一丟丟生命物理學（連載1）

Pre：社科要讀的書好多，我已經刷爆兩張借書卡了，心累。這篇專欄是為了換換腦子寫的。

社保和社工老師都在強調臨終的事，所以我想在開頭引用斯賓諾莎的一句話：

自由的人絕少想到死，他的智慧不是死的默念，而是生的沉思。

此刻，我選做一個這樣的自由人。

物理的能力很難刻畫生命的細節

我們是有一些物理知識，這篇文章討論的是和生命有關的物理學。我不想建立諸如呼吸運動那樣的模型，這樣的過程沒有很難描述，問題在於，它們不太是「生命的過程」，因為機械組織可以完全複製這樣的過程。我想描述的是，有機體的物質結構和功能，物理學在這方面的力量非常不足。因為，現在我們知道，在生物體內的原子是以一種非常特殊的方式排列的，而物理更擅長處理更一般的情況。

所以有機化學家在生命體的問題上更容易做出成果，因為他們擅長處理這些特殊問題。

但是物理可以解釋生命中的一系列問題，在這篇文章中我會介紹一點點。我們用物理的觀點對生命現象做出一些解釋，然後與事實比較，比較幫助我們修正我們的想法，進而更接近正確的觀點。這就是物理學家的做法。

與原子相比，我們的身體非常大

這是一個學習過有關物質微觀結構的人都會有的認識，緊接著他可能會產生這樣一種遺憾：我們的感覺器官不能幫助我們觀察原子層面的現象，我們看不見，聽不到，摸不著。

我們好好思考一下人的思維，為什麼我們擁有的是一種大量原子組成有機整體的機制，我們直接感受整體上的環境，而不是單個原子？

原因是，人的思維本質上就是一種有次序的存在，也只能作用在有次序的物質上（這種作用就是知覺）。

這就產生兩個結果：(a)和思維對應的人的組織器官，必然是有次序的，這決定了在其中發生的過程遵守嚴格的物理定律，達到高度的準確性；(b)外界事物對這個有次序的系統產生的影響必定對應著我們的某種知覺。這就是人類思維產生的物質基礎。總之生命系統和環境之間的相互作用必須遵循某種物理學定律並達到相當的準確性。

這樣我們實際上回答了上面的問題，因為物理學定律是建立在大量原子的基礎上的。針對少量的幾個原子，我們實際上觀察不到任何的規律，而觀測的原子數量越大，我們觀察的規律準確性就越高。

我們如果有敏銳到可以感受單個原子的知覺，我們將不會產生有思維的邏輯，

更不會在邏輯思維中產生原子的概念。

有關遺傳

在這一部分，我必須推翻上一小節我們提出的假設。

因為事實上，在生命體內，儘管總的原子數的確是一個天文數字，但並不是每一部分都滿足「由大量的原子來保證精確的物理定律」這種假設，這裡存在一些微小的原子群，它們小到無法滿足「精確應用物理定律」的要求，卻在生物體內支配一些非常有秩序的過程。它們控制生命體在發育的各個階段表現出來的宏觀形狀，決定生命體的重要功能。

我假定讀者有完整的高中教育背景，了解有關遺傳的知識。你可以在生物必修2中了解這部分知識。

我對交叉互換做一些更詳細的說明。如果沒有交換，位於銅一條染色體上的兩個基因將永遠一同被遺傳給後代，但是一旦發生交換這個規律就會被打破。我們可以通過後代表現型的比例計算交換髮生的概率。經過統計分析我們發現：位於同一條染色體上的（即，連鎖的）兩個基因離得越近，它們被交換分開的概率就越低；而對於分布在兩端的基因每經過一次交換都會分開。

在經過了充足的實驗驗證之後，被檢驗的性狀被分成好幾個相互獨立、沒有連鎖的群，每個群內的形狀都可以畫一幅線性圖，在這張圖上定量描述了兩個性狀的連鎖程度。

其實這些理論非常空洞。

我們現在來看看這些基因有多大，準確的說，我們能夠對基因進行定位的最小尺寸是多少？然後我們討論一下基因為什麼可以是穩定的。

有一種方法是，在一條特定的染色體上找到大量顯性基因的位置後，測量這條染色體的長度，除以形狀數目在乘以染色體橫截面積，得到基因體積的估計。這時候我們要注意，只有能夠交換的形狀才被認為是不同的形狀，所以我們估計的是理論最大值。

另一種方法是觀察某些尺度大於普通細胞的特大細胞，我們可以在其中的染色體上分辨出深色的密集橫紋，雖然這些橫紋很多，但是有人認為這和育種實驗標定的基因數量位於一個數量級。這樣的估計顯示，基因大概和一個邊長300埃的立方體相當。

要知道，在固體和液體中，300埃的距離只能囊括下100-150個原子，所以一個基因中的原子數不會超過幾百萬個。以統計物理學的觀點，要得到一個遵循物理學定律的行為這樣的書目肯定不夠。

那麼為什麼遺傳物質能夠保持這樣的穩定性？我們在生物課本上已經得到了一些答案，這是因為它獨特的結構。而對遺傳機制的深入了解，幾乎是目前人類認知的極限。