生命科学与其他自然科学，例如天文学、地学等不间，许多基本问题并未解决。这些问题涉及哲学、数学以及系统科学等领域，也涉及生物物理、生物化学等交叉学科。从历史上看，其他领域的科学家对生命科学的关注往往有助于它的进展，从这个意义上讲，探讨下面的一些基本问题也许是有益的。
一、生命是什么？
在60年前，伟大的物理学家、量子力学的奠基人之一薛定谔曾以此为题做了一系列旗讲，并在1944年出版了
《生命是什么？》一书。薛定谔在书中集中讨论了两个主题：一是遗传的本性；二是生命系统的热力学。这本小书产生了国际影响，特别是克里克和沃森等人都承认这点，说它是分子生物学的催生婆也不为过。分子生物学只是阐明它的第一个主题“有序来自有序”，但第二个主题“有序从何而来？”或“有序来自无序”还是有待进一步探讨的问题。生命现象具有最大的复杂性，这种复杂性如何生成，如何“涌现”，至今仍是一个重要的基本问题。
与这个问题有关的是：生死界在哪里？用什么给生物和无生物画界？一种说法是生物个体有生、有死、有生命周期，但也可说物体、地球、天体甚至宇宙也有生命周期，只不过周期更长而已。这里面有语言学和逻辑上的困难。另一种说法是从结构上看，组成生物体的生物高分子如DNA及氨基酸都是高度不对称的，不是左旋，就是右旋，它是否是历史的产物呢？
20世纪一位伟大的生物学家霍尔丹（Haldane J B S）也写了一本题为《生命是什么？》的书。他是20世纪上半世纪三位最伟大的群体遗传学家之一。他在书中讲：“我不能回答这个问题。事实上，我怀疑是否可能给这个问题以完全的解答。”但他说，这个问题绝不是愚蠢的问题。他的书出版于1949年，也就是分子生物学之前，因此，他只能满足于说：“所有生命的共同之处是化学事件。”他强调蛋白质的重要，但受时代的局限不能得出更为具体而深刻的见解。不久，克里克和沃森就带领人们走出了化学的迷宫。
难道核酸和蛋白质（特别是酶〉就是生命的“化学事件”的全部吗？显然不是。
二、染色体数目和基因数量的含义是什么？
回顾历史，在双螺旋模型发现的时候，人们普遍认为，人的染色体有24对、48条，只是稍后才确认只有23对。20世纪末，人们还认为，人大约有10万个基因，现在一般认为只有3万~4万个基因。虽然病毒的基因数量很少，但低等动物的基因数量不能说相差甚远。从染色体数目和基因数量来说，人不是最多的，更不是最少的。因此，这两个数字有什么意义呢？难道它只是历史偶然遗留下来的结果吗？不同的染色体在某种意义下有独立性吗？
三、细胞到底有多少种类？
我们只考虑真核细胞以上的生物。每一物种，例如人类，到底有多少种不同类型的细胞，这个看来很基本的问题，似乎还没有标准的答案。20世纪末，考夫曼（Kauffman）说有300种左右。当然，这里面有一个分类的标准问题。两种细胞可能是同一细胞不同的态或不同的时期（phase）。由于克隆技术的发展以及干细胞研究成为热门课题，这个基本的问题变得更为重要。
四、基因完成任务的机制
3万或4万个基因不能算少，但比起它们可控制的性状来讲，似乎就少得可怜了。生物体的特点是多样性：多种多样的化合物，各种不同的细胞，各有不同的数量及大小形成不同的组织，胚胎发育过程中时间和空间的分布，在适当时候启动或关闭某个基因，对各种外来入侵者的免疫识别，这些都十分精确地得到基因控制。基因组虽然是天书，但整个生物体运行的方式恐怕是千万倍的天书，它如何指导后者的运行呢？
五、生命起源和进化有没有并行途径
法国著名生物学家莫诺（Monod J）认为，生命起源是偶然的，这十分可能。化学进化可能在多种环境下进行，但形成一个细胞，就是十分复杂的工作。单细胞变成不同的品种，以及多种细胞组成多细胞生命体都是不很清楚的。以人类为例，比较多的人赞成人类起源单中心说，也有人赞成多中心说。通常担起源与进化用进化树表示，因此，这种多阶段进化过程是一株树还是多株树还是个问题。每阶段进化树的分支状况以及演化速度也是一个重要问题。这个问题涉及地外生命，特别是地外智能生命的搜寻。从某种意义上讲，进化过程是否最优？
六、智能的分类
美国数学家斯梅尔（SmaleS）在2000年提出18个数学问题，最后一个问题“智能的极限，不管是自然的还是人工的。”这个问题与基本问题“智能是什么？”、“智能的起源”等有关，也与智能的分类有关。在进行人工智能的研究中，当然应该明确模拟或发展的是哪一种智能。智能最简单的分类（gardiner）有7类：如逻辑一数学智能、音乐智能、空间智能等等；多的则有几百类、上千类。另外，许多心理现象是否是智能也有问题。与生命现象对比，智能似乎更难于界定和分类，但从其“物质基础”上看，生命现象远为复杂。脑的结构远为简单，而且其中的化学递质只有很少几种，很自然产生如下问题：
（1）大脑是如何加工不同信息、储存不同信息的？典型的是图像信息与语言、逻辑信息如此不同，加工它们的大脑结构并没有显示它们有原则不同，就像心、肝、肺、肾的差异那样？
（2）自然智能与人工智能有某种倒易现象，儿童容易掌握的认知（母亲）与自然语言，机器极难学会：而机器易“学会”的逻辑和计算，儿童很难学会，为什么会有这种现象呢？
七、语言与生命
1993年9月，在都柏林召开一个跨学科的国际会议，纪念薛定i号提出的《生命是什么？》出版50周年。其后，出版文集《生命是什么？下一个50年））（What Is Life？TheNext50元ars），其中一篇论文是Smith J Maynard等写的“语言与生命”。他本人是位著名的进化生物学家，但他提出的这个问题却是涉及多个学科的重要问题。
他们在论文中讲生物体的两种语言：一种是基于核酸复制的遗传语言：一种是通常的语言。前者是生物进化的基础，后者是文化变迁的基础。尽管他们的研究是初步的，但正如他们的文章最后指出：“……在经历长期互相不信任之后，语言学家和遗传学家的合作前景是非常令人激动的。”
实际上，这个问题涉及语言学、信息科学、生命科学、神经科学、行为科学、心理科学、认知科学、人工智能乃至数学和系统科学等诸多领域，也从根本上触及分子进化和智能起源等基本问题。另外，这个问题对于下一代关键技术问题的解决也有一定的作用。
计算机未来发展的重要一步是开发具有“初级”智能的计算机，也就是它能像小孩一样进行自然语言交流和模式识别。而这对大人和机器来讲，反雨是十分困难的事，尤其是学习外语，特别是全面的听、说、读、写，总达不到小孩能达到的境界。
语言和脑的关系虽然已研究近200年，可是除了大脑主管语言之外，其他方面的问题均有很大争议。近年来，由于其他科学的发展，我们有可能从交叉科学的角度来提一些问题。
（1）语言在大脑中是如何编码和译码的？
语言或言语可以说是一个复杂系统，它的元件有音素、词素、义素等，然后形成词、词组、熟语、句子乃至高级的结构。它有昕觉语和书面语的不同，在表达与理解上也有差异。很早就知道，布罗卡区管口语表达、Wernicke区管语言感受和理解，角回区是阅读中枢；后来知道，Exner区为言语书写中枢等。但是，对于语言功能的定位问题仍有较大的争议。
（2）语言的结构与大脑的结构之间是否有某种相适应的关系？
更进一步，大脑经长期演化到达人脑的地步，是否到顶，不得而知。但是，由大脑产生的“知识”或语言，其形式却还没有看到尽头。这是人脑与动物脑明显不同之处，而其基础则是人脑有一个天生的产生语言和理解语言的结构。按照Chomsky的观点，这是由遗传而得，但大脑的结构人种间差异不大，而发展出来的语言差异却大得惊人，特别是汉语、日语和印欧语言之间从某种意义上来讲，简直是不可通约的。
（3）不同语言的理解和使用是否有不同的神经机制？
与此问题有关的是一个敏感的问题：语言的优势。汉语无疑有很大的优越性，特别是用词的经济和数字计算的方便。但是，它的一个最大的不方便之处是录入的困难，也就是难以机器编码，与其相关的是汉语和日语的同音字太多，易引起含混和多义性。多语成为未来世界交流和教育的主要问题之一。
从信息论的角度看，无论生物学还是语言学都涉及内外的信息传输问题，而信息传输则归结为一对“矛盾”：传输效率与精确性。生物的演化和语言的演化都提供了不同的解。它们在所有可能的解中，提供了某种意义下优化的解。现在的问题是，我们如何从这个角度来考虑。
（4）分化与谱系树的形成。
这个问题与另一个基本问题多少有些关系，关于人类的祖先是一源还是多源，存在着争议。语言也有同样的问题，是否有一种原始语言（proto-language）？不管如何，人类是有迁徙的。似乎人类在迁徙过程中应该有原始的语言交流，而不是在定居之后才发展出一种语言。
（5）无论是生物体还是个人言语都存在个体特异性问题。个体特异性来源为何？
（6）语言与智力的关系。人的智能和人工智能的极限。
八、是否存在不同种类的遗传信息？
分子生物学，特别是双螺旋模型和中心法则为我们提供了一个漂亮的理论，所有的信息都记录在一串字符上。只要解读这本天书，我们就可以掌握足够的生物信息。而其最原始的形式，就是“一个基因，一个酶”这种简单的语言翻译。当然，这种模式很适于科学研究，但生物体终究是个复杂系统，基因组所提供的信息远不止此，它应该还有：
（1）空间信息和时间信息。例如，在基因指导下，合成血红蛋白。那么，蛋白质是自动形成其三维结构，还是在基因指导下完成的？更重要的是，在细胞分化过程中，分化细胞的位置和时间是如何在基因上编码的？
（2）语法信息和语义信息。基因组是一串字符，这些字符当然不是无组织的，其中包含许多相关信息、组织信息、控制信息，它们是如何经济地编码在一串符号上？它们有多少层次？这种结构是如何形成和演化的？
发表于 2018-3-18 18:45
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