一堆鐵礦石無法自然變成一艘航母,不在于進化問題,而在于物理法則。

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這個問題的背后,實際相當于在問,為什么碳基能不斷自然迭代,而鐵基無法自然迭代?

根本原因在于,從分子層面來說,鐵礦石比起魚類來說實在是太簡單了。它在自然狀態(tài)下的能量和物質(zhì)循環(huán),根本無法支撐起復雜的自然迭代。

首先,從元素性質(zhì)來說,碳化物是最豐富多樣的。

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四個外層電子,可陰可陽。

它不僅可以與氫、氧、氮、硫、磷,等多種非金屬形成共價化合物(共4個共價鍵),它自己和自己也能結合,形成單鍵、雙鍵,三鍵等不同的形式。

這些特性可以讓碳為中心的有機物,形成穩(wěn)定而無比豐富的碳鏈和碳環(huán)。

已知的有機化合物多達3000萬種,每年新發(fā)現(xiàn)或合成的種類多達數(shù)百萬種:

  • 各種烴、醇、酚、醚、醛、酯、胺、腈、雜環(huán)、硝基、重氮、偶氮化合物,各類酸,各類氨基酸、肽、多肽、蛋白質(zhì),各類糖類、單糖、低聚糖、多聚糖,以及其它高分子化合物。

有機物的種類不僅豐富多樣,互相之間還有極其復雜繁多的反應。

這些性質(zhì),都是鐵等其它元素遠遠不能比的。

自然迭代的復雜度,我們僅僅從蛋白質(zhì)的迭代來舉例:

構成生命的蛋白質(zhì)基本單元——氨基酸,總共也就22種。

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不過這22種氨基酸經(jīng)過不同的排列組合,就可以形成大量種類的蛋白質(zhì)一級結構,也即初級結構(primary structure)。

不同的氨基酸,通過α-氨基與α-羥基間的脫水結合,形成肽鍵。

肽鍵是剛性的平面(如圖):

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隨著更多氨基酸的結合,組合成多肽,則會發(fā)生折疊,從而形成二級結構(secondary structure),也即次級結構。

由于肽鍵是剛性的,所以不能隨便折疊,而是有規(guī)律地盤繞折疊。

  • α-螺旋結構和β-折疊結構,是通過氫鍵維持的最基本二級結構。

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一級結構中,只需要氨基酸發(fā)生一丁點的改變,就能改變二級結構,從而影響整個蛋白質(zhì)的功能。

  • 例如,鐮形細胞貧血癥,可以僅僅只是血紅蛋白中一個特定氨基酸的改變而導致。

某些蛋白質(zhì)分子中,甚至還可能形成超二級結構,也即二級結構聚集體,甚至形成介于二級和三級之間的結構域。隨著多肽鏈的增長,就會進一步折疊卷曲,形成復雜球狀分子結構,這便是三級結構((tertiary structure))。

  • 三級結構通常十分緊密,內(nèi)部空間往往只能容納極少的水分子。

隨著數(shù)條獨立的三級結構,再通過非共價鍵的方式相互連接,最終形成的聚合體,便是四級結構(quaternary structure)。

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一個蛋白質(zhì)分子的典型結構是這樣的:

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僅僅22種氨基酸,通過一、二、三、四級結構,不斷的迭代,便可以產(chǎn)生成千上萬種蛋白質(zhì),僅僅人體內(nèi)便存在約10萬種不同結構的蛋白質(zhì)分子。

相比較于分子形式簡單的鐵礦石,碳基分子迭代和復雜化的容易程度遠遠高得多。

即便如此,碳基生命的出現(xiàn)和演化,依舊被很多苛刻的條件所限制。

各種碳化物最穩(wěn)定的溫度,在10℃~30℃的范圍內(nèi),尤其是各種蛋白質(zhì)、酶、肽的活性溫度。

溫低于10℃甚至接近0℃時,行星表面大面積結冰,會影響到高等生命的形成。

碳基生命需要以水循環(huán)為核心,如果地球溫度升高30℃,便會因為大量水蒸氣,產(chǎn)生的嚴重溫室效應,造成海洋不可逆的消失。

巧合的是,地球的平均溫度,已經(jīng)主要的溫度變化范圍,正好在這個范圍內(nèi)。

大約10億年后,地球接收到的太陽輻射會逐漸增加10%,地球均溫將會升高到50℃以上。根據(jù)大氣成分導致溫室效應的不同效果,溫度可能更高……直到那個時候,可能才會迎來地球生命的崩潰。

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碳基生命也更加依賴主序星上的黃矮星(例如,太陽)。

即便是紅矮星,可能生命也很難誕生。紅矮星光線太弱,宜居帶距離恒星太近,受到恒星極大的引力影響,可形成潮汐鎖定,造成極端的氣候。同時紅矮星經(jīng)常爆發(fā)強烈的耀斑,超強X射線和電離輻射,可直接摧毀碳基生命。

而比太陽更大的主序星,不僅壽命短,還可能發(fā)生伽馬射線暴,超新星爆發(fā)、甚至坍縮為黑洞。其宜居帶的行星,哪怕出現(xiàn)了生命也不利于往高等演化。

我們通常認為火星上曾經(jīng)可能存在過生命。

假如,曾經(jīng)火星上也存在一種動物,進化到“魚”的階段,但它們最終可能隨著火星的“死去”而滅絕,永遠也沒有機會進化成“人”。

但無論怎么樣,生命的演化過程,總是能自然發(fā)生的。而鐵礦石到航母,從物質(zhì)循環(huán)的角度來說,是無法自然發(fā)生的過程。

最后我們再從熱力學的角度來看看。

薛定諤在《生命是什么》一書中,提出了生命以負熵為食的觀點。

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生命體,也是熱力學上的耗散結構。不清楚概念的,可以簡單理解為:這是一種伴隨著物質(zhì)和能量循環(huán)的動態(tài)穩(wěn)定有序結構。

首先無論生物小分子還是生物大分子,相對于無機物,它們都是足夠不穩(wěn)定的。演化成生命后,通過不穩(wěn)定的分子循環(huán),宏觀整體逐漸變得穩(wěn)定,甚至可以有數(shù)十年,甚至數(shù)百年的壽命。

這靠的是什么?靠的是身體內(nèi)不斷地新陳代謝。

就拿人體來說,無論你吃喝拉睡,處于什么樣的狀態(tài),只有你活著,機體內(nèi)就存在能量和物質(zhì)的損耗,你就必須通過新陳代謝不停地更新補充。

在受精卵形成的剎那,你的身體就開始了能量和物質(zhì)的有序循環(huán),至少你死亡的剎那,你這個個體的有序循環(huán)才停止。

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你身體內(nèi)的各種復雜的化學反應,遠遠比航空母艦內(nèi)部的化學反應豐富復雜了成千上萬倍。

僅僅一個細胞內(nèi),每秒鐘就會發(fā)生千萬次的化學反應。

可以說穩(wěn)定的耗散系統(tǒng),是一種結構能夠自然演化迭代的結構基礎。

不用說,航空母艦背后需要支持的整套現(xiàn)代工業(yè)體系,需要有的完備鋼鐵、電子設備、通信系統(tǒng)、導航系統(tǒng)的支持。

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甚至不用說,鍛造鋼材、合金,以及焊接的非自然的數(shù)千度高溫。

也不用說,分布在地球各地各層的各種材料的非自然匯聚。

甚至就連一塊放在地上的鐵礦石,它都無法自動完成一階階跳上樓梯,然后一階階跳下樓梯的循環(huán)過程。

鐵礦石自身最多能完成還原和再氧化的循環(huán)過程,除此之外,再無其他。

也就是說,無論從物質(zhì)的角度,還是能量的角度,鐵礦石都無法支持這種復雜的自迭代過程。

從熵的角度來說,我們成長繁衍的過程是熵減的,這依賴外部的更大熵增(子女成長的熵減過程,似乎正是伴隨著父母的更大熵增過程)。

生命演化起于微末,最初演化的熵增熵減也是微末的。直到生命演化得更加的復雜,更加的有序,才伴隨著更多的局部熵減出現(xiàn)。然而生命演化的熵增熵減,總是被地球自身的熵增熵減所限制。

從某種意義上來說,如果地球生物量及總有機質(zhì)長期維持不變,那么在維持不變的這個階段,生命整體對整個地球系統(tǒng)的熵增熵減貢獻,也幾乎接近于零。

然而從鐵礦石提煉到鍛造,再到最終形成一塊可使用的航母鋼板,從鋼板自身的有序性來說,是高度熵減的。但它的鍛造過程,總是伴隨著外部環(huán)境突然性的熵增過程。

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如果說生命的循環(huán),如同云和雨的循環(huán),是物質(zhì)、能量,以及地球自然熵增都足以支持自然循環(huán)過程。

那么,從鐵礦石到航母,就如同打碎的杯子再融化塑造成新的有著精美花紋的杯子,是一個無論從物質(zhì)、能量,以及地球自然熵增都不足以支持的非自然非循環(huán)過程。

它必須再借助外力,這個外力可以是對物質(zhì)更有序化的處理,可以是更高的能量(溫度)、可以是總系統(tǒng)更高的熵增。

所以,一堆鐵礦石要自然變成一艘航母,違背的并不是進化論,而是物理學。