01 什么才是生命？
我们一直以为，生命是至高无上的东西，“灵魂”才是生命的核心，但是灵魂这个东西，看不见摸不着，在观念层面也无法被挑战，反而阻止了我们对生命的科学探索。
浙江大学生命科学研究院教授王立铭的这本《生命是什么》总结出生命的三个基本点：物质、能量和复制。
第一，物质：没有物质生命无从谈起。解剖过人体，我们从未发现知识、智慧、灵魂这种东西存在，只有细胞组织，而将细胞继续分解到最后，不外乎就是碳、氢、氧、氮四大元素（占生命元素的95%以上）。
第二，能量：不能利用外部能量在体内形成“负熵，生命就无法持续。第一篇提到的熵增定律告诉我们：如果不吸收外界能量，生命体就会不断熵增，直到熵增最大化了就是死亡。为了对抗熵增定律，生命必然需要不断吸收外部能量，在生命体内形成有序的运作。
第三，复制：通过复制实现演化和改进。我们传承着几十亿年前原始生物的基因，这些基因在每次复制中，都在不断地变异和重组，形成了丰富多样的生命。
三者相互关联：物质是基础，获得能量则让物质排列变得有序（熵减），复制可以改善获得、使用能量的效率，这就是生命，基于的是妥妥的物理结构和性质。
02 一切都有理由，来自生命的 10 大感悟
下面是我对生命的 10 大感悟，我感叹生命如此精彩，但却归于简单的物理定律和常识（化学的底层还是物理）。
1、最好的原料一定会被用上
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宇宙最丰富的元素是氢、氦、氧、碳、氮、氖，其中，氦、氖基本不参与化学反应，而构成我们身体的前四大元素，刚好就是氧、碳、氢、氮。
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碳元素：碳原子能支持 -4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4 这么多种化学价，除了硅元素外绝无仅有，但从化学的角度上看，硅键比碳键强得多，难以发生反应，所以碳成为了生命元素。
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水：是能让分子产生互动反应的液态溶剂，万物只有水分子能在地球的环境（0-100℃、1帕气压） 稳定存在。
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氧气：氧气会自然氧化分解有机物，所以氧气会扼杀生命的，是名副其实的毒气。但最早的地球氧气极少，原始生物得以诞生，但是随着地球氧气越来越多，厌氧生物逐渐消失，那些能利用氧气的生物演化了出来。所以，我们要用演化的视角看问题：别看今天的地球环境宜居，但是很可能无法让生命从无到有地诞生演化！ [2]
最终，那些最普通、最多的东西，都被我们的生命用上了，这就是演化中冥冥注定的东西。
2、生命物质并不特殊，是可以自然形成的
1952年，米勒在烧瓶中模拟了原始地球海洋环境，在几天内就发现了生命的重要组织：氨基酸。我们曾经以为组成自己的物质多么特殊，本质上也不过是自然合成的东西。
3、能量的消费，演化出了一个货币系统
人类生命的主要能量是葡萄糖，葡萄糖就如你养的一头羊，如果去买个午餐，用羊去换就浪费了，这种原始的“物物交换”十分不便，因此生命神奇地“设计”出了 ATP 这样的能量通用货币，生命要使用能量，先要将葡萄糖的能量转变为 ATP（变成现金），然后通过 ATP去消费，这样，我们的运动、呼吸、心跳、分泌激素、思考等需要消耗能量的场景，就可以按需向 ATP 索取能量。
ATP 就如我们手上的现金（注1）
我们看到：我们人类设计的各种合理机制，生命早就演化出来了！
4、生命能量的转换，竟然与现代的抽水蓄能电站原理相同
如果去研究葡萄糖转化为 ATP 的过程，就会发现这个机制竟然与工业时代的抽水蓄能电站雷同，蓄能电站的水从高往低走，将重力势能转变为电，而 ATP 合成酶，则利用带正电荷氢离子浓度差的化学势能，生产出了 ATP，这都是纯粹的物理性质。
细胞内的微型抽水蓄能电站（注1）
沿着这条线索，科学家提出了生命起源的假说，原来，在海底热泉口，其特定的环境造就了天然的氢离子浓度差，地球上最原始的生命，很可能就是利用这个天然的离子浓度差获取了能量，这个细胞内的“抽水蓄能电站”是生命诞生留下的印记！
5、降维编码中的玄机
DNA 展开是碱基分子的一维（线性）结构，而蛋白质是各种氨基酸分子通过复杂折叠形成的三维结构。
生命为什么不是直接复制蛋白质，而是先复制 DNA，再按照 DNA 记录的信息密码去造蛋白质？这个答案很简单，复制一维的信息更加可靠简单，就如你去抄袭一座大厦的设计，当然是抄袭一维的大厦设计方案，比看着大厦的三维结构去抄袭更加精确和简单。
更有趣的是，为了复制，DNA 对蛋白质形成了最佳的编码机制，组成 DNA 的碱基分子有 4 种(A、T、C、G），而组成蛋白质由氨基酸分子组成的，氨基酸有 20 种，那么，4 种碱基分子是如何表达 20 种氨基酸的呢？下表是对应的可能性：
- 1 个碱基能对应 4 种氨基酸 （A、T、C、G）
- 2 个碱基能对应 4 的平方 =16 种氨基酸
- 3 个碱基能对应 4 的三次方 =64 种氨基酸
- 4 个碱基能对应 4 的四次方 =256 种氨基酸
事实上，生命恰好演化出 “3 个碱基分子来表达 1个氨基酸分子”的编码设计，这即能满足 20 种氨基酸的表达(64>20)，又不显得浪费，演化总是符合最简单、高效、不浪费的原则。
3个碱基对应1个氨基酸（注1）
6、鸡和蛋的终极解决方案
先有鸡还是先有蛋是一个悖论问题，科学家发现：DNA 需要各种蛋白质协助才能做到复制，而蛋白质则需要 DNA 的密码才能生产，蛋白质和 DNA 就存在这个”鸡和蛋“的问题。
结果，科学家发现了第三种物质 RNA，生命的复制其实是把 DNA 转录为 mRNA（信使 RNA），再根据 mRNA 记录的信息去生产蛋白质，为什么要多此一举？诺奖得主沃特·吉尔伯特提出了合理的假说：
在生命的开始，既没有DNA也没有蛋白质，而是 RNA 分子身兼两职：既能代替 DNA 存储遗传信息，又能代替蛋白质推动各种生物化学反应。
原来，RNA 才是生命开始的中心，相比 RNA，DNA 的化学性质更加稳定，在自我复制的过程中出错率更低，蛋白质又是更好的生命活动催化剂，在后续的演化中，逐渐形成了明确分工的 DNA 和 蛋白质，RNA 因为效率而被“去中心化”了。
你看，去中心化并实现分工合作的优势，这个自由贸易的经济学原理在生命的底层就这样出现了，“鸡和蛋”的难题，只不过是无知的我们瞎操心而已。
7、“共生”创造了有史以来最大的奇迹
生命演化中，形成有机物，形成“抽水蓄能电站”，形成 DNA 都不算什么，有一个极其艰难的终极时刻：复杂生物（真核细胞）的诞生！
因为最原始的生命（原核细胞）----细菌/古菌诞生以后，足足演化了 20 亿年都无法突破单细胞生物（对比：最早的哺乳动物隐王兽只花了 2.25 亿年，就演化到了人类这样的高智商），这是因为原核细胞在物理上遇到了能量的天花板[4]。
直到有一天，一个细菌偶然进入了一个古菌的体内，结果二者竟然没有冲突，而是实现了共生，甚至二者的 DNA 也重组在一起，寄生在古菌中的细菌，演化成为了细胞内的“线粒体”，线粒体专门制造能量货币 ATP，当线粒体原来越多的时候，细胞内能量开始富余，真核细胞就这样突破了“能量天花板”，人类这样的复杂生物才有可能出现。
真核细胞诞生的奇迹时刻
面对这个等了 20 亿年才等到的奇迹时刻，我们现在是不是要感恩一下？
8、我们“看见”，是因为物理和化学的作用
眼睛是神奇一样的存在，科学家发现：视网膜上密布着感光的细胞，感光细胞上有能够吸收光的蛋白质，它们记录了光线的信息和位置，说到底，这些感光细胞真的和数码相机的每个像素点一样，把光信号转换成化学信号和电信号传入大脑。
眼睛真的就是一部图数码相机
9、大脑不是看见，而是“感知”
你可能会发现，我们闭上眼睛后，是说不清楚图像细节的，因为我们的大脑并不存储每个像素，而在大脑中，有的细胞负责感知朝向，有的细胞负责感知形状，有的细胞负责感知色彩......，这些感知经过几次聚合后，就形成我们看到的世界，这个过程，就是“深度神经网络学习算法”，也是感知图像的最高效实践！
如果没有生物学对大脑的研究成果，不知现在人工智能的“深度神经网络学习算法”什么时候才能发明出来。
下面这张图证明了我们的大脑就是这个思维：你到一定看到了一个正方形压在四个小圆形之上，而事实上，中间的正方形并不存在，这图不过是四个缺了角的小圆形。
中间的“正方形”存在吗？（注1）
10、神秘的学习不过是神经细胞的物理变化
关于学习，加拿大麦吉尔大学教授赫布发现了“赫布定律”，即“在一起活动的神经细胞将会被连接在一起”。原来，神秘的学习并没有什么灵性，不过是在两个神经细胞之间产生新的连接。
两个神经细胞的间距最终会停留在 20 纳米这个恰到好处的距离，这个间距保证了电信号可以被后面的神经细胞捕捉到，同时也保证了两个神经细胞相互独立，而发生在这 20 纳米界面的微小变化是学习的本质，可能是突触内部信号传递效率的提升，也可以是信号接收端的灵敏度提高。
学习发生在20纳米间的位置（注1）
这下就容易明白为什么习惯难以被改变的原因了，因为神经结构发生了物理变化，并不那么容易被改变回来！
04 我们并不特殊，只是幸运
以前，我们会认为我们比其他动物聪明是神的关爱，但是现在看来似乎不太站得住脚了，科学家找到两个重要线索：
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人类掌管语言的 FOXP2 基因发生了突变，与黑猩猩的 FOXP2 基因相比，这个能学会语言的基因突变，只有区区 2 个字符的变化。
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人类相比其他动物还多隐藏了几个基因，加上 MEF2A 基因开关被特意调慢，导致了人类大脑发育变慢。我们以往羡慕其他生物刚生下来就有接近成年的智力，其实，大脑发育变慢才让人类的大脑在幼年期更可塑，从而产生了智慧。[3]
最终，我们发现自己的生命并不特殊，不过是那些普通的原子，按照不同的排列，形成不同的结构创新，最终由环境选择，那些最稳定的、能够与外界能量互动的、可产生高能效的结构在演化中留了下来，这就是上一篇所说的“构造定律”。
生命中的那些精彩，如果你仔细去感悟，在发现很精彩的同时，也会感到一种莫名的失落，就如一套魔术被揭穿一样，当奇迹破解后，我们看到的是平凡和简单！
当奇迹破解后，我们看到的是平凡和简单
当然你非要质疑：为什么会是人类的基因发生了这些突变？ 我只能解释为那还是神的意志和关爱！
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注1：相关示意图来自王立铭的著作《生命是什么》
参考文献：
[1] 王立铭，《生命是什么》
[2] 尼尔·德格拉斯·泰森《140亿年宇宙演化全史》
[3] 仇子龙，《基因科学20讲》
[4] 尼克·莱恩，《复杂生命的起源》，文中解释了为什么原核细胞有“能量天花板”，原文内容如下：
原核细胞所有能量反应都要在细胞膜上进行，细胞膜表面积要变大的话，细胞的体积和消耗能量的速度会增加更快。原核细胞已经很“穷”了，要让它变大，那它只会变得越来越“穷”，所以原核细胞就只能维持着又小又简单的形态。
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