《生物学是什么》，吴家睿著，北京大学出版社2021年3月出版，定价：48元   出版社供图

生物学是什么？答案既简单又复杂。它的复杂性在于要回答“生命是什么”这一根本性问题。中科院生物化学与细胞生物学研究所研究员吴家睿在今年出版的著作《生物学是什么》中，就向这个任务发起了“挑战”。

写给自己的书

不同于普通的生物学教科书或者科普读物，本书的内容是吴家睿近十几年在生物学领域的学习和研究过程中逐渐领悟到的“生命观”的总结，体现了他对科学与哲学交叉问题的深刻思考，极具启发性。但对普通读者而言，也意味着更高的阅读门槛。

“这首先是一本写给我自己的书。”但吴家睿直言，无论是高中生、大学生还是同行，懂与不懂，打开就会有收获。

本书共有五章，从“解析生命的有序性”“破译生命的信息流”到“建立生命的统一性”“揭示生命的区域化”，再到“重构生命的复杂观”，涉及生命的构成本质和运行规律两个层面。

本书第一章围绕生物大分子展开。从生物大分子的核心元素“碳”的手性特征出发，讨论了生命的有序性，同时进一步分析了生物大分子的构成规则，并在此基础上阐释了生物大分子的结构与功能的关系；第二章是对生物体在其遗传信息传递和利用方面的基本规律的介绍；第三章试图通过物种的命名规则、相互关系和演化特征来阐述生命的进化规律；第四章则从生命特有的区域化现象出发来解释生命为什么要从原核细胞发展到真核细胞，并进一步发展到多细胞个体。

在最后一章，作者从系统生物学的角度对生命复杂系统的特点进行探讨：生物大分子之间通过复杂的相互作用形成了执行各种生物学功能的动态网络；此外，这些生物大分子间的相互作用极易变化且受环境的影响，从而导致了生命复杂系统的不确定性。

吴家睿表示，生命科学是一门进展非常迅速，同时又不断受到冲击的学科。为了适应这样的特点，他在写作时尽可能保证了材料的“新鲜度”和探讨的开放性。

“非主流”的观点

《生物学是什么》的不同之处，还体现在书中的一些分析和观点是“非主流”的。作者希望打开一个视角独特的“窗口”，从而引发读者对生物学本质和运行规律的新的认识。

吴家睿提到，关于生命本质的探讨一直以来有两个截然相反的观点。一个是还原论，一个是活力论。

“它们的产生可以追溯到古希腊时期。当时的还原论代表是哲学家德莫克利特。在他看来，世间万物都是由原子构成的，生命同样也是由原子所构成。而同时期的哲学家亚里士多德则持相反的观点，认为在生物体中存在着一种特有的要素——‘隐德来希’（希腊语，意思是完成），这种要素使得物质获得‘生机’，使生命这种特定的形式实现其自我完善的目的。”吴家睿说。

他告诉《中国科学报》，20世纪中叶，随着物理学和化学等物质科学的介入以及分子生物学的诞生，还原论从此占据了生物学研究的主流地位。

“按照还原论的观点，生命是一架可以完全被拆解的机器，所以生物学家的任务就是把生命机器的每一个零件拆下来，逐一研究，当我们知道每个零件是什么、有什么功能的时候，我们就知道生命是什么了。”吴家睿解释。

随着研究的深入，尤其是人类基因组计划的实施和系统生物学的诞生，人们逐渐意识到，生物体并非仅仅是一个装载了各种生物大分子的简单容器，而是一个由这些数量巨大且种类繁多的生物大分子间相互作用构成的复杂系统。在新千年到来之际，美国生物学家克尔斯勒等人从系统生物学的角度提出了“分子活力论”,认为由生物大分子构建而成的生物体具有特殊的性质。

2000年后，系统生物学引起了吴家睿的注意，并成为了他此后学术研究的主要阵地。2005年，中国科技大学和中科院上海生命科学研究院共同创立了全国首个系统生物学系，吴家睿是首任系主任。他教授了多年系统生物学课程，梳理系统生物学的基本概念、理论，探索系统生物学的研究策略和研究方法，从整体论、系统论的角度来认识生命和解释活动。他也是国内系统生物学学科发展的主要推动者。

“从一定的意义上说，生物学的发展史就是由还原论和活力论之间的争论和相互替代推动而形成的。”在他看来，系统论的观点虽然仍不及还原论“树大根深”，但是科学家已经有能力在更为全面、复杂的层面上分析生命现象，两者不再是相互对立、隔离，而是互为补充、互为依赖。

生物学面临的最大挑战是什么

除了生命的本质，吴家睿对生命运行规律同样提出了“非主流”的探讨方向。

他说，持还原论的科学家还有一种普遍观点，“那就是所有生命活动都不是随机的，它们都遵循着基本的物理学和化学规律。因此，现代生物学的另一大任务就是找到并揭示所有的规律，这样我们就能理解、控制甚至制造生命”。

基于还原论的生命科学决定论者往往有这样一个潜在信念，就是对确定性的追求。可是，越来越多的研究发现，这只是科学家的一厢情愿。

吴家睿在书中举例，生物体内的生物大分子种类繁多、数量巨大，即使是大肠杆菌这样简单的单细胞原核生物所拥有的各种蛋白质分子的总拷贝数就高达250万个左右，其整个细胞容积的30%左右都被生物大分子占据。因此，这些生物大分子在细胞内通常处于极端拥挤环境和无序排列状态。

生物大分子不仅具有结构上的无序组织，而且在其合成的过程中也有许多随机波动存在，这种生物大分子具有的随机波动性通常被称为生物学噪声。一项对大肠杆菌的单分子研究发现，在生物学噪声的影响下，基因表达量和相应的蛋白质表达量之间呈现出了随机的关系。

过去人们通常认为随机性“噪声”会对生命产生负面影响，应该被消除。但更多最新研究表明，生命中的噪声不仅难以消除，而且对生命也有着积极的一面，它常常具有许多重要的生物学功能。

吴家睿认为，对生物学噪声的研究让研究者认识到，生物体作为一个开放的非线性复杂系统，一方面自身具有各种内在的随机噪声，另一方面生存于充满不确定性的外部环境之中。

“可以这样说，地球上生命的演化过程就是由偶然性推动的，它使生命从最简单的原核细胞形式发展为如此复杂多样的动植物。如果生物世界真的是由确定性所‘统治’的，那么今天地球上存在的生命很可能依然是大肠杆菌这一类简单的单细胞生物。”

正因如此，吴家睿在书的结尾指出：“生物学面临的最大挑战是，来自研究者的决定论思维与生命的偶然性特征之间的冲突。”