第2章 生命模板
3个月前 作者: 王晋康
20世纪后半期,科学家费因曼和德雷克斯勒开启了纳米科学的先河。他们说,自古以来人们制造物品的方法都是“自上而下”的,是用切削、分割、组合的方法来制造。那么,为什么我们不能“自下而上”呢?可以设想制造这样的纳米机器人,它们能大量地自我复制,然后它们去分解灰尘的原子,再把原子堆砌成肥皂和餐巾纸。这时,生命和非生命、制造和成长的界限就模糊了,互相渗透了。
这当然是一个美好的设想,可惜其中有一个重大的缺陷——当纳米机器人大量复制时,当它们把原子堆砌成肥皂和餐巾纸时,它们所需的程序指令从何而来?毫无疑问,这个指令仍是自上而下的,因此就形成宏观世界到纳米世界的信息瓶颈。这个瓶颈并非不能解决,但它会使纳米机器人大大复杂化,使自下而上的堆砌繁琐得无法进行。
有没有简便的真正自下而上的方法?有。自然界有现成的例子——生命。即使最简单的生命,如艾滋病毒、大肠杆菌、线虫、蚊子,它们的构造也是极复杂的,远远超过汽车、电视机等机器。但这些复杂体却能按DNA中暗藏的指令,自下而上的建造起来。这个过程极为高效和低廉。想想吧,如果以机械的办法造出一架功能不弱于蚊子的微型直升机,需要人们做出多么艰巨的努力!付出多少金钱!而蚊子的发育呢,只需要一颗虫卵和一池污水就行了。
由于生命体的极端复杂和精巧,人们常把它神秘化,认为它只能是上帝所创造,认为生命体的建造过程是人类永远无法破译的黑箱。实际上并非如此,只要用还原论的手术刀去剖析它,就会发现它也是一种自组织过程,仅此而已。宇宙中的一切都是由自组织形成:宇宙大爆炸形成的夸克;宇宙星云中产生的星体;地球岩石圈的形成;石膏和氯化纳的结晶;六角形雪花的凝结;等等等等。宇宙中的四种力:强力、弱力、电磁力和引力是万能的粘合剂,是它们促使复杂组织能自发地建造。
生命也是一种自组织,不过是高层面的自组织。两者的区别在于:非生命物质自组织过程是不需要模板的,或者说它也要模板,但这种模板很简单,宇宙中无处不有。所以,太阳和100亿光年外的恒星可以有相同的成长过程;巴纳德星系的行星上如果飘雪花,它也只能是六角,绝不会是五角。而生命体的自组织需要复杂的模板,它们只能产生于难得的机缘和亿万年的进化。但不管怎么说,生命体的建造本质上也是一种物理过程,是由化学键(实质上是电磁力)驱使原子自动堆砌成原子团,原子团变形、拓展、翻卷,直到生命体建造出来。
想造一台微型直升机吗?假如我们找到类似蚊卵的模板(当然不需要吸血功能),让它孵化、发育……这个工作该多么简单!
不过,以蛋白质为基础的生命体有致命的弱点:它太脆弱,不耐热,不耐冻,不耐幅射,寿命短,强度低,等等。那么,能否用硅、锡、钠、铁、铝、汞等金属原子,依照生命体的建造原理,“自下而上”地建造出高强度的纳米机器,或纳米生命呢。
经过30年的摸索,我想我已制造了硅锡钠生命的最简单的模板。
也许我确实有科学的慧根,我马上被这篇朴实的文章吸引住了。它剖析了复杂的大千世界,轻松地抽出清晰的脉络。尤其是结尾那句简短的、平淡的宣布,纵然是科学的外行,也能掂出它的份量。一种硅锡钠生命的模板!一种高强度的,完全异于现有生命形式的新生命!可以断定,我将得到的遗产肯定与之有关。
我立即打电话给何律师,直截了当地问他:“何律师,那种硅锡钠生命是什么样子?现在在哪儿?”
何律师在电话中大笑道:
“沙女士的估计完全正确!她说你会打电话来的。还说如果你不打来电话,律师就可以中断工作了。她没看错你。来吧,我领你去,那种新型生命在她的私人实验室里。”
沙女士的试验室在城郊的一座小山坡上,是一幢不大的平房,屋内有两名工作人员正在安静地工作。何律师引我参观着各屋的设施,耐心解释着,他说,给沙女士当了10年律师,我已成半个纳米科学家啦。他领我到实验室的核心——所谓的生命熔炉。四周是厚厚的砖墙,打开坚固的隔热门,灼热的气浪扑面而来,里面是一个约有100平方米的大熔池,暗红色的金属液在其中缓缓地涌动。看不到加热装置,大概藏在熔池下面吧。透过熔池上方因高热而畸变的空气,能看到对面墙上有一个巨大的金属蚀刻像,那当然是沙午女士了。她默默俯视着下面灼热的熔池,目光慈爱,又透着苍凉,就像远古的女娲看着她刚用泥土抟成的小人。
何律师告诉我,这是些低熔点金属(锡、铅、钠、汞等)的混合熔液,其中散布着硅、铁、铬、锰、钼等高熔点物质,这些高熔点物质尺寸为纳米级,在熔液中保持着固体形态。我们的变形虫——即沙女士说的新型生命——正是以这些纳米级固相原子团为骨架,俘获一些液相金属而组成的。熔池常年保持在490℃正负85℃的范围,这是变形虫最适宜的生存环境。“现在,看看它们的真容吧。”
他按一下按钮,侧面墙上映出图像。图像大概是用X光层析技术拍的,画面一层层透过液体金属,停在一个微小的异形体上。从色度看,它和周围的液体金属几乎难以区分,但仔细看可以看出它四周有薄膜团住。它努力蠕动着,在粘稠的金属液中缓缓地前进,形状随时变化,身后留下一道隐约可见的尾迹,不过尾迹很快就消失了。
“这就是沙女士创造的变形虫,是一种纳米机器,或纳米生命。在这个尺度的自组织活动中,机器和生命这两个概念可以合而为一了。”何律师说,“它的尺度有几百纳米,能自我复制,能通过体膜同外界进行新陈代谢。不过它吃食物只是为了提供建造身体的材料(尤其是固相元素),并不提供能量。它实际是以光为食物,体膜上有无数光电转换器,以电能驱动它体内的金属‘肌肉‘进行运动。”
我紧紧盯着屏幕,喃喃地说:“不可思议,真正不可思议!”
“是啊,和地球上的生命完全不同。它的死亡和繁衍更离奇呢。一只变形虫的寿命只有12-16天,在这段时期,它们蠕动、吞吃、长大,然后蜷成一团,使外壳硬化,在硬壳内的物质发生‘爆灭‘,重新组合成若干只小变形虫。至于爆灭时生命信息如何向后代传递,沙女士去世前还未及弄清。”
“它们繁殖很快吗?”
“不快,金属液中的变形虫达到一定密度时,就会自动停止繁殖。我想其内在原因是合适的固相材料被耗尽了。看!快看!镜头正好捕捉到一只快要爆灭的变形虫!”
屏幕上,一只变形虫的外壳显然固化了,在周围缓缓涌动的金属液中,它的形状保持不变。片刻之后,壳体内爆发出一道电光,随之壳内物质剧烈翻动,又很快平静下来,分成四个小团。然后硬壳破裂,四只小变形虫扭转着身体,向四个方向缓缓游走。
我看呆了,心中有黄钟大吕在震响,那是深沉苍劲的天籁,是宇宙的律动。我记得有不少科学家论述过生命的极限环境,但谁能想到,在500℃的金属液中,会有一种金属生命,一种不依赖水和空气的生命?这种生命模板的合成是多么艰难的事,那应该是上帝10亿年的工作,沙姑姑怎么能在几十年的研究中就把它创造出来?我瞻望着她的雕像,心中充满敬畏。何律师关上隔热门,领我回办公室。他说:
“这种生命还相当粗糙,它体内光电转换器的效率还不如普通的太阳能板呢。沙女士说,经过一代代进化后,它们也会像地球生命一样精巧,不过那肯定是几亿年以后的事了。至少在我接手后的5年里,这些慢性子的家伙们没有一点儿变化。”
我问:“这是私人实验室?得不到政府的支持?”
“对,至于原因——我想你能猜到。从实用主义观点看,这种研究恐怕在几千万年内毫无价值。沙女士开始研究时,原是想创造某种能耐高温、有实用价值的纳米机器人。她搞出了这种小变形虫,但一直没有为它找到实际用途。沙女士去世后,委托我用她的财产维持生命熔炉的运转,不过,这笔资金很快就要告罄了。”
他看看我,我看看他,我们都知道这句话的含意。沙女士留给我的,实际是一笔负资产,我一旦接下,就要向这座熔炉投入大量的资金,直到用尽家财。然后……然后该怎么办?再去寻找一个像我这样易于被感动的傻瓜?
但不管怎样,我无法拒绝。这些生命尽管粗糙,终究已脱离物质世界,它们是妙手偶得的孤品,如果生存下去,也许能复现地球生命的绚丽。我怎忍心让它们因我而死呢。童年的科学情结忽然复活了,就像是一泓春水悄悄融化着积雪。我叹口气:“何律师,宣布遗嘱吧。”
“啊,不,”何律师笑道:“遵照沙女士的规定,还有第二道程序呢。请你先看完这封信吧。”
他从皮包中掏出一件封固的信,郑重地递给我。我狐疑地接过来,撕开。信笺上用手写体简单地写着两行字,其内容是那样惊世骇俗:
“致我的遗产继承人:
真正的生命是不能圈养的,太阳系中正好有合适的放养地——水星。“
我呆住了。我瞠目结舌,太阳穴的血管嘭嘭跳动。那个狡猾的律师似笑非笑地看着我,他一定料到了这封信对我的震撼。是啊,与这两行字相比,此前我看到的一切还值得一提吗?