當(dāng)前，科學(xué)家們對生命的定義并沒有真正達成一致。在大多數(shù)時候，我們可能會覺得生命無非就是活著的生物，但每當(dāng)試圖用一定的標(biāo)準(zhǔn)來定義生命時，總會有特例蹦出來破壞我們的定義。然而，如果對生命沒有一個清晰的認(rèn)識，我們真的可以在其他星球上尋找生命，或者了解這個星球上生命的最早階段嗎？
康奈爾大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)教授Steven Strogatz在其發(fā)布的合集“The Joy of Why”中，就當(dāng)今重大的科學(xué)問題與相關(guān)的研究人員進行了探討。在“What is Life？”這一主題下，Strogatz采訪了加拿大艾伯塔大學(xué)（University of Alberta）的化學(xué)教授 Sheref Mansy，后者的視角或許會幫助我們思考這個問題。

采訪、撰文?|?Steven Strogatz編譯?|?XZ

左：Steven Strogatz；右：Sheref Mansy
Q：很高興你能接受我們的采訪。當(dāng)前對生命的看法存在著諸多矛盾，你怎么看待？
A：在我所處的領(lǐng)域中，我周圍的一些同事有時會說一些比較極端的話語，比如有人說，生命是一個只屬于詩人的術(shù)語，科學(xué)家們沒有使用它的資格。對于這一點，我是非常不贊同的。當(dāng)前，世界各地的科學(xué)家們都在試圖建造一些東西，但我們甚至不能說我們正在試圖建造的是什么，在這種情況下，科學(xué)怎么能有進展呢？
此外，我認(rèn)為最大的問題是，每當(dāng)有人提出生命的定義時，總會有人跳出來舉個例子來反對。有些東西被認(rèn)為有生命，但不符合定義，而有些東西似乎符合定義，卻被認(rèn)為是無生命的。比方說為什么辦公桌沒有生命？答案一般是桌子沒有繁殖能力，因此不具備生命；但我們常見的騾子呢？它也不具備繁殖能力，為什么被認(rèn)定是有生命的？
又或者可以從反方向來舉例，比如常見的食鹽晶體。在晶體學(xué)領(lǐng)域中，大多數(shù)晶體學(xué)家獲取晶體的主要方式是將晶體粉碎，之后利用晶體的小碎片來生長出更多的新晶體。這種現(xiàn)象似乎也可稱之為繁殖，但沒有人會將食鹽與生命聯(lián)系在一起。
Q：這么說，給生命界定一個必要充分條件或者設(shè)置一個清晰的邊界似乎不是很有用，因為總是能不斷找到例外。但是，從另一個角度來說，如果我們想在其他星球上尋找生命的痕跡，又必須對生命有一個定義。對此你怎么看？
A：其實，所有的事物最終都將趨向于無序狀態(tài)。生物本身就是一種不平衡的化學(xué)系統(tǒng)，這也類似于熱力學(xué)的第二定律（系統(tǒng)不可能從單一熱庫吸收熱量并全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其它影響）。所以，如果生物喪失生命力，就會在某種程度上衰變回到它們無序的組成部分，這也就是我們所說的死亡。生物是否可以永久保持高度有序的狀態(tài)呢？答案當(dāng)然是不能了，生命總會迎來死亡，回歸無序狀態(tài)。
與無生命的東西相比，有生命的物質(zhì)能夠長時間的持續(xù)做一些事情，如移動、與周圍環(huán)境進行信息交流等。一個有機體之所以能夠長時間存活，正是由于它避免了快速衰變到喪失活力的無序狀態(tài)。那活著的有機體是如何避免這種衰變的呢？有些人可能想到用“新陳代謝”這個詞來回答，也就是分子A轉(zhuǎn)化為分子B，然后再轉(zhuǎn)化為分子C。但他們在使用這個詞的時候，似乎并沒有真正去思考生物究竟是用什么樣的技巧來使自己遠離無序狀態(tài)，并在時間的流逝中保持這種高度有序的狀態(tài)。
Q：聽說你最近在做細(xì)胞圖靈測試的研究工作，這和生命的定義有什么聯(lián)系呢？可以介紹一下嗎？
A：當(dāng)然可以。圖靈測試最開始是用于人工智能領(lǐng)域，即被測試者（機器或人）回答一系列由人類測試者提出的問題，如果人類測試者無法分辨回答的是人還是機器，那么該機器就具備人工智能了。而在給生命下定義的時候，我們可以照葫蘆畫瓢，想象一下，你正在玩手機，和朋友聊天或者發(fā)短信，你的朋友被一個電腦程序取代了，你是否能察覺出異常？如果你不能區(qū)分你朋友和代替你朋友的計算機程序，那么機器或程序就已經(jīng)通過了測試，具備了潛在的生命。因此，圖靈測試可以是一種間接定義生命的方式。
相反，如果測試失敗了，不管失敗的原因是什么，你總能察覺到程序與你朋友的不同，那么你必須回到開發(fā)界面，研發(fā)一個更好的程序或更好的機器。
因此，對我而言，圖靈測試給予了我靈感：能不能構(gòu)建一個人造細(xì)胞，可以誘騙活細(xì)胞“認(rèn)為”它正在與另一個天然活細(xì)胞對話，而不是將其視為“仿品”。
Q：讓活細(xì)胞被人造細(xì)胞忽悠，真的是一個很有意思的想法。目前你在這個方向做了哪些工作？
A：我們是從簡單的生物——細(xì)菌開始著手。在細(xì)菌中，高絲氨酸內(nèi)酯（acyl-homoserine lactones）是其參與信號交流的重要分子。于是研究人員在人造細(xì)菌中設(shè)計出相同類型的信號分子途徑，使其分泌高絲氨酸內(nèi)酯，與那些天然存在的細(xì)菌進行交流。因此，我們的基本目標(biāo)是利用類似的方法在人造細(xì)胞中重建同樣的東西。
事實證明，科學(xué)總是比我們預(yù)期的更具挑戰(zhàn)性。雖然我們能在人造細(xì)胞中合成并釋放某種信號分子，但釋放的信號分子卻很難讓其它天然的細(xì)胞產(chǎn)生響應(yīng)。至于為什么無法響應(yīng)，我也沒有一個很好的答案。
當(dāng)前，我們在人造細(xì)胞中重建的最成功的系統(tǒng)是費氏弧菌（Vibrio fischeri，一種自然發(fā)光的海洋生物，當(dāng)其密度達到一定程度時會自然發(fā)光）中的發(fā)光信號通路。我們對這個系統(tǒng)進行了一個簡單的測試：首先將基因表達元件放入脂質(zhì)囊泡中，以在某種程度上模仿細(xì)胞中的信號通路；之后將這種細(xì)菌培養(yǎng)到發(fā)光所需密度的一半，再加入我們的人造細(xì)胞，以彌補缺失的一半天然細(xì)胞，結(jié)果這些天然細(xì)胞都發(fā)光了。這是我們做過最令人滿意的實驗，因為至少在視覺上我們得到了期待的效果。
Q：也就是說，當(dāng)這些細(xì)菌的密度足夠高時，人造細(xì)胞可以充當(dāng)細(xì)菌的替代品，“誘導(dǎo)”細(xì)菌將其視為同類，讓它們認(rèn)為已經(jīng)達到了發(fā)光所需密度，因此天然的細(xì)菌就會發(fā)光。是否能談?wù)勅嗽旒?xì)胞的更多信息，比如脂質(zhì)囊泡里面包含了什么？
A：在這個囊泡里面，我們放入了我們構(gòu)建的DNA片段，這些DNA可以編碼信號通路中的各種分子；此外，還放入了轉(zhuǎn)錄和翻譯所必需的元件，可以促使 DNA轉(zhuǎn)錄為RNA，再翻譯成蛋白質(zhì)，從而發(fā)揮作用。在細(xì)胞圖靈測試的部分實驗中，我們使用了來自大腸桿菌提取物中的轉(zhuǎn)錄和翻譯元件進行基因表達。
Q：在細(xì)胞圖靈測試實驗中，可以看到細(xì)胞間信息交流的重要性，是否可以將其視為生命的一個重要特征？
A：我們所制造的人造細(xì)胞無法分裂和增殖，它所能做的基本上就是釋放和接收“信息”，從而與周圍細(xì)胞進行交流。這種信息交流能力雖然在生命的定義中并不經(jīng)常出現(xiàn)，但我認(rèn)為這是有機生命體中的一個重要特征。生命體往往不會單獨出現(xiàn)，它們大多數(shù)都以群體形式存在，這類似于人類中的社區(qū)，在社區(qū)中，一個人就是一個生命體，這些生命體互相交流以維持社區(qū)的穩(wěn)定。因此，如果在另一個星球上發(fā)現(xiàn)了生命，我們不會只找到一個有機體或一個細(xì)胞，至少從生物學(xué)角度看不是這樣的。
Q：你剛剛說人造細(xì)胞不能分裂和增殖，那它們是否能長時間運作呢？
A：很遺憾，我們所制造的細(xì)胞可以用“一次性”來形容，它們只能與天然細(xì)胞交流一次，無法進行更長時間的“對話”。這在很大程度上也反映了我之前所說的，生命是在時間流逝中持續(xù)存在的。人造細(xì)胞無法通過新陳代謝來長時間維持這種“社交”活動，這是令我非常沮喪的。如果人造細(xì)胞想更好地模仿生命體，那么就必須堅持更長的時間。
Q：這些人造細(xì)胞是否能與神經(jīng)元進行“互動”呢？
A：這點我們在做細(xì)胞圖靈測試的時候就考慮到了，并且我認(rèn)為這是可能實現(xiàn)的。當(dāng)前，像帕金森病這樣的神經(jīng)退行性疾病，患者的多巴胺產(chǎn)量會隨著年齡的增長而逐步減少。如果能夠制造一種可感知多巴胺濃度的細(xì)胞，當(dāng)機體內(nèi)的多巴胺濃度過低時，這些人造細(xì)胞就會合成多巴胺，這似乎是一種不錯的療法，但要實現(xiàn)這一目標(biāo)還有很多工作要做。
Q：如果人造細(xì)胞能夠長時間存在，并做一些“智慧”的事情，比如感知癌細(xì)胞的存在，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生癌變時，這些人造細(xì)胞就會合成相應(yīng)的抗癌藥物去清除癌細(xì)胞，這是一種美好的愿景，對嗎？
A：是的，我們也做過類似的實驗。我們構(gòu)建了一種可以合成并釋放腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的人造細(xì)胞，顧名思義，這是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，可以影響神經(jīng)元從不成熟到成熟的分化。我們將不成熟的神經(jīng)元與人造細(xì)胞一起培養(yǎng)，之后加入細(xì)菌分泌的信號分子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些人造細(xì)胞可以感知這種信號分子，并做出反應(yīng)，合成和釋放某些物質(zhì)，在某種意義上引導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞的分化。這看起來很簡單，但實際上，這花了四五年的時間才看到效果。
誠然，生命是自然界中最復(fù)雜的現(xiàn)象之一，也呈現(xiàn)出不同的特征，如生長與繁殖、遺傳與進化、信息交流、新陳代謝以及死亡的必然性等，似乎沒有一種單一的屬性能夠定義生命。要么賦予生命的屬性過于寬泛，以致于許多非生命系統(tǒng)也具有這類特征；要么過于具體，以致于總能找到一些不滿足這類具體特征的反例，從直覺上能判斷這個反例是活的東西。因此，對于生命的解讀仍然是一個懸而未決的問題。
本文節(jié)選編譯自：https://www.quantamagazine.org/what-is-life-20220615/