也可能正在导致生命的退化，尤其是人类又在克隆、基因改造和遗传工程上取得了巨大的成功。转基因食品如今已大量现身于市场，人造细菌、人造动植物的研究方兴未艾。我们没有理由不关注化学在其中的巨大影响。

生命当然还会继续进化下去，而这一进化过程肯定将会比以往任何时候更强烈地受着化学运动的制约和主导。50多年前，科学家首次在试管里成功合成了DNA（脱氧核糖核酸），如今，美国研究人员又在努力跨越生命研究中的巨大鸿沟，试图完全用人造DNA去创造生物。2008年1月，美国《科学》杂志报道，美国马里兰州克雷格·文特尔研究所（J.Craig Venter Institute）的科学家们在实验室里用化学方法，合成了世界上第一个也是最庞大的人造细菌基因组。他们复制目前已知最小的细菌之一——生殖支原体的DNA，将基因片段人为地重新组合，共组合了582970对碱基，成功地制造出最大的人造细菌基因组，为创造首个完全人造生命迈出了极其重要的一步。2010年，该研究所的项目负责人美国生物学家克雷格·文特尔（J.Craig Venter）、汉密尔顿·史密斯（Hamilton Smith）及其同事在5月20日出版的《科学》杂志上又进一步宣布，他们创造了一个人造生命。他们首先选取一种名为丝状支原体的细菌，对其基因组进行解码并复制，制造出了载有约1000个基因的DNA片断。然后研究人员又将“山羊支原体”细菌的内部挖空，再向其中注入了他们新设计的DNA，不久后，植入的新的基因组取得了这个单细胞生物的控制权。最后，新的支原体终于开始自我繁殖，成为世界上首个“人造生命”。这是自有生命起源以来的第一个没有父母的生命，实验中，文特尔将“人造生命”起名为“辛西娅”（Synthia，意为“人造儿”）。他表示：“‘辛西娅’其实是一个人工合成的基因组，是第一个人工合成的细胞，也是第一种以计算机为父母的可以自我复制的生物。”“辛西娅”的诞生，意味着人造生命的时代已经来临。

依赖于化学，人类已对天地万物施加了前所未有的调控，尤其是如今，人类已似乎即将拥有制造人造细菌的能力，可是科学家也告诫我们：细菌与病毒是不同的，细菌可以在生命体之外的环境中生存和繁殖，这当然会引起人们对人造细菌各种可能的潜在危害的莫大忧虑。我们还得承认，尽管科学家在化学与生命上进行了很多研究，取得了巨大的成功，可是至今我们仍然还不能说人类已完全了解了生命，我们并不了解这些研究中可能隐藏着的风险。

另一方面，到20世纪末（1999年底），根据美国《化学文摘》的收录，化学家合成的化学物质的数目已达2230万种，但其中仅6万～7万种为人类所使用，只有约7000种为工业大量生产，可是环境中据说已发现有近10万种不同种类化合物，它们与生命的关系将又如何？有无影响到生命的未来？举个例子来说，大规模地使用化肥和农药、杀虫剂已经是保持现代农业产量的重要手段，但美国国家海洋与大气管理局动物学家的最新研究却表明，农业化学药品会影响大马哈鱼的大脑，同时损害它们的捕食能力，据称，生活在美国西北太平洋沿岸和其他地方的大马哈鱼已面临着巨大的致命性威胁。请注意，这个例子仅是当今我们这个星球上所发生的千万个事例中的一个，但它却使我们沉重地感觉到：我们千万不能忽视化学和化学品对于生命的巨大影响和作用。

3.化学的影响还将决定地球上生命的最终命运

一切事物都存在着死亡的过程，太阳如此，地球也如此，大诗人李白早就吟诵过：“日月终销毁，天地同枯槁”，当那一天真的到来时，地球上的生命将会如何？茫茫宇宙中，何处去延续或是孕育新的生命？这是科学界所高度关切的课题。

化学的研究能否为未来的生命寻找最终的出路？20世纪末，美国科学家进行了一次工程浩大、耗资达2亿美元的“生物圈二号”实验。1991年，该项目在亚利桑纳州建造成了一个超过三个足球场大、近8层楼高的实验基地，占地1.3万平方米。在这个基地里全面地模拟了地球上的自然生态体系，有空气、水、土壤、模拟的阳光，还有各种动植物以及森林、草地、河流、湖泊和微型海洋（深达8米，还有珊瑚礁），引入的动植物数量达4000多种。1991年9月26日，来自美、英、德和比利时的八名男女科学家志愿进入到“生物圈二号”工作和生活，呼吸绿色植物释放的氧气，饮用生态系统生成的水，吃自己种出的粮食。原本预期那里可以永久居住人类，至少志愿者在那里与世隔绝两年不会出现什么问题。然而令人无论如何也没想到的是，仅仅4个月后，那里的氧气浓度已不足以维持志愿者的生命，从21%直线下降至14%，虽经输氧补救，但仍有19种小动物灭绝，所有的传粉昆虫都死亡，依靠花粉传播而繁殖的植物也无一幸存。二氧化氮（NO2）和二氧化碳（CO2）的含量直线上升，脊椎动物陆续死去，而用来吸收二氧化碳的牵牛花却恣意疯长。后来虽经各种努力，最终这一实验还是彻底失败了。

多少年来，人类孜孜不倦、梦寐以求地盼望着能冲出地球，向宇宙深处进军。而随着地球环境的日益恶化，科学家们只能殚精竭虑地加速寻找“挪亚方舟”的进程。“生物圈二号”的失败所反映出来的信息却向人们冷酷地证明了：地球环境是在经历了数十亿年的漫长风雨后才形成的，对于这种超常稳固的生态系统，人类渴求着窥其奥秘，憧憬着能营造起脱离地球的伊甸园，但这岂是那简单的仿造所能完成？

如今，在新世纪的开端，人类又突然发现生命从来没有像今天这样受到人类意志的控制和改造，我们的化学家也因此而自豪：因为生物学家只是致力于如何阐明生命的过程，而化学家则致力于如何调控生命的过程。但是，以克隆为基础的无性繁殖作为核心，这一控制和改造究竟会走到哪一步？这肯定是我们这些世纪初的人所无法想象的，而其先兆和曙光如今已出现在地平线上。

要在未来真正掌握住地球上生命的最终命运，化学家自然还需要和其他学科的科学家一起更加倍地努力，同时我们还必须得牢记：地球不是如生物圈二号那样的实验室，在生命的问题上，我们失败不起，尊重自然、善待和保护地球才是我们地球上生命的当前最最重要的任务。