从还原论角度解释生命是什么（本质）
------广义进化论的一部分 陈旗著

生命是什么是一个困惑了人们几千年的问题，也是宗教、哲学、科学必须共同面对的问题，很多人耗费了巨大精力想突破这个问题，都不能从本质上解决该问题。

薛定鄂写了一本《生命是什么》，但没有解释生命的本质是什么，米勒实验解决了简单有机物从何而来的问题，但是从简单有机物到简单生命，没有提供解决问题的思路，DNA双螺旋的发现，解决了生命的遗传问题，但没有解释生命的本质。耗散结构理论和自组织理论不能从还原论角度解释生命的本质，只能作参考。

现在这个阶段我们能不能够解决生命是什么的问题？现在我们所处的科学阶段已经能够从分子水平研究生命。而且生命的基本单位，细胞是构筑在分子水平上的。所以我们已经有相当的科技水平，应当能够解释生命是什么，这不同于19世纪，如果是在19世纪解释生命是什么，反而是不恰当的，更谈不上意识是什么，怎么产生的。

没有能够解释，关键是没有找到物理模型，和数学模型，而且应当是先找到物理模型，再找到数学模型。

科学的认识论和方法论，现代的认识论是从笛卡尔开始的，即吾思故吾在，我们唯一能够肯定的是我思维的这个东西存在，到目前为止，我们没有一个有效方法能够证明的宇宙的客观性（相当遗憾），但是我们相信宇宙的客观性，并且相信我们的宇宙是符合数学和哲学的（仍然是经验的）。而且相信此问题的解决语言可表达，不存在可意会而不可言传。在方法论上，遵循科学的统计，归纳和演绎，尽可能避免主观臆测。

首先，使用统计方法缩小研究范围。完整的生命的最小单位是细胞，病毒不是完整的生命；细胞核是不是生命的关键？成熟的红细胞没有细胞核（初期有），所以细胞核不是关键，而且有实验证明，没有细胞核的细胞可以存活一段时间，但是没有细胞膜只有细胞核的生命不存在。还有一个问题，细胞器（例如线粒体）可能是生命本质的关键吗？成熟的红细胞（单个红细胞是浅黄绿色）没有细胞器，这说明细胞器不是关键。再看看植物细胞，植物细胞不仅有细胞壁还有细胞膜，反问一下，既然有细胞壁作包裹作用，为什么还要细胞膜，或者它们为什么不合二为一？因此，焦点指向了细胞膜。（非常遗憾的是在此之前从未有人把生命的本质特征的焦点指向细胞膜，而非常简单的统计分析就可以做到，本人是在1988年9月上高一的时候想到的）

有关红细胞的知识：http://www.zgxl.net/sljk/imgbody/hxb.htm

以往所认识的生命的基本特征：

① 除病毒等少数种类以外，生物体都是由细胞构成的；
② 新陈代谢；
③ 稳态;
④ 生物体都有生长现象；
⑤ 应激性；
⑥ 生殖发育；
⑦ 遗传和变异的特性；
⑧ 生物体都能适应一定的环境，也能影响环境。

以上几点说得都对，但似乎都没有抓住关键（条数太多反而说明没有找到关键，但有参考意义）。

考察以下现象：
红细胞内主要含血红蛋白。溶血时，血红蛋白从细胞内逸出，溶于血浆中，此时血红蛋白携带氧气的能力丧失。说明蛋白质的功能与表达只有在细胞内进行，细胞外就不存在了。

烟草花叶病毒（TMV）

1935年美国生化学家斯坦利（Stanley）第一次提纯了烟草花叶病毒（TMV）并将其结晶出来。结晶的烟草花叶病毒毫无生命现象，但是把结晶撒到烟草田里，烟草就会出现花叶症状。换一种说法，病毒在细胞外，毫无“活力”，但是进入细胞内后，“活力”乍现。

因此，我认为这种细胞膜内外的不同，才是生命的本质特征。那么问题随之而出，究竟是什么样的不同，是什么导致了这样的不同？

这里，我作了一个大胆假定，细胞内外空间意义不同。

显然要加强对细胞膜的了解，以下是以往对细胞膜的描述。

有关细胞膜的知识：http://www.cella.cn/book/04/

质膜的流动镶嵌模型

流动镶嵌模型突出了膜的流动性和不对称性，认为细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。

质膜的的结构模型

质膜的流动性

质膜的流动性由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成。

1．膜脂分子的运动

1. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置（图4-15）。
2. 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。
3. 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。
4. 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。
5. 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶（flippase）的催化下完成。
6. 旋转异构：脂肪酸链围绕C-C键旋转，导致异构化运动。

图4-15 膜脂的分子运动

膜蛋白的分子运动

图4-16 利用细胞融合技术观察蛋白质运动

(1970年Larry Frye等人将人和和鼠的细胞膜用不同荧光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两种荧光抗体均匀分布。)

膜蛋白的分子运动主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。可用光脱色恢复技术（fluorescence recovery after photobleaching，FRAP）[1]和细胞融合技术（图4-16）检测侧向扩散。旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动，膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。

膜流动性的生理意义

质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切相关。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。

细胞膜的功能

1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；
2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；
3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；
4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；
5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；
6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
以上是对细胞膜的传统描述，总结起来，主要是强调细胞膜的包裹与隔离作用，对膜流动的意义也是一种机械的简单的分析，而没有敢于提出疑问，为什么内外不同？病毒在细胞内有生命意义，在外就无生命意义？

这里，我作了一个大胆假定，这种膜流动造成了细胞内外空间意义不同。

红细胞的结构相对简单，再来看看红细胞的结构：

　

正常红细胞	镰刀型红细胞

红细胞的形态特点是什么?

　　人与哺乳动物的成熟红细胞为红色无核的双凹(或单凹)圆盘形细胞，平均直径约8000nm(8μm)。这些形态特点，使红细胞的代谢率较低，又有较大的表面积，有利于与周围血浆充分进行气体交换，传统认识认为红细胞的双凹圆盘形细胞比球形细胞有较大的表面积与体积之比。此比值越大，越易于变形，故红细胞能卷曲变形，以此适应通过直径小于它的毛细血管并能通过脾和骨髓的血窦壁及其膜孔隙，通过后再恢复原状。

那就产生这样的疑问，变形或皱褶的方法有好多种，为什么是这种？岂不是镰刀型红细胞更加容易变形，更加适应通过毛细血管，而实际上镰刀型红细胞是造成严重贫血的主要原因之一。因此我认为传统认知没有抓住要点。

我的分析是红细胞的这种扁平特性是在追求一种边缘效应，边缘比中心效果更明显（双层膜的运动使之更明显），血红蛋白的活性更高，红细胞的整体生命效率也更高（这也是为什么人的大脑皮层发达，而不是中心发达，沟回明显的原因，下文有提示）。

什么运动边缘比中心效果更明显？最简单的当然是圆周运动。圆周运动是生命吗？显然不是，如果是，那岂不是车轮、螺旋桨都是有生命的啦。但我们也发现，慢速的转动就能使人头晕，平衡感丧失。月亮慢速地绕地球运动，就使得人的生理周期随之变化。问题显然很多，认识它的难度进一步加大了。

但是，我已经锁定了生命本质的物理模型：类似红细胞膜的双层流动运动模型，它的这种分隔与运动，使得内外空间的意义不同，而且扁平边缘比中心效果更明显。可以形象地称之为飞碟模型。

问题变成细胞膜究竟是怎么运动的，它的数学模型和哲学意义是什么？

从大家都知道的一个相对论现象谈起：速度越快，时间跑得越慢。那我们来看一个做等角速度转动的圆盘。圆盘的边缘速度最快，越靠近中间速度越慢，那么圆盘的边缘时间跑得最慢，越靠近中心时间跑得越快，而且沿半径方向，时间速度处处不等，越往外时间速度越慢，有无穷个速度不同的“钟”。细胞的运动可能类似这样，那么细胞内部也有无穷个速度不同的钟？？？在往小的物体想，一个原子，原子核大小和原子大小之比，可以看作乒乓球和地球之比，难道沿原子核向外，时间速度也是处处不等，有无穷个钟？在这么小一个范围内有必要要那么多速度不同的钟吗？

这里，我作了大胆的假定，由于细胞膜运动的原因，细胞内的时间速度处处相等（构成巨量子）。这就和相对论描述的速度越快，时间跑得越慢不同。而这两者时间速度的比值就是生命的活力源泉，也是生命意义的定量描述（即数学模型）。这就解决了为什么细胞边缘生命效率最高，红细胞要扁平的原因。这也使得我们更加深刻地理解时间的意义，时间本质上是一种“方向”，细胞膜运动改变了“方向”的一部分特性，却导致了另一部分“方向”特性（主观自由）的崛起，两者间有等价关系。因为逻辑和自由是矛盾的，所以这是一种非逻辑（几何）现象。我们必将掌握这种非逻辑的伟大力量！

爱因斯坦强调了运动的量（质量，速度）对时空的改变，我这里强调了运动的形式对时空特性的改变，互为补充。

什么样的运动形式，使得细胞内时间速度处处相等。首先想到是自旋一致（排它、独立）性。自旋体有维持自身一致（排它、独立）的趋势，例如，陀螺不容易倒，基本粒子（量子）也必须用自旋把自己和其它区别开，并维持一致性，也不可以想象基本粒子（量子）内部的时空是不一致的，否则就不是基本粒子（量子）。举个例子：当精子进入卵子成为受精卵的一瞬间，受精卵马上加速自旋，目的就是要和母体生命区别开，成为独立新生命。癌症细胞也必须依靠这种自旋一致（排它、独立）性，来区别于母体，独立，不受控制的繁殖，反之，我们找到解决癌症问题根本思路，能否改变癌症细胞的细胞膜运动模式，至少让它相对慢下来。（自旋一致性涉及数学和哲学的交集部分，可看作数学的哲学化或哲学的数学化，这需要发展成一个新的工具，本人另文阐述，这里不影响对本文的理解）

双层膜的运动不仅使得相对运动速度更快，更重要的是相对于任何参照系，都处于运动中。运动中的车轮上的每一点相对车轮是不动的（相对马路是运动的），否则车轮就散架了，所以车轮不是生命，当然这种连在轴上的机械结构是不可能有自主性的。

细胞膜的这种双层膜运动模型是悖论的。一边要统一时空，一边要相对时空，悖论导致了发展，自由诞生了。正因为悖论，所以自由。数学中的悖论对应着宇宙的基本结构（另文阐述）。

再看说谎者悖论的最简单形式：这句话是错的。

上面这个句子对吗?如果是对的，这句话就是错的！如果这句话是错的，那这个句子就对了！

如果我们把“这句话”换成“这个空间”，而细胞膜的双层膜运动正表达出了这个意思，即“这个空间是错的！”，从而导致了悖论，所以生命是来自时空悖论的（或说成有序 [自由、正确]来自错误[无序]）。

另外值得佐证的现象

最简单的完整的生命体---氦4超流体

氦（He）有两个电子绕原子核运动，由于泡利不相容原理，两个电子反向运动，构成类似细胞膜的双层流动模型。处于超流动状态的氦可以从小杯子中爬出来，到能量更低平衡态去。首先，小杯子里面的氦已经处于平衡态，它们感知了小杯子外有更低能量的平衡态，并爬了出去，如果内外平衡了，则不爬。而这种没有五官和大脑的主动认知与处理，或者说这种主动（自由）性和生命的本质是一样的。上述模型应当对分析高温超导（非金属氧化物），物质透明（玻璃为什么是透明的？）的原因有所帮助。

我们已知的其它简单生命体，如硫细菌，硝化细菌都与氧或硫元素有关，它们外层都差两个电子。这两个电子也应当适用上述模型。

氦4超流体

球状闪电

球状闪电知识：http://www.bast.cn.net/kjbk/kjwc/200208/b20830-39.htm

球状闪电通常都在雷暴之下发生，它十分光亮，略呈圆球形，直径大约是20 至 50 cm。通常它只会维持数秒，但也有维持了 1-2 分钟的纪录。更神奇的是它可以在空气中独立而缓慢地移动。它还喜欢钻烟囱，挤门缝，有时忽上忽下，飘飘悠悠，它甚至可以在导线上滑动，有时还发出“嗡嗡”响声。有些会模仿周围的物体运动，有些直冲大地。有些球状闪电似乎在“调查”其他物体 。大部分被引向金属性的或磁性物体，会发生强烈碰撞，有时会造成很大损伤。闪电球会跳动、分解、重组、衰减、爆炸或同时发生这些变化。

我认为球状闪电之所以能够出现这种自主特征的行为，构成它的等离子体也适用上述模型。

再看一个现象，玻璃杯从桌子上掉下来，碎了；但我们从没有看到反过来的现象，碎玻璃自动变成玻璃杯，这就是热力学第二定律所描述的在封闭系统内，熵不断增加（总是从有序走向无序）的现象，也可以看作是时间的一个特性。这种熵应该和上文所提到的两者时间速度比值（生命活力）有对称性。

总结：

以上思想与哥德尔不完备定理有关，哥德尔证明了数学的不可完全性，即不可自恰（自圆其说）的特性，或者说数学是不完全逻辑的，而宇宙又是符合数学的，正是数学的这种非逻辑特性，才使得自由生命和意志存在，如果数学是完全逻辑的，那么宇宙也是完全逻辑的，自由生命和意识都不存在，决定论就对了。反之，任何决定论都是错的（数学中的概率论本质上是和决定论相背离的，但是缺乏思想和物理基础，概率的物理本质本人另文阐述），物理上，海森堡测不准原理验证了哲学上的任何形式的决定论都是错的。

细胞膜的双层流动模型在哲学本质上是统一与对立(统一时间速度与相对不同的时间速度)矛盾的集中体现与发展。

从还原论角度解释生命的本质，也就是用形而上学的方法去解释生命的本质，再次证明了形而上学是科学的最基本要求。同时也体现了辩证法和形而上学的对立统一。

在了解生命本质的基础上，揭示意识的本质，可以说是顺理成章，其实意识的本质和生命的本质是一致的，但我将从杨氏双缝光干涉实验开始揭示意识的本质（另文阐述），这将为有创造性思维的人工智能（现有的神经网络计算机理论缺乏思想基础，通过逻辑实现自由意志是可笑的）的实现扫平障碍。

解决此问题，将为哲学的科学化提供有力支持，科学也必将压缩哲学的研究空间。

这里回答一个重要的哲学命题，我们从哪里来，往哪里去？我们从数学的悖论中来，往广义进化的方向去。

我已经打开了从必然王国通向自由王国的大门，我们必将掌握这种非逻辑的伟大力量来征服宇宙！这必将是一个人类文明发展的历史转折点！！！

验证方法

脂质体（liposome）是一种人工膜。在水中磷脂分子亲水头部插入水中，疏水尾部伸向空气，搅动后形成双层脂分子的球形脂质体，直径25~1000nm不等。脂质体可用于转基因，或制备的药物，利用脂质体可以和细胞膜融合的特点，将药物送入细胞内部。

图4-8 脂质体 （根据Gerald Karp 2002 修改）

60年代初期，Bangham在电镜下发现磷脂在水中形成脂质体（liposome）。1971年，Rymen等人开始将脂质体用作药物载体，由于其组成和结构的特点，脂质体用作药物的载体使药剂学的研究领域进入靶向给药的新天地，同时也更新了给药途径和护肤观念。

我设想在脂质体内部放入蛋白质和ATP，在让双层膜流动起来，应当出现生命迹象。

可以用荧光单分子检测技术来检测细胞膜的运动，比较体细胞和干细胞(受精卵，癌症细胞)的细胞膜运动模式的差别。

单分子科学进展请看：http://210.34.15.126/cgi-bin/view.cgi?forum=1&topic=98

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2005年3月20日

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