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熵逆流成河

在我所从事的行业里,都是一群搞基……因的人,我们所做的工作,通俗来说,是把DNA上的遗传密码的排列顺序搞清楚,用于科学研究和日常生活(动植物育种、疾病检测等),专业术语叫基因测序,也叫基因排序或基因定序,总之离不开一个“序”字。

生命是序列的,遗传密码在DNA上呈线性排列,这一我们今天公认的事实,发现于上个世纪。

1943年,英国人弗朗西斯·克里克在为军方捣腾鱼雷,15岁的美国“神童”詹姆斯·沃森迷上了研究鸟类,英国人莫里斯·威尔金斯在美国协助制造*********,英国人罗萨琳·富兰克林致力于探索煤的结构……如果以上四位组成一个科研小组,估计***可能的结果是造出一种像水鸟捕鱼一样精准的煤动力导弹。

然后,十年后的1953年,他们真的走到了一起,提出了震惊******的“DNA分子双螺旋结构模型”。

有意思的是,在这十年间,影响了他们从各自的研究领域里走出,进入分子生物学殿堂的,不是某位生物学泰斗,而是奥地利理论物理学家,薛定谔。

提起薛定谔,***有名的就是他那只又死又活的猫了(如果不了解请自行度娘脑补)。此外,这位量子力学集大成者于1943年写了一本神奇的书,叫做《生命是什么》,从物理学家的角度对生命本质进行了解释。

千百年来,人类沉陷在“生命是什么”的苦索中,从未间断。

哲学家说:生命是物质运动的高级组织形式;

文学家说:生命是一首诗;

生物学家说:生命是具有新陈代谢现象的能回应刺激能进行繁殖的半开放物质系统;

而物理学家薛定谔剑走偏锋,他说:

生命是负熵。

熵,本身是一个物理学术语,现在广泛延伸到了各个领域,简单说是指体系的混乱程度,混乱度越高,熵值就越大。比如男生房间的熵值一般较大,女生房间的熵值相对小一些,我们整理房间的目的是为了降低房间的熵值。

熵具有严格的方向性,一滴墨滴到清水杯里,很快就会扩散成一杯。如果我瞪着一杯墨水看,哪怕我瞪上一千年,瞪到我都石化了,也绝不可能看到已经扩散到水里的墨自发聚集回一滴。(啥?看上一千年墨水早蒸发了?好吧,你赢了。)

所以,熵的方向性可以概括为:在一个孤立系统里,熵会随着时间的流逝而增加,由有序走向无序。这就是“热力学第二定律”,或者叫熵增原理。

OK,绕了一圈,我们又回到了开头,回到了“序”的问题上。

生命是一个有序的结构,DNA的分子结构里有序地记录着生命体的所有信息,信息的本质就是一种负熵。同样,生命的结构和功能物质——蛋白质,也是序列的。基因通过复制、转录、翻译,精心雕琢着生命大厦,将原本杂乱无章的分子排列得井然有序。

按照熵增原理,整个宇宙的熵都在增大,上帝多半是个爱捣蛋的熊孩子,热衷于制造混乱,不喜欢秩序的存在。但在这样一个走向无序的宇宙,伟大的生命,竟沿着熵的逆流,创造了一个负熵的奇迹。

这是不是意味着生命违背了“熵增原理”?不是的。生命虽然是负熵,但却是以外界环境更大的熵增为代价的。生命不是一个孤立系统,需要和外界环境时刻保持物质和能量交换,即摄入负熵,排出正熵,在这个过程中,系统整体的熵仍然在增加。

我们吃食物,其实是在吃负熵(干脆饭店都改名叫负熵店好了),因为所有食物都是结构有序的有机物;反之,我们的排泄物是标准的正熵,是无序的。啊?你今天的排泄物是有序的?你是没经过消化直接排出来了吧……

我们为了获得资源(负熵),不断地向环境索取,对环境造成了破坏(正熵);

只要生命还维系着,负熵就一直存在着,而一旦死亡,生命的负熵体系就会崩溃,个体很快会降解,回归尘土,走向永恒的熵增之路。

1943年,薛定谔在《生命是什么》里指出生命是负熵,指出构建生命的图纸是以信息的形式存在于染色体上,这给了无数人灵感,引起了克里克、沃森、威尔金斯、富兰克林们浓厚的兴趣。

他们不负所望,在十年之后揭开了DNA分子的秘密,开启了基因组学的历史。

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