
当我们观察一条河流,看到的是什么?是河床中的那些水分子吗?显然不是。今天流经长江三峡的水,和明天流经的完全不同,但我们依然说这是“同一条长江”。我们把河流理解为一个持续流动的过程,而不是某个固定不变的物体。
生命也是如此。我们习惯把生物体当作一个“东西”来看待,就像看待一块石头或一辆汽车。但如果仔细观察,会发现生命更像是河流那样的过程。你的身体每时每刻都在变化,细胞不断更新,物质持续流动,能量来回转换。从某种意义上说,今天的你和一年前的你,在物质组成上已经完全不同。
这种认识方式对理解生物学至关重要。传统上,我们倾向于把世界看作由各种“物体”或“实体”构成,这些物体有固定的性质和明确的边界。但生命世界的真实情况要复杂得多。生物体不是简单的物理对象,而是动态维持的过程。理解这一点,能帮助我们更深刻地认识生命现象,从新陈代谢到疾病发生,从个体发育到生态系统。
本内容将带你认识生命的三个核心特征:新陈代谢带来的物质更新、贯穿一生的发育变化、以及生物之间的相互依存。这些特征共同揭示了一个基本事实,生命是过程而非物体,是流动而非静止。
在北京故宫的古建筑中,太和殿已经屹立了几百年,我们仍然称它为“明清时期的宫殿”。但实际上,这些建筑经历了无数次修缮。腐朽的木梁被更换,破损的琉璃瓦被替代,风化的墙体被重修。今天游客看到的太和殿,在物质组成上已经和最初建成时大不相同。那么,是什么让我们仍然认为这是“同一座”太和殿呢?答案是它的形式、结构和功能保持了相对的稳定。
生物体也遵循类似的原则,只不过这个过程要快速和复杂得多。你的身体看起来相对稳定,但这种稳定是通过持续不断的物质更新来维持的。这个过程就是新陈代谢。
人体各个部位的细胞都有自己的“寿命”。胃黏膜细胞的更新最为迅速,仅仅五天就会完全替换一遍。这是因为胃酸环境极为苛刻,细胞损耗严重。你的皮肤表层细胞大约每两周更新一次,这就是为什么晒伤后的皮肤会脱落。血液中的红细胞在体内循环约四个月后就会衰老,被脾脏清除并产生新的红细胞补充。即便是看起来坚固的骨骼,也在持续进行着重塑,整个骨骼系统大约十年完全更新一次。
在分子层面,这种更新更加剧烈。人体内的蛋白质每天约有8%被分解并重新合成。这意味着你体内几乎所有的蛋白质分子在一年内都会被替换。就连承载遗传信息的DNA,虽然序列相对稳定,但DNA分子本身在细胞分裂时也会被复制更新。
新陈代谢的本质是生物体通过持续的物质和能量交换来维持自身的组织结构。这种动态平衡是生命的根本特征。
为什么生物体必须进行如此频繁的物质更新?这和生命的热力学特性有关。从物理学角度看,生物体是高度有序的系统,处于远离热力学平衡的状态。根据热力学第二定律,封闭系统会自发地趋向无序和平衡,就像一杯热水最终会冷却到室温。为了维持有序状态,生物体必须不断从环境中摄取能量和物质,同时排出废物和热量。一旦这个交换过程停止,生命就会迅速走向平衡,也就是死亡。
这就解释了为什么所有生物都需要“吃饭”。食物提供的不仅是能量,还有构建和修复身体所需的原材料。植物通过光合作用从阳光、水和二氧化碳中获取能量和碳骨架,动物则通过摄食获得有机物。无论哪种方式,本质都是维持远离平衡态的代谢流。
对比一下生物体和机器就能更清楚地理解这一点。一辆永久牌自行车可以在车库里放置几十年,虽然会生锈老化,但它作为“自行车”的本质不会改变。你可以随时给它加点油,修修车胎,它就能重新使用。但如果你把一只仓鼠关在笼子里不给食物和水,几天之后你就不再有一只仓鼠了。机器的存在不依赖于持续的物质和能量输入,而生物体必须时刻维持代谢活动才能生存。
下面这张图表展示了人体不同组织的更新周期:
从这个图表可以看出,不同组织的更新速度差异巨大。心肌细胞的更新最慢,一生中可能只更新几次,而胃黏膜则在不停地快速更新。这种差异反映了不同组织所承受的工作负荷和损伤程度。
新陈代谢速率也会随着年龄变化。儿童和青少年处于生长发育期,新陈代谢旺盛。成年后代谢速率逐渐下降。这种变化可以用下图来表示:
这条曲线显示,代谢率在青春期达到顶峰,之后逐渐下降。这就是为什么中老年人往往需要控制饮食才能保持体重,因为同样的食物摄入,在代谢率降低后更容易转化为脂肪储存。
理解新陈代谢的过程本质,对认识许多生物学现象都有帮助。比如说,为什么伤口能够愈合?因为损伤部位的细胞会加速分裂和生长,新生的组织填补缺损。为什么癌症如此危险?因为癌细胞的代谢失控,它们无限制地分裂增殖,消耗大量资源却不履行正常细胞的功能。为什么衰老不可避免?因为虽然代谢能够维持和修复身体,但这个过程本身并不完美,错误会逐渐累积,修复能力会逐渐下降。
从这个角度看,生命不是一个“物体”,而是一个“过程”。我们所说的“一个人”,实际上是一个持续更新的物质流的暂时稳定模式。这种认识方式虽然听起来有些抽象,但却更接近生命的本质。

如果你种下一颗竹笋,会发现一个奇特的现象。竹子会在地下默默生长三到四年,地面上几乎看不到任何变化。但突然有一天,竹笋破土而出,在短短六周内就能长到十几米高。这么巨大的变化,让人很难相信地下的竹鞭和天空中摇曳的竹林是“同一个”生物。
这个例子生动地展现了生物体的另一个核心特征,它们会经历显著的发育变化。生物不是一出生就定型的固定实体,而是经历一系列形态、功能和行为的转变。我们把这个完整的发育历程称为生命周期。
养蚕人最熟悉它的四个阶段:卵、幼虫(蚕)、蛹和成虫(蛾)。一粒米粒大小的蚕卵,孵化后变成嫩小的蚁蚕,然后经历四次蜕皮,长成肥硕的五龄蚕。五龄蚕停止进食,吐丝作茧,在茧中变成蛹。蛹看起来毫无生气,但内部正在发生剧烈的重组,最终破茧而出,变成长着翅膀的蚕蛾。从卵到蛾,外观、结构、功能都发生了翻天覆地的变化。
生命周期揭示了一个重要道理:生物的“身份”不在于某个特定时刻的形态,而在于整个发育过程的连续性。
例如,中国有很多美丽的蝴蝶,比如凤蝶。凤蝶的幼虫是肉乎乎的毛虫,专门啃食柑橘树叶。幼虫经过多次蜕皮生长后,会找一个隐蔽处固定身体,然后蜕皮化蛹。蛹期持续约两周,在此期间,幼虫的身体几乎完全分解,重新组织成蝴蝶的结构。化蝶后的凤蝶色彩斑斓,振翅飞舞在花丛间,用长长的口器吸食花蜜。如果不了解其生命周期,很难想象毛虫和蝴蝶竟然是同一个生命的不同阶段。
下面这个表格对比了几种生物的生命周期阶段:
从这个表格可以看出,不同生物的生命周期差异巨大。昆虫往往经历完全变态或不完全变态,植物有独特的生长模式,而哺乳动物则是渐进式的发育。但它们都遵循一个共同的规律:生命是一个时间延展的过程,而不是某个固定的状态。
这种认识对我们理解生物有什么意义呢?首先,它提醒我们不要被某个特定阶段的特征所迷惑。比如说,如果只看成年熊猫,会觉得它们笨重迟缓。但刚出生的熊猫幼崽只有一百多克重,粉红色,几乎没有毛发,完全依赖母亲照料。这两个阶段的差异如此之大,以至于如果不了解其发育过程,很难相信它们是同一物种。
其次,生命周期的观念让我们意识到,生物的每个发育阶段都有其存在的意义。蝴蝶的毛虫阶段专注于进食和生长,积累能量和物质;蛹期进行内部重组;成虫阶段则负责繁殖和传播。每个阶段都是完整生命周期的必要部分,而不是“不成熟”或“不完整”的形式。
另外,生命周期强调了连续性。虽然生物体的形态在不断变化,但有一条连续的因果链条贯穿始终。今天的蝴蝶之所以是这只蝴蝶,是因为它从那个特定的卵发育而来。这种历史性的连续关系,是生物个体同一性的真正基础。
人类的生命周期虽然没有蝴蝶那么剧烈,但变化同样显著。一个受精卵分裂发育成胚胎,出生后经历婴儿期、童年期、青春期、成年期、老年期。每个阶段的身体机能、心理特征、社会角色都有很大不同。我们不会说一个老人“不再是”年轻时的那个人,而是说他“曾经年轻过”,现在“变老了”。这种表达方式自然地承认了生命作为过程的本质。
理解生命周期,还能帮助我们更好地认识疾病。许多疾病与特定的发育阶段相关。儿童容易患某些遗传代谢病,因为快速生长对代谢系统的要求很高。青春期容易出现内分泌相关问题,因为激素水平剧烈波动。老年人容易患退行性疾病,因为细胞修复能力下降。把疾病放在生命周期的背景下理解,比单纯把它看作“身体这个机器出了故障”要准确得多。
如果你仔细观察一棵豆科植物的根部,会发现许多小颗粒状的结构,这就是根瘤。根瘤里生活着一类特殊的细菌,根瘤菌。这些细菌具有固氮能力,能够把空气中的氮气转化为植物可利用的氮素化合物。作为回报,植物为根瘤菌提供糖类等有机物作为能量来源。这种合作如此紧密,以至于根瘤菌离开植物无法生存,而植物失去根瘤菌后生长会明显受阻,特别是在贫瘠的土壤中。
这个例子展现了生命世界的第三个重要特征:生物之间的相互依存。没有任何生物是完全独立存在的孤岛,每种生物都嵌入在与其他生物的关系网络之中。这些关系不仅仅是可有可无的“外部联系”,而是构成生物体本身的重要部分。
大熊猫99%的食物来自竹子,每天要吃掉约12-38公斤竹子。但竹子的营养价值很低,纤维素含量极高,大熊猫的消化系统实际上并不擅长消化纤维素。那它们是如何生存的呢?关键在于肠道微生物。大熊猫肠道中栖息着数以亿计的微生物,其中许多能够分泌纤维素酶,帮助分解竹子纤维。没有这些微生物,大熊猫根本无法从竹子中获取足够的营养。
生物之间的相互依存关系如此普遍和深刻,以至于我们很难明确界定一个生物体的“边界”在哪里。生物更像是嵌套和交织的过程网络,而不是彼此独立的实体。
人类也是如此。人体内外生活着大约39万亿个微生物细胞,数量甚至超过人体自身的细胞。这些微生物构成了人体微生物群,广泛分布在皮肤、口腔、呼吸道、消化道等部位。其中肠道微生物群最为庞大和重要。
肠道微生物帮助我们消化食物,特别是那些人体酶无法分解的复杂碳水化合物。它们合成维生素K、维生素B12等人体必需但无法自行生产的营养素。它们训练和调节免疫系统,帮助抵御病原体入侵。甚至有研究表明,肠道微生物还能影响情绪和行为,因为它们产生的某些代谢产物可以作用于神经系统。
下面这个表格展示了人体不同部位的微生物分布情况:
从这个表格可以看出,人体几乎每个与外界接触的部位都有微生物定植。这些微生物不是“入侵者”,而是人体生态系统的正常组成部分。
生物之间的关系可以分为几种类型:
互利共生双方都从关系中获益。前面提到的豆科植物与根瘤菌,人类与肠道有益菌,都属于这种类型。
共栖关系一方受益,另一方既不受益也不受害。比如附生植物(如苔藓)长在树干上,利用树干作为附着基,但不从树木获取养分,对树木影响不大。
寄生关系一方受益,另一方受害。寄生虫、病原菌属于这类。但即便是寄生关系也远比想象的复杂,因为过度伤害宿主对寄生者本身也不利,因此许多寄生关系会趋向于温和化。
值得注意的是,这些关系类型并非固定不变。环境条件改变时,互利共生可能变成寄生。比如,人类口腔中的某些正常菌群,在免疫力下降时可能引发感染,变成条件致病菌。这再次说明,生物的性质不是内在固定的,而是依赖于所处的关系网络。

生态系统层面的相互依存更加复杂。以长江流域为例,江豚需要依赖鱼类作为食物,鱼类依赖浮游动物和小型水生生物,这些又依赖浮游植物,浮游植物依赖阳光、营养盐和适宜的水质。同时,江豚的排泄物为微生物提供养分,微生物分解有机物释放营养盐,营养盐又支持浮游植物生长。这是一个循环的、相互依赖的网络。
长江十年禁渔政策的实施,正是基于对这种相互依存关系的认识。过度捕捞不仅减少了鱼类数量,也破坏了整个生态网络的平衡,导致江豚等顶级消费者数量锐减。通过禁渔让鱼类种群恢复,整个生态系统才能逐步修复。
这张图显示,长江流域生态系统中各种类型的生物关系都大量存在,其中捕食关系最为常见,这反映了食物网的复杂性。但互利共生和共栖关系也非常普遍,说明合作在自然界中同样重要。
理解生态相互依存,能够改变我们对许多生物学问题的看法。比如,什么是“一个”生物?如果一个人体内有数十万亿微生物,而这些微生物对人的健康至关重要,那么这些微生物算不算是“人体”的一部分?当我们说“我”的时候,指的是仅仅人体细胞,还是包括所有共生微生物的整体?
生物学家提出了“全生物体”(holobiont)的概念来描述这种现象。全生物体指的是宿主及其所有共生微生物构成的整体。从这个角度看,“你”不只是你的人体细胞,而是一个由人体细胞和数十万亿微生物共同构成的复杂生态系统。
这种认识对医学也有重要启示。许多疾病与微生物群落失衡有关。比如,抗生素滥用会杀死有益菌,导致肠道菌群紊乱,引发腹泻、过敏甚至更严重的健康问题。肥胖、糖尿病、炎症性肠病等疾病,也都与肠道菌群组成异常有关。治疗这些疾病,不能只关注人体本身,还要考虑如何恢复健康的微生物生态。粪菌移植(将健康人的肠道菌群移植给患者)就是基于这种理念的新疗法。
认识到生命是过程而非物体,不仅仅是理论上的洞见,还有重要的实际意义。这种思维方式能够改变我们对待健康、疾病、环境保护等问题的态度和方法。
在健康和医学领域,过程思维提醒我们,健康不是一个可以一劳永逸达到的固定状态,而是需要持续维护的动态平衡。就像河流需要不断流动才能保持清澈,身体需要持续的代谢活动才能维持健康。这就解释了为什么健康生活方式需要长期坚持。偶尔的锻炼和健康饮食不能抵消长期的不良习惯,因为身体状态是所有这些因素累积作用的结果。
疾病也应该被理解为过程的失衡,而非简单的“零件损坏”。比如糖尿病,传统观念可能把它看作“胰岛细胞坏了”或“胰岛素不够”。但从过程角度看,糖尿病是血糖调节这个动态过程的失衡。它涉及胰岛细胞功能、肝脏糖代谢、肌肉对胰岛素的敏感性、肠道对营养的吸收、甚至肠道菌群的组成等多个相互关联的过程。治疗不能只是简单地“补充胰岛素”,还要调整整个代谢网络。这正是现代医学越来越重视综合治疗、生活方式干预的原因。
有意思的是,这种认识与中医的理念不谋而合。中医强调“阴阳平衡”、“动态调和”,认为疾病源于身体各系统之间的失衡。虽然中医和现代生物学使用不同的语言体系,但都认识到生命是需要持续调节的动态过程。现代研究正在用分子生物学的工具来理解中医的某些理念,比如“肾虚”可能与下丘脑-垂体-肾上腺轴的功能状态有关,“湿热”可能与炎症反应和代谢状态有关。
在公共卫生领域,过程思维强调预防而非仅仅治疗。既然健康是动态维持的过程,那么及早介入、持续关注就比等到疾病严重后再处理更有效。定期体检、健康教育、环境改善等预防措施,正是在疾病发展的早期阶段调整失衡的过程,防止其恶化到不可逆转的程度。
抗生素使用是一个很好的例子。抗生素能够杀死致病菌,但同时也会破坏正常的微生物群落。如果过度使用,会导致有益菌大量死亡,肠道生态失衡,反而降低了身体的整体抵抗力。更糟糕的是,致病菌可能产生耐药性,变得更难对付。从过程角度看,抗生素使用应该是精准和谨慎的,要在杀死病原体和保护微生态之间寻找平衡。这也是为什么医生现在更加谨慎地开抗生素,而且常常建议服用益生菌来辅助治疗。
过度简化地把身体看作“机器”,把疾病看作“故障”,可能导致治疗策略的偏差。生命过程的复杂性和相互依存性要求更加系统和动态的医疗方法。
在环境保护方面,过程思维同样重要。生态系统不是静态的风景画,而是动态的过程网络。破坏生态不仅仅是“减少了某些物种”,而是打断了维持生态系统的各种过程,影响物质循环、能量流动和生物之间的相互作用。
长江禁渔政策就体现了这种认识。过去几十年的过度捕捞,不只是让某些鱼类数量减少,而是破坏了整个食物网。顶级捕食者如江豚失去食物来源,鱼类无法完成正常的繁殖周期,水生植被因失去食草鱼类的调控而过度生长或衰退,底栖生物群落结构改变。这些变化相互作用,形成恶性循环。禁渔十年给了生态系统一个自我修复的机会,让各种生物过程重新达到平衡。
农业实践也在向这个方向转变。传统化学农业大量使用化肥和农药,短期内提高了产量,但破坏了土壤的生态过程。土壤不是惰性的“泥土”,而是充满生命的复杂系统。土壤中的微生物、真菌、线虫、节肢动物等构成食物网,共同维持土壤的肥力、结构和健康。化肥提供了氮磷钾,但忽视了土壤生态;农药杀死了害虫,但也杀死了有益生物。现代生态农业强调维护和利用土壤的生态过程,通过轮作、覆盖、堆肥、引入有益微生物等方式,让土壤保持活力。
城市规划也开始采纳生态过程的理念。传统城市建设往往用混凝土和沥青封闭地表,导致雨水无法渗透,形成内涝。“海绵城市”的概念则强调让城市像海绵一样吸收和释放雨水,通过绿地、湿地、透水铺装等设施,维持水循环的自然过程。这不仅缓解内涝,还补充地下水、改善微气候、提供生物栖息地。
个人层面,过程思维可以改变我们的生活态度。如果你把自己看作一个固定的“东西”,那么衰老、疾病、失败都是对这个“东西”的损害和贬值。但如果你把自己理解为一个持续进行的过程,那么这些变化都只是过程的不同阶段或状态。重要的不是在某个时刻达到某种“完美”状态,而是保持过程的活力和方向。
就像一条河流,它可能在不同季节有不同的水量和流速,可能因地形变化而形成湍流或平静的水面,但只要还在流动,它就是活着的河流。生命也是如此,关键不在于达到某种静止的“理想状态”,而在于维持动态的平衡和持续的更新。
这种认识也能缓解一些现代人的焦虑。我们常常被社会期待推动,要在某个年龄前达成某些目标,要保持某种形象。但生命是过程,每个阶段都有其独特的价值和意义。童年有童年的纯真,青年有青年的活力,中年有中年的成熟,老年有老年的智慧。接受变化,欣赏每个阶段的特点,而不是执着于某个“理想”状态,或许是更加智慧的人生态度。
本内容从三个角度展现了生命的过程本质:新陈代谢带来的持续物质更新,生命周期带来的形态发育变化,生态关系带来的相互依存。这三个方面共同揭示,生物体不是静止不变的物体,而是动态维持的过程。
新陈代谢告诉我们,生物体的存在依赖于持续的物质和能量流动。从分子到细胞,从组织到器官,所有层次都在不断更新。人体看似稳定,实际上是快速流动的物质河流所形成的暂时稳定模式。这种认识帮助我们理解生命为何需要持续摄食,为何疾病会发生,为何衰老不可避免。
生命周期提醒我们,生物体会经历显著的发育变化。从卵到成体,从种子到大树,每个阶段的形态、功能和行为可能完全不同。生物的同一性不在于保持某种固定的性质,而在于发育历程的连续性。这让我们更准确地理解个体发育和物种演化。
生态相互依存揭示,没有生物是孤立存在的。每种生物都嵌入在与其他生物的关系网络中,这些关系深刻地影响甚至构成了生物体本身。人体内的数十万亿微生物,根瘤中的固氮菌,大熊猫肠道里的消化微生物,都说明生命是相互依存的过程网络,而非彼此独立的实体。
把生命理解为过程而非物体,不仅是理论上的转变,更有实际意义。在医学上,它促使我们从关注“修复损坏的零件”转向“恢复失衡的过程”。在环境保护上,它要求我们维护生态系统的动态平衡,而不只是保护某些物种。在个人生活中,它帮助我们以更加从容的态度面对变化和衰老。
生命科学正在不断深化对这些问题的理解。基因组学、代谢组学、微生物组学等新兴学科,都在揭示生命过程的复杂性和动态性。未来的生物学研究,将越来越重视过程、关系和动态平衡,而不只是结构和静态描述。
作为学习生物学的人,理解生命的过程本质是重要的思维基础。它能帮助你更深刻地理解从细胞生物学到生态学的各个领域,也能让你在面对新的生物学现象时,有一个更准确的认知框架。记住,生命不是名词,而是动词,不是存在,而是进行。这可能是理解生命最重要的一课。