當(dāng)人們對生命現(xiàn)象還缺乏深入認識的時候,曾經(jīng)認為有“靈魂”或某種“活力”存在于生物體內(nèi),使它表現(xiàn)出生命現(xiàn)象,一旦“靈魂”或“活力”離開了生物體,生物體就死亡。事實上生物體內(nèi)并不存在這些奇特的“靈魂”或“活力”。構(gòu)成生物體和無機物的各種化學(xué)元素并無區(qū)別,所不同的是在生物體內(nèi)存在著一些特殊化學(xué)物質(zhì),它們是由還原了的碳原子與氫、氧、氮等原子形成的高分子有機化合物,包括蛋白質(zhì)、核酸、糖和脂類等物質(zhì)。在自然界,這些物質(zhì)只存在于生物體中,統(tǒng)稱為生物分子(biomo1ecu1e),以它們?yōu)橹黧w,構(gòu)成了生物體內(nèi)各種結(jié)構(gòu)。已知的最簡單的生物之一――煙草斑紋病毒,它的病毒顆?煞譃楹诵暮屯鈿刹糠郑恢醒牒诵牟糠,由呈單螺旋構(gòu)型、分子量約為200萬的核糖核酸分子構(gòu)成,外殼是由200個亞基組成的、分子量約為380萬的螺旋狀蛋白質(zhì)分子,包繞在核心部分的外面。這說明,蛋白質(zhì)與核酸是構(gòu)成生物體的最基本的物質(zhì)。恩格斯曾經(jīng)將構(gòu)成生物體的基本物質(zhì)稱為“蛋白體”,并指出“蛋白體”是“生命的唯一的獨立承擔(dān)者”,看來他當(dāng)時所說的“蛋白體”可能就是蛋白質(zhì)與核酸。
在煙草斑紋病毒的溶液中,病毒顆粒形成液態(tài)晶體,如同一般晶體物質(zhì)的溶液一樣,是無生命的,不能表現(xiàn)出任何功能活動。但是,一旦這些病毒顆粒進入煙草葉的毛細胞后,就脫掉其蛋白質(zhì)外殼,并利用煙葉細胞中的一些物質(zhì)作原料,產(chǎn)生出大量新的煙草斑紋病毒顆粒。這樣無生命的晶體就變成了有生命的病毒。這說明,生物體必須在一定的環(huán)境中才能有生命,生命只不過是生物體存在的一種狀態(tài)。
通過對各種生物體、特別是對細菌和原生動物等簡單生物的研究,發(fā)現(xiàn)生命現(xiàn)象至少包括三種基本活動,這就是新陳代謝、興奮性與生殖。因為這些活動是活的生物體所特有的,可以認為是生命的基本特征。
(一)、新陳代謝
生活在適宜環(huán)境中的生物體,總是在不斷地重新建造自身的特殊結(jié)構(gòu),同時又在不斷地破壞自身已衰老的結(jié)構(gòu)。雖然從生物體的外表可能看不出什么明顯變化,但實際上它的各個部分都在不斷地以新合成的生物分子代替舊的。這個過程為新陳代謝,或稱為自我更新。生物體只有在適宜的環(huán)境中才能自我更新,一方面它要從環(huán)境中攝取各種營養(yǎng)物質(zhì),經(jīng)過改造或轉(zhuǎn)化,以提供建造自身結(jié)構(gòu)所需的原料和能量;另一方面,生物體內(nèi)的分解產(chǎn)物,均需排出體外。這就是說,生物體只有在與環(huán)境進行物質(zhì)與能量交換的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)自我更新。新陳代謝是不能停止的,如果生物體停止自我更新,它的生命也就結(jié)束。恩格斯曾經(jīng)提出一個關(guān)于生命的定義,“生命是蛋白體的存在方式,這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分不斷的自我更新”,即認為新陳代謝是一切生物體最基本的特征。
在新陳代謝過程中,生物體內(nèi)各種物質(zhì)的合成、分解、轉(zhuǎn)化、利用等,大都是各種生物分子在水溶液中進行的成系列的化學(xué)反應(yīng)。例如,糖或脂肪在生物體內(nèi)分解供能的過程,就是通過一系列循序進行的化學(xué)變化,利用從環(huán)境中吸入的氧,將這些物質(zhì)氧化分解,釋放出能量并同時形成二氧化碳和水。這些化學(xué)變化和一般無機物的化學(xué)變化都服從同樣的物理化學(xué)規(guī)律;然而這些化學(xué)反應(yīng)基本上都是由蛋白質(zhì)所構(gòu)成的生物催化劑--酶所催化的,因而又是以復(fù)雜的特殊形式表現(xiàn)出這些物理化學(xué)規(guī)律的。等量的糖,在體內(nèi)氧化與在體外燃燒所消耗的氧、產(chǎn)生的二氧化碳和釋放的能量都相同;但在體內(nèi)的氧化過程卻是在遠低于100℃的溫度條件下完成的。在生物分子的合成中,由于酶的催化作用對底物都有高度特異性,因而可以在細胞的同一部分內(nèi)同時進行多個不同的反應(yīng)而能井井有條、互不干擾,這在一般化學(xué)試管里是不能實現(xiàn)的。所以生命也是一種物質(zhì)運動的形式,然而是一種“高級”的運動形式。
(二)、興奮性
各種生物體都生活于一定的環(huán)境之中,這是進行新陳代謝的必要條件,而當(dāng)它所處的環(huán)境發(fā)生某些變化時,生物體又能主動地作出相應(yīng)的反應(yīng)。單細胞動物如阿米巴,在附近的環(huán)境中出現(xiàn)食物顆粒時,即伸出偽足將食物包圍,攝人體內(nèi);若出現(xiàn)有害物質(zhì),則伸出偽足游走避開。引起生物體出現(xiàn)反應(yīng)的各種環(huán)境變化統(tǒng)稱為刺激。
低等動物如水螅等,當(dāng)環(huán)境發(fā)生某些變化時,常常是直接受刺激部分的細胞發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)的形式也比較簡單。高等動物對環(huán)境變化的反應(yīng),則經(jīng)常是機體各部分協(xié)調(diào)配合的整體性反應(yīng);這種反應(yīng)的形式常很復(fù)雜,特別是動物進化到高級階段,機體內(nèi)已分化出一些專門感受環(huán)境中不同性質(zhì)變化的感受細胞,并出現(xiàn)了主要由神經(jīng)組織構(gòu)成的調(diào)節(jié)系統(tǒng),以及由肌肉、腺體等參與構(gòu)成的效應(yīng)器。環(huán)境中出現(xiàn)某種變化時,刺激了相應(yīng)的感受細胞,這些感受細胞立即將所感受的刺激轉(zhuǎn)變?yōu)樯镫娦盘,由這些生物電信號將環(huán)境變化的信息傳送到中樞神經(jīng)系統(tǒng),經(jīng)過神經(jīng)系統(tǒng)處理以后,仍然以生物電信號的形式將信息傳送到機體各部分的效應(yīng)器細胞,使它們迅速產(chǎn)生生物電變化,并從而激起它們所特有的功能活動。神經(jīng)(包括感受器)、肌肉和腺體等組織,即使從機體分離出來后,用人為的刺激也可以較迅速地引起它們的生物電反應(yīng)和其它反應(yīng)。通常在生理學(xué)中,將這些受到刺激后能較迅速產(chǎn)生某種特殊生物反應(yīng)就的組織--神經(jīng)、肌肉、腺體,統(tǒng)稱為可興奮組織;將受刺激后產(chǎn)生某種特殊生物電反應(yīng)的過程及其表現(xiàn)稱為興奮,而這種受刺激后產(chǎn)生興奮的能力則稱為興奮性。
生物體對環(huán)境變化作出適宜反應(yīng),是一切生物體普遍具有的功能,也是生物能夠生存的必要條件,所以興奮性也是生命的基本特征。
(三)、生殖
生物體生長發(fā)育到一定階段后,能夠產(chǎn)生與自己相似的子代個體,這種功能稱為生殖或自我復(fù)制(se1f-replication)。煙草斑病毒顆粒進入煙葉毛細胞后,迅速復(fù)制出大量煙草斑紋病毒顆粒,這就是最原始的生殖過程。單細胞生物的生殖過程,就是一個親代細胞通過簡單的分裂(fission)或較復(fù)雜的有絲分裂(mitosis),分成兩個子代細胞。在此過程中,親代細胞核內(nèi)的染色質(zhì)將均分給兩個子代細胞,其中的脫氧核糖核酸將親代的遺傳信息帶到子代細胞內(nèi),控制子代細胞中各種生物分子的合成。子代細胞中的各種生物分子,包括各種酶系,均與親代細胞相同,于是子代細胞能具有與親代細胞相同的結(jié)構(gòu)與功能。高等動物發(fā)育到一定階段,同樣具有生殖功能。但是它們已經(jīng)分化為雄性與雌性個體,要由兩性生殖細胞結(jié)合以生成子代個體。這種生殖過程雖然復(fù)雜得多,但父系與母系的遺傳信息也是分別由雄性和雌性生殖細胞的脫氧核糖核酸帶給子代的。
任何生物體的壽命都是有限的,必然要衰老、死亡。一切生物都是通過自我復(fù)制來延續(xù)種系的,所以生殖也是生命的基本特征之一。