从性、睡眠、衰老到外星人，人类对生命仍有太多的疑问。但哪些是最重要的未解之谜，我们距离揭开答案还有多远
    【英国《新科学家》周刊文章】题：生命之谜
    下面是本刊所列十大谜题：
    1、生命如何起源？
    1953年一系列标志性的实验表明，某些构成生命的化学单位，如氨基酸，能够在地球早期的原始空气条件下自动形成。人们由此提出早期的海洋是一盆“原始汤”，以某种方式孕育出了生命。
    这种理论至今还解释得通，但50年过去了，细节问题仍搞不清。如一盆由单分子构成的原始汤怎么能形成现在的脱氧核糖核酸（DNA）系统和蛋白质。这是一个经典的“鸡生蛋、蛋生鸡”问题：由DNA构成的蛋白质又是DNA复制过程的催化剂。一方怎么能先于另一方出现？
    一种理论提出，最早的基因组其实是由核糖核酸（RNA）组成的。就像DNA一样，RNA是核酸链构成的，但由于其化学性质有轻微差异，RNA能在无需蛋白质的情况下催化引发某些反应。这种自力更生的RNA可能后来被我们现在的DNA所取代。
    现在流行的另一种理论是“新陈代谢先行”，就是说释放能量和维持生命所必需的化学反应在分子自我复制之前出现了。根据这种理论，这可能是在深海热流中开始的。
    生物学家争论的另一个焦点是构筑生命的基本化学粒子，如何能达到足够的密度以聚集、发生反应和形成蛋白质和核酸等更复杂的分子。研究者推测，生命第一个培养皿可能是某些矿物质（尤其是黏土）容易吸附化学物质的“粘稠”表面，也可能是溅到空气中的海水水滴，或岩石里的小空洞。
    关键是要知道生命始于何时———这样你能更了解生命形成的条件。有些研究者认为，岩石里的生命化学迹象有38亿年之久，是地球变得适宜居住之后“仅仅”2亿年的事。还有人认为生命迹象直到27亿年前才出现。
    但另一种说法是生命根本不是起源于地球，而是来自外太空的小行星或彗星。实验已经证实，太空中存在构成生命的基本化学物质，如氨基酸。而且微生物在进行一次星际旅行后仍可能存活。但无论它来自何方，这种理论仍不能解释生命如何开始的问题。
    2、地球上有多少物种？
    地球上的生命基本仍是未知领域。在卡尔·林内乌斯发明了生物命名和归类系统之后的两个半世纪里，科学家已经正式定义和命名了大约170万个物种。大家一致同意还有很多未知物种，但具体数量只是猜测。估计在500万到1亿种之间。
    近几年来，进化生物学家开始呼吁实施“大科学计划”，寻求这个问题的答案。不是因为最后的数字本身有什么意义，真正的价值是知道哪种生物生活在哪里。这种知识（到目前为止人类所知非常有限）是大部分物种保护生物学、进化生物学和生态学的基础。
    那么，答案是500万到1亿个物种？生物学家努力通过对细节样本的外推缩小答案的范围。20多年前，华盛顿特区史密森氏学会的昆虫学家特里·欧文对巴拿马雨林某一树种的19棵树喷洒了杀虫剂，并计算了落下来的昆虫种类。如果其他树种上寄居的昆虫物种数量与此相当，他估计全世界仅昆虫就可能超过3000万种。但最近有研究者证实，同样的昆虫往往以不同的树种为食，因此他们估测的昆虫物种数量缩小到了500万种左右。
    然而，微生物才是真正的未知领域。迄今有文字记载的细菌仅为数千种，主要是因为这些细菌毫无特色。但基因学家在对一组微生物的基因顺序进行比较时，发现其中蕴藏了更丰富的多样性。两年前，纽卡斯尔大学的托马斯·柯蒂斯利用这种多样性进行计算，得知1克泥土中可能含有3800到6400种细菌，一吨泥土中可能多达400万种。
    3、人类仍在进化吗？
    人类与其它动物不同。我们有控制生育数量的避孕用品，有维持生命和延缓死亡的药物，有改造自己DNA的潜力。因此我们很容易认为自己已经摆脱了进化的控制。很容易，但却是错误的。
    进化建立在两个基础上：可遗传的变异和选择。
    显然，人类千差万别。形成差异的原因是基因突变，时至今日，基因突变仍然在以与整个进化过程相同的速度进行着。但选择呢？在西方，我们似乎已经摆脱了自然选择。适者生存和繁衍的法则已经不复存在。现代医药能帮助人们克服疾病和足以致死的伤势。计划生育和繁殖技术令繁殖成为可选择的问题，而不再是一种顺应自然的特征。同样，性别选择也受到削弱，因为媒体对我们的审美观有强烈影响，也因为“美丽”的人生孩子不一定最多。
    但人工选择———人们通常将其与动植物的驯化联系在一起———仍然存在。显然，我们没有像祖先设法培育高产小麦和迷你狮子狗那样，系统化地引导自身基因组的进化，但也有类似之处：很多人类特征的存在只是因为我们人为地选择了它们。例如，眼镜的发明令近视眼增加，乳品业的发展令很多成年人有了消化乳糖的能力。
    其他力量也在起作用。人们正在改变环境和气候，使世界充满了污染物，为新疾病的产生创造了条件————这些变化几乎毫无疑问地会推动人类进化。
    尽管我们可能认为基因技术会赋予我们控制未来的能力，但它其实会把人类进化推向未知的方向。认为我们能朝某个特定方向改造自身基因组的想法是狂妄的。我们对自己的基因如何相互作用所知如此之少，以至于任何改造精子或卵子的尝试都很可能导致难以预料的结果。我们所能肯定的是，人类的基因库正在改变，而且其速度之快也许前所未有。但进化会带我们走向何方，这仍然是个谜团。

4、我们为什么睡觉？
    在人的一生中，约1／3的时间是在睡眠中度过的，不睡觉会比不吃饭更快地置人于死地。睡眠似乎是生物学的基本要素：所有动物都要睡觉，甚至皮氏培养皿中培育的神经细胞也会自然进入类似休眠的状态。但我们不知道睡觉所为何来。当然，科学家们提出了几种说法，从养精蓄锐这种浅显解释到涉及记忆处理的复杂理论。但没有一种得到证实。
    问题之一是睡眠由两个完全不同的状态组成：第一种是眼球速动期（REM）睡眠，这时眼睛会不停转动，大脑非常活跃，大多数梦境都出现在这个时期。第二种是非REM睡眠，这是更深的无意识状态。这两种状态的差异非常大，因此它们的作用显然不同。但它们又令人不解地交织在一起。在自然睡眠中，非REM睡眠之后总是会出现一段时间的REM睡眠，因此它们的功能很可能在某些方面相互关联。
    在这些困惑当中，有一件事是显而易见的————睡眠是为脑服务的。这样说的理由之一是动物睡觉而植物不睡。而且其他器官，如肌肉和肝脏，也是不休息的。这个结论似乎浅显得不值一提，但直到今年，人们才证实了一个很大的脑部区域———小脑———也会睡眠。
    证实睡眠是整个脑部的现象之后，研究者开始形成共识，认为至少非REM睡眠是脑部修补自由基（新陈代谢的有害化学副产品）所造成损害的时间。其他器官可以通过放弃和替换受损细胞来修补这种损害，但脑无法这样做。因此它停止了运转，就像夜间抢修高速公路的工作队一样，在夜深人静时进行工作。
    有一些证据可以支持这种理论。其中之一是新陈代谢快的动物受自由基损害速度也快，其睡眠时间就比新陈代谢慢的动物长。但REM睡眠是什么呢？有些研究者提出，这是脑部在检查非REM睡眠时所做的修补。另有研究者认为，这与早期脑部发育有关。但我们无法确知。看来这个问题还要留待以后解决。

5、智能的出现是必然结果吗？
    认为人类智能是进化的顶点，这种想法很让人惬意。但暂且把以人类为中心的自大情绪放在一边，考虑一下这种说法：智能只是另一种适应性。智能的出现只因为它是在某个特定生态环境中最佳的生存之道。
    智能是进化行为应付不可预测性的对策。如果一种有机体生活在可预测的环境中，它就可以靠本能和固有的反应行为生存下去。但生活在不断变化环境中的动物需要适应性，它们需要了解新环境，借以作出相应的反应。这正是智能的用武之地。
    且慢。这就意味着只要生命出现，智能的进化就是必然的吗？并不这么简单。自然选择只青睐那些益处大于代价的特征，而智能需要付出几个重要代价。首先，大脑的胃口很大。对人来说，尽管脑的重量仅占人体的2％，但它的能量需求却占人体总需求的20％。此外，还有因无知而付出的代价。在某些情况下，有本能生存反应行为的新生动物比那些必须找出最佳反应方式的新生动物更占优势。
    尽管如此，在地球生命的进化过程中，智能的益处无疑在大多数情况下大于代价。这就是为什么甚至非常简单的动物也往往具有行为适应性，标志着某种程度的智能。但人类自己的创造性智能与前者有质的区别。人类这种智能是必然的吗？
    也许是。作为进化行为对环境不可预测性的解决之道，智能通过自身所形成的复杂行为，创造了其自身的不可预测性，由此形成了正反馈。它在一个动物的行为影响其它动物生存的情况下尤其强烈———这也许可以解释为何智能在倭黑猩猩和新喀鸦等社会动物当中很普遍。
    人类是最高级的社会动物。我们对这个世界的控制程度如此之大，从而创造了属于人类自己的迅速改变的环境。但正反馈显然不是故事的全部。一定还有运气的参与。因此，如果你把进化的录像带倒回去，那么这个世界最后会必然出现一种具备我们这些智力———复杂的语言、使用工具的能力、抽象思维和道德体系————的生物吗？在不到40亿年的进化过程中，所有这些特征集中到一个物种身上的可能性微乎其微。但这并不是说它不可能重现————只要给它足够的时间。
    6、什么是意识？
    意识在科学上是一个很难解答的问题，因为它是完全主观的。这就是为何意识研究长期属于心理学和宗教范畴的原因。但现在生物学家，特别是神经学家，开始讨论这个课题。有些生物学家希望脑部扫描和电子记录会揭开“意识的神经关联”。也就是说，我们会发现哪些大脑活动在人们有意识时进行，在人们无意识时停止。
    研究者正在这方面取得进展，但对于哪些脑部活动令我们有意识仍然一无所知。显然，没有单独的一片大脑区域会在我们有意识时保持活跃，在我们无意识时陷入沉寂。也不存在什么神经活动的阀值作为我们是否有意识的分界点。
    但即使你承认意识是脑部产生的，而且发现了与意识体验有关的脑部活动模式，疑问仍然存在。为何一群神经元的活动会形成某种感觉呢？为何手指被刺你会觉得痛？为何红玫瑰看上去是红色的？
    这令意识的难题难上加难。有人提出的解释是，它属于活跃神经元网络的突发产物，换言之意识是这些神经元之间在相互作用时产生的，但在这些神经元内部并不存在。然而，这种说法似乎有点蒙混过关的意味。此外，这种“解释空缺”引出了大量的怪诞理论，它们提出神秘的量子状态形成了意识，或者试图从数学上解释为何同步的振荡脑电波可能是问题的关键，如此种种。
    有人说这个空缺永远无法填补，因为我们的大脑无法理解它自己的意识。有些研究者说，意识其实只是一种幻觉。

7、性从何而来？
    性永远受欢迎，而且不仅是在流行文化中。生物学家对之沉迷已有100多年，而且永远不会觉得索然无味。
    为什么有性？答案显然没有任何悬念————99．9％的多细胞生物采用有性繁殖的原因是，它是将基因传给下一代的同时保持下一代多样性的最佳方式。但这个解释有个致命缺陷：有性繁殖就短期而言是一种浪费。
    设想一群鱼生活在一个池塘，争夺有限的食物。它们进行有性繁殖，因此每一代都包括雄鱼和雌鱼。再假设一条鱼发现了无性繁殖的方法。它所有的后代都是雌鱼，而且它们会及时产下自己的雌性后代，不需要雄鱼。几代之后，原来那条鱼的后代将在数量上超过有性繁殖的对手，令它们灭绝。在为生存而进行的短期战斗中，性是一个严重的败招。
    当然从长期来看，并非如此。如果没有两性交配为基因组洗牌，物种将积累有害突变并迅速灭绝。大部分无性繁殖物种只能存在几万年。但这不是对几乎无处不在的性行为的满意解释。自然选择不在乎将来很多代以后的事。为了赢得眼前的胜利，两性交配必须立竿见影地带来好处。这正是难以解答的一点。
    两性模式怎么会胜出呢？人们已经提出了几十种假说，大多数都集中在它能形成多样性方面。这些理论说，由于物种生存的环境可能视时间、地点的不同而差异极大，只有那些能迅速适应的个体才能活下来。问题解决了，但是没人能证明这就是两性模式主宰自然界的原因。
    也许还有一个说法能解释这个谜题。两性模式无所不在，也许不是因为它能带来短期优势，而是因为它一旦被进化出来就很难被放弃。有些生物学家认为，这种形成精子和卵子的细胞分裂模式在生命史上很早就进化出来了，成为繁殖手段是后来的事。他们说，性别如此深地写入了生命的操作系统，以至于放弃它是不可能的。这是个很有希望但尚不完整的答案。从某种角度而言，这个解释所做的只是将谜团转移到了另一个领域：性别是如何首先进化出来的。这个问题又会让我们猜测至少100年。

8、我们能防止衰老吗？
    没有人真的认为自己能长生不死，但大多数人会很乐意摆脱衰老的折磨。问题是，我们对衰老的原因还不够了解，难以干预这个过程。
    传统的理论是，衰老是偶然的损害积累所致。造成这种损害的元凶是自由基———将食物转化为能量的化学反应的有毒副产品。有些研究者正在检验这个理论，他们正在研究以对抗自由基为基础的抗衰老方法。食物中的维生素和天然抗氧化剂似乎有助于延缓衰老，这一事实令食物添加剂产业繁荣起来。另一种想法认为，只要吃得少就能减少一生中产生的自由基数量。半饥饿状态的小鼠比终日饱食的小鼠寿命长一半。有人正在亲身实践这种理论，长期将卡路里摄入减少1／3。最近一项研究表明，这种方法似乎确实改善了心血管健康状况，但它的长期效果尚不得而知，而且很少有人愿意大部分时间都处于饥饿和疲劳状态。
    9、什么是生命？
    这似乎是个简单的问题。但是请试着给它一个精确的定义。
    我们当然能够说出生命体会做什么，但这还不够。例如，生命体吸收营养物质和排泄废物，但汽车也有这个特征。生命体会复制并参与进化，但某些电脑程序也会这样，而某些生命形式（例如骡子和绝经后女性）没有这个特征。生物学和哲学界中最杰出的人物数十年来一直努力为生命确定一套通用标准，但没有成功。这项工作如此困难的原因在于，我们只有一种样本可供研究。我们星球上的所有生命都源于共同的祖先，因此没有人知道它的基本构成（细胞膜、蛋白质、碳基化学物质等）是必要条件，还是仅为历史的偶然。正如有些专家所说，这有点像试图在手头只有一匹斑马的条件下归纳哺乳动物的特征。我们需要用另一种相异的生命形式作比较。
    几年之后我们也许就能得到这样一种生命形式了，但不是从其他行星，而是从地球上的试管里。几个研究小组正在尝试从头开始合成生命，其中一些成果与我们所熟悉的生命形式几乎没有相似之处。例如，洛斯阿拉莫斯国家实验所的史蒂文·拉斯马森正在培育的一种生命形态的构成单位是脂滴，而不是有膜包裹的水质细胞。如果这些实验有任何一个取得成功，我们也许会突然获得关于生命定义的全新视角。
    10、其他行星上有生命吗？
    这个问题难以作答。因此让我们换一种问法：你希望有吗？如果你认为地球在某些方面很独特，那么我们有充足的科学证据说这个问题的答案是否定的，其他行星上没有生命存在的证据。然而，如果你不认为这个躲在一个普通星系中某个不起眼角落里的淡蓝色小点有什么出奇之处，你也会得到证据支持。
    但这不是品味或个人观点问题。英国皇家天文学家马丁·里斯认为，这是当今科学所面临的最重要的问题。
    要找到此问题的答案，就要解决生命最初如何开始的问题：是意外事件，还是物理法则的必然结果？我们并不知道。
    当然，科学最讨厌空白，因此科学家根据自己喜欢的那套证据为依据，形成了自己的观点。在这个问题上寻求一个被普遍接受的公理就像询问T恤衫应该多长一样不能得出统一答案。二十多年前流行的观点是，生命很难产生，因此不太可能普遍存在于地球之外。现在更流行的说法是，生命是必然的，宇宙中很可能到处爬满了生物。
    从科学角度看，这20年发生了什么变化？几乎没有。但根据几率计算求取结论已成风气。考虑到宇宙的广大、环境的多样以及已经有生命进化形成这些明显事实，你可以说，地球是唯一有生命存在的星球的几率非常低。但事实是，搜寻外太空智能的工作40年来一无所获。即使在火星上发现了生命，我们也不能作任何结论，因为火星常常与地球发生“岩石交易”。但是，我们所说的是什么样的生命呢？我们不知道应该寻找的是类似地球生物的碳基生命，还是其他形式。如果我们无法对生命的定义及其进化和存在的必要条件达成一致，这个讨论将变得越来越混乱。