今天非常高興能夠回到59年前我曾經(jīng)學習過的校園，剛才去轉(zhuǎn)了一下，原來的東西剩的很少，變化非常之大。最大的變化是操場變得太小了，原來的操場非常大，在北京是有名的大操場，現(xiàn)在幾乎三面都讓建筑占掉了�？傊�，回到這兒來，心情是很不一樣的。

　　今天是奉王綬管先生之命，到這兒來講，題目是“生物是物、生物有理”。今天講物體，說一點“活物”的物理�！拔锢怼边@兩個字是來自莊子。我非常喜歡莊子的這段話，這段話告訴我們“天地有大美而不言，萬物有成理而不說。夫圣人者原天地之美，而達萬物之理”，做物理的人是圣人，在這個意義上講，我們要把大自然的美弄清楚，達萬物之理。

　　如果大家到頤和園去玩，到盤云殿，那是園中園，另外花錢買小票。從西面下來，有一個銅亭，銅亭出來的時候有一個門，出這個門以后回頭看一下那幅對聯(lián)，有一句叫“物含妙理總堪尋”。

　　20世紀的物理學，從微觀世界到宇觀世界，宇宙的大尺度，研究的是又深又遠、又微又細，博大精深。不過基本上是研究“死物”。然而，20世紀的物理學，其中有一些方面，比方對凝聚態(tài)的研究、高分子、橡皮、非晶態(tài)、液晶，現(xiàn)在有一個大的名詞叫軟物質(zhì)的研究，已經(jīng)給研究“活物”做了很多準備，而且有一些直接的貢獻。

　　從理論上看，20世紀有很大發(fā)展的自然科學、數(shù)理科學，隨機過程、統(tǒng)計物理、計算機科學、非線性科學、復雜系統(tǒng)的研究，實際上給我們研究“活物”也提供了相當多的準備。

　　有人說21世紀是生物學的世紀，我作為一個物理工作者，我愿意說的是21世紀是活物質(zhì)和生命現(xiàn)象成為物理學研究對象的時代。說的稍微遠一點，作為物理學工作者，自己在這兒吹牛，有許多學問物理做進去了，這門學問才徹底明白了。有一個例子，化學其實比物理還古老，從煉金術，從古人煉丹的時候就開始了，但是化學的基本東西弄清楚，什么叫化學反應，實際上等到物理把原子和分子鬧明白了，化學才徹底明白了。生物是要復雜的多的，物理學跟生物在21世紀會發(fā)生非常之多的交叉和相互作用的，對于我們不敢說是徹底，而是比較深入的了解生命現(xiàn)象，物理學肯定可以起到作用的。

　　物理學跟生物的作用，實際上是古老的問題。意大利人Galvani做了最早的化學電池，用電解質(zhì)液體的瓶子放在桌子上，但是有一個電流源，可以拿電流做實驗，1791年，18世紀的最后。有了電以后，干什么呢？給蛤蟆腿通電，他逮了一些活的蛤蟆，然后通電，一通電蛤蟆腿收縮，他想弄清楚電的生理作用，想發(fā)展電療。所以我們常說電學跟電生理學是在同一位手里開始的。

　　生物學對物理學有過很大的貢獻，這就是能量守恒定律。這個能量守恒定律是生物學家、醫(yī)學家先明白的。這個故事是德國的大夫叫Mayer，他是一個隨船大夫，那時西方的航海要比我們的厲害，19世紀，他在爪哇島給病人看病，發(fā)現(xiàn)靜脈血跟動脈血相差比較大，德國人的靜脈血跟動脈血差別比較大，那時拉瓦西知道血液是傳輸送氧氣的，所以Mayer想，之所以在爪哇島反差不大，是因為那個地方溫度高，人們消耗的熱量少一些，而在德國氧的消耗多，所以反差比較大，他進一步想到馬吃草，然后拉車，車轱轆在石頭路上打出火花來，這都是能量在變，而這個能量一定是來自吃的草料里的能量。所以他想機械的能跟熱量一定有關系，大家在物理學里現(xiàn)在學的是熱功當量。實際上Mayer大夫是最早把熱功當量的人，不過他算的并不精確，他想發(fā)表文章，寄到德國的物理雜志，被很多雜志拒絕掉，接受不了他這個觀點。最后他找了一個小雜志，算是發(fā)表了一篇文章，時間是1842年。這篇文章還比大家公認的熱功當量、熱能跟機械能守恒，比焦爾的文章早了一年，焦爾的文章是1843年。同樣是一個大夫，后來的物理學家Joule，把這個推廣到其它的現(xiàn)象，乃至生命現(xiàn)象。

　　從歷史上看，物理學給生物學提供了非常之多的研究工具，顯微鏡是非常重要的一個。顯微鏡是在荷蘭這一帶，在16世紀末發(fā)明的。有一個荷蘭人叫Leeuwenhoek，他在1683年，首先在臟水里，在顯微鏡下面看到很多小的活動的東西，確認這些小東西是生物。到18世紀末，X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)，對生物學起了很大的作用。2003年全世界紀念了DNA雙螺旋的發(fā)現(xiàn)50周年，1953年，這個發(fā)現(xiàn)很重要的實驗根據(jù)是把DNA設法結(jié)的晶，然后做X光衍射，在衍射里可以看到有螺旋結(jié)構(gòu)的圖像。同樣的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，最早用X光衍射定出來的是1957年－1959年，這是英國的師生兩個人做的，他們做的什么對象呢？做的是肌紅蛋白跟血紅蛋白，這就是在血肉里傳輸或保存氧氣的蛋白質(zhì)。他們之所以能做這個工作，是因為在市場上買到好幾公斤新鮮的鯨魚肉，鯨魚是哺乳動物，它要呼吸，但它長期在水下，需要在肌肉里保存比較多的氧，它的血紅蛋白比較發(fā)達。他們從新鮮的鯨魚肉開始提取分離蛋白、結(jié)晶，最后測它的結(jié)構(gòu)。血紅蛋白比肌紅蛋白大，大致是四倍，四個肌紅蛋白湊在一塊是一個血紅蛋白。老師跟學生說你做小的，我做大的，大家要注意，這些老師是自己動手的老師，現(xiàn)在有一些老師只動口，不動手，這不是好現(xiàn)象。他讓學生做小的結(jié)構(gòu)，他自己做大的結(jié)構(gòu)。學生在1957年做出來，他在1959年做出來，差了兩年，不過在那個時代，差兩年可以認為是同時做出來的，因為非常艱苦。如果大家查一查這位老師的經(jīng)歷，就會知道他為把這個結(jié)構(gòu)定出來，準備工作了30年，才定出來最早的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。因此在60年代初，師生兩個人分享了諾貝爾獎。

　　其它的各種各樣的儀器，我只能點一下名字，各種各樣的顯微鏡，掃描電鏡、隧道電鏡等等，各種各樣的光譜設備，放射性的標記、示蹤原子，核磁共振對認識生物起了很大的作用。近一百年發(fā)的諾貝爾獎，大概有五個諾貝爾獎跟核磁共振有聯(lián)系。如果用X光做蛋白質(zhì)，一定要把蛋白質(zhì)分離成結(jié)晶才能做，很多蛋白質(zhì)不知道怎么結(jié)晶，這不是科學，是一種藝術。但是如果用核磁共振做共振，可以在溶液里做，不要求結(jié)晶，問題是做的蛋白質(zhì)比較小，大了有困難，當然人們正在努力的往大的蛋白質(zhì)走。還有許許多多儀器，叫做化學儀器、生物儀器，從本質(zhì)上看都是物理儀器，到了生物跟化學的實驗室里。

　　1943年量子力學的創(chuàng)始人之一薛定諤，1943年由于戰(zhàn)爭的緣故，他在英國愛爾蘭首府待著，他在那兒做了兩次公眾演說，演說的題目叫“什么是生命”，這是非常著名的演說，他把這個演講整理出來，出了一個小冊子，也是這個題目“什么是生命”，翻譯成世界各國語言，包括中文漢語，在演說里他提了一些對現(xiàn)代生物學起了很大作用的思想。比如他說人吃飯或者動物吃東西，吃的是什么？到現(xiàn)在也這么說，我們吃的是熱量，算卡路里，他說我們吃的是負熵。熵是混亂程度的測量，一個東西越亂熵越高，越有組織，越有系統(tǒng)，熵就降低。他說我們吃的是負熵，吃的是有組織的東西，增加我們組織程度的東西。道理很簡單，吃進去的各種東西，把它消化到哪一步開始吸收。要消耗到原子、分子，不如干脆吃土、吃沙子、喝水，那就太不劃算了。從哲學上講叫做異化和同化，要把這個東西分解到一定的程度，但是要很上算，開始吸收，不能因為吸收以后，在你耳朵上長出豬耳朵，耳朵還是你的。所以異化和同化的過程，在大自然的凈化里解決的很好。薛定諤用物理語言說你吃進去的組織有序，盡量使用上。遺傳藏在哪兒，基因在什么地方，基因大概在組織非晶體里面。在1943年里，基因的概念已經(jīng)有了，基因這個詞是一九零幾年出現(xiàn)的，那個時候知道許多重要的遺傳特征藏在基因里頭，基因排在染色體上，而且大概是線性排列的，甚至估計過一個基因很可能是幾千、上萬個原子，因為在那個時候人們已經(jīng)相信物質(zhì)的基本的東西都是原子、分子，如果估計出來一個基因是幾千、上萬的原子，馬上就遇見一個嚴重的物理問題，這個物理問題是熱漲落，遺傳是非常保守、非常頑強的，雖然有點變異，變異率是相當?shù)偷模�粗的說，如果看一個固定的蛋白質(zhì)的某一個位置的氨基酸，什么時候從一個變到另外一個，十億分之一的概率，在一年里發(fā)生變化，概率非常低，有點變化，但基本上非常保守。正因為這個緣故，才能種瓜得瓜，種豆得豆。比如人活在生理溫度37度C，原子不斷遠東運動，這時就會把你保存的信息破壞掉，怎么解釋這個信息能夠一代一代在幾十億年保留下來，是一個根本性的物理問題，當時還不知道這個基因就是在GNA，在GNA里放著，薛定諤猜了大概放在非周期晶體里，在他說了這個話十年之后，定出了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，就是1953。大自然把一個個基因連在非常大的大高分子里，熱漲落的作用就要小多了，同樣的可能同學們聽說過遺傳密碼、三聯(lián)碼，“三”的思想也是物理學家先提出來的，有一個物理學家叫Gamow，1953年定出雙螺旋結(jié)構(gòu)，54年他就猜一定是三聯(lián)碼，不光猜，還造了一套三聯(lián)碼，Gamow錯了，大自然沒有采用他的碼。薛定諤講完報告以后50年，在1993年，在他做報告的同一個地方開了一次會，同一個題目“什么是生命”，請了6個諾貝爾獲得者，還請了一些做了很多貢獻的人做報告。1943年薛定諤做報告的時候，聽眾里有一個年輕的中國人，叫彭環(huán)武，是一個不知名的著名科學家，是彭先生70大壽的時候，《人民日報》專門發(fā)表了一篇文章，慶祝他的70大壽，文章的題目就叫做“不知名的著名科學家”，今年是彭先生90大壽，彭先生健在，共和國50年的時候給23位兩彈一星的元勛發(fā)了獎，彭環(huán)武是23個人的名單中的最后一名，不是因為他的貢獻小，而是因為他的比劃太多，彭環(huán)武先生當時很年輕，他的學問很好，40年代后期回國的時候已經(jīng)是愛爾蘭皇家學會的會員。彭先生收到了邀請，讓他去參加93年的會，彭先生說我年紀大了，不出國，不過我們從彭先生那兒知道了這個會，盯住了這個會，這個會議的文紀，很小的一本小冊子，《什么是生命？下一個五十年》。

　　要想了解生物跟物理，從思想上講有一個很不一樣的地方，就是凈化的觀點。我們搞物理的東西喜歡定態(tài)，不隨時間變，要是變的話也是周期，這類系統(tǒng)我們研究的比較多。一接觸生物，就得知道所有的東西都是進化來的，而現(xiàn)在還在變，想了解進化，最好的辦法就是看一下地球上的自然史。140億年前的大爆炸，產(chǎn)生了我們所在的這部分宇宙，40多億年，將近50億年前產(chǎn)生了太陽系，這些年代都不那么可靠，人們用各種方法想辦法推算。30多億年以前，在地球上出現(xiàn)了最簡單的生命�？铸垳缃^是6500萬年以前，不到一億年，人跟我們最近的親戚靈掌類猿猴，在古生物里把化石做分類，追溯到350萬年，要去查，現(xiàn)在連700萬年的說法也有，幾百萬年里在古化石里可以區(qū)分古人類化石跟古猿的化石。跟我們最近的親戚黑猩猩分開70萬年前。我們的祖先從非洲走出來好多次，很多次失敗了，沒有活下來。我們這部分人的祖先智人，智人是生物學的學名，從非洲走出來到現(xiàn)在，大概只有3000代，不到10萬年以前，有一小群人從非洲走出來，有人估計這群絕對沒超過50個人。就是這一小群勇敢分子，沿著海邊，他們那個時候?qū)W會打魚，一點點到世界各地，成為了我們的祖先。年頭并不是很多，北京的周口店的北京人，從學問上講，真正分類，大概不是我們的祖先，它在分類里是屬于直立人，跟智人不一樣，不是同種。但是在同一個地方生活過的山頂洞人是智人，可能是北京人的祖先，這個話就很難說了，這段歷史所有考古的問題都是有非常多的中間丟失的環(huán)節(jié)，很難連起來。

　　這些數(shù)字告訴我們，整個地球上的生命現(xiàn)象的變化，發(fā)生在幾十億年的時間里，而人的歷史實在太短。我在最后一行給的是公元前221年秦始皇統(tǒng)一中國，到現(xiàn)在是2226年，時間非常短。在這么短的時間里，人已經(jīng)從所有生活在地球上的動物里面脫離出來，太脫離了，脫離到由我們主宰這個地球，脫離到所有別的物種的生存依賴于我們，我們自己也開始認識這個問題，開始認識自然，認識我們自己。不過人類認識自然、認識自己的過程更晚，19世紀中葉以后，1859年，這個年頭很重要，大家應當注意一下。1859年達爾文發(fā)表了著名的書叫做《物種起源》，這是現(xiàn)在的書名，我愿意用第一個中文翻譯本叫“物種原始”，第一個把這本書翻譯成中文的人是誰？是馬軍武博士，在座的人可能知道蔡元培，不大知道馬軍武。蔡元培是1911年孫中山先生領導辛亥革命勝利，成立中華民國臨時政府，那個政府很精簡，可能不到十個部，其中教育部長就請蔡元培擔任，蔡元培做北大校長是之后的事。當時還有一個實業(yè)部，就是現(xiàn)在各種各樣的工業(yè)加在一塊兒，工業(yè)部的部長請的是千年科技史上最后一位狀元張狀元張柬，副部長叫次長請的是工學博士馬軍武，這兩位都是做完部長、副部長以后當大學校長的人，做教育，馬軍武創(chuàng)辦了廣西大學，蔡元培后來做北大校長，是有名的教育家。在這點上，這些老教育家也是值得我們學習的�，F(xiàn)在做完部長的人，再去做大學校長的可能不多，腦子里的等級觀念太厲害。

　　馬軍武做完了實業(yè)部的部長也好，到廣西做無煙火藥工廠的廠長，然后創(chuàng)辦大學，自己做第一任校長，做很多具體事情。他是孫中山的追隨者，在20世紀初，一九零幾年流亡日本的時候，就著手翻譯達爾文這本書，后來因為辛亥革命就扔下來了，到1918年這本書才在上海出版，到1920年這本書第四次印刷。1859年，對于我們認識生物，認識自然界是重要的，因為達爾文的進化論那個時候提出來。1859年對物理學是重要的，大家可能聽到過量子力學的產(chǎn)生是由于經(jīng)典物理遇見了一些大的矛盾解決不了，其中有一個矛盾就是描寫黑體的熱輻射的理論，它要發(fā)散，沒有一個有限的理論，而這個理論實際上的苗頭從哪兒開始的？就是從1859年發(fā)表的輻射定律開始的，直接鉆這個定律最終要鉆到經(jīng)典物理的矛盾。

　　1859年還有一件大事，馬克思發(fā)表了政治經(jīng)濟學批判導言。馬克思的這本書實際上是資本論第零卷，后來在資本論第一卷的序言里提到一場斷斷續(xù)續(xù)拖了很長時間的疾病，把我這本書的寫作拉的很長，政治經(jīng)濟學批判是他最早準備的，已經(jīng)提出了思想核心的東西，是一本很值得看的小冊子。不管人們怎么看，馬克思改變了19世紀后半夜，20世紀一直到現(xiàn)在世界歷史的發(fā)展，是一個偉大的思想家，也是一個偉大的學者，當然也是革命家。這些事情都發(fā)生在1859年，算起來不長，一百幾十年。

　　生物太多了，怎么研究？不可能研究所有的各種各樣的生物，所以現(xiàn)在生物學家們幾十年來、上百年來把工作集中到一些典型的生物上，比方說大腸桿菌、病毒、酵母，酵母是單細胞的，但是不能叫它細菌，它相當高級，跟人一樣是有細胞核、染色體的，細菌只是在細胞里飄著的DNA，沒有跟我們一樣意義的染色體。小蟲子，有一種非常短的小蟲子叫線蟲，果蠅立了大功，遺傳學的很多知識從那兒得到的，有時我開玩笑講線蟲拿了一次諾貝爾獎，果蠅拿了兩次，玉米拿了一次，看它研究的什么東西拿的諾貝爾獎。中國現(xiàn)在在做水稻基因組，水稻還沒有拿諾貝爾獎，不會因為你研究水稻而拿諾貝爾獎，而是通過研究它作為一個典型的生物，發(fā)現(xiàn)了重要的生物現(xiàn)象、生物規(guī)律，這才有可能拿諾貝爾獎。當然，人自己是最重要的模式生物，所有的研究里，人占了很大的分量。

　　現(xiàn)代生物學研究的核心是遺傳，遺傳是有遺傳物質(zhì)、DNA等等。我把幾個詞先點一下，這幾個詞現(xiàn)在從做物理、做理論的人看來，已經(jīng)粗略化，簡化到符號序列的程度，通�？紤]的DNA，脫氧核糖核算，或者沒有脫氧的叫RNA核酸，是高分子、大分子。大家見到的普通的高分子，聚乙烯、聚氯乙烯，是一種單體，把乙烯聚起來就是聚乙烯，把二類乙烯聚起來就是聚氯乙烯等等。DNA是四種不同的單體，每種單體都是好幾十個原子，起了一個名字，通常大家簡單的都知道這幾個字母叫SRAP，四個分子組成四個大分子，是一維的，一條線，不分杈，這個很重要，要是分杈就會出現(xiàn)很多麻煩。它有很多方向，不是人給它的，是許多生物過程自己按照方向進行的，比如復制、轉(zhuǎn)路都有一定的方向。現(xiàn)在知道DNA是保存信息的，而生物功能多數(shù)是由蛋白質(zhì)體現(xiàn)的，蛋白質(zhì)自己又是大分子，而且不是一種單體，是20種單體，每種單體叫一個氨基酸，一共有20種，這些東西比核苷酸平均數(shù)還要小一點，幾十個原子，用20個字母代表，它所構(gòu)成的大分子也是一條線，不分杈，有方向，這個方向是生物學自己的，不是人給的，比方說有的蛋白質(zhì)要在細胞膜或者某種膜上來回穿七次，注定尾巴在一面，腦袋在另一面，哪個放在外面，哪個放在里面是固定，不是亂的，從生物學上有方向的。大小不大一樣，DNA從幾百個字母到百萬甚至一千萬個字母，非常長。蛋白質(zhì)從幾十個字母到幾千個，也許上萬，但是現(xiàn)在絕大多數(shù)到7000、8000就算是很大的。再大了以后，從我們的觀察，自然界不是采取把一個蛋白質(zhì)做的特別特別長，開始用幾個蛋白質(zhì)把它們拼到一塊，拼成一個復合體起作用，這件事情還需要研究和理解。

　　說到復合序列的時候，不要以為DNA蛋白質(zhì)可以用序列符號描述。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也可以用序列符號描述，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)里有很多小層次的東西，可以起名字，用一個符號代表，然后說蛋白質(zhì)從一個小的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)入另外一個小的結(jié)構(gòu)。生物學的文獻非常多，把文獻調(diào)到屏幕上就是符號串，英文字母、標點符號組成的，所以符號串的研究已經(jīng)抽象離開生物一段距離了，對生物還很重要。

　　生物學的“中心法則”，DNA可以到DNA，叫復制。DNA可以轉(zhuǎn)路到RNA，信使MRNA，可以翻譯成蛋白質(zhì)。絕大多數(shù)蛋白質(zhì)是起催化作用的酶，酶就是蛋白質(zhì)的某些種。變成蛋白質(zhì)以后折疊起來，還要折疊成一定結(jié)構(gòu)，發(fā)生相互作用，才體現(xiàn)出生物功能。這個圖叫做現(xiàn)代分子生物學的“中心法則”。圍繞“中心法則”已經(jīng)給了30多個諾貝爾獎，現(xiàn)在可能并沒有給完。

　　看一個簡單的圖，細菌只有一個簡單的DNA的圈，托著尾巴的橢圓形的，差不多像大腸桿菌。而另一個細胞大的多，這是不成比例的，細胞里面那塊是細胞核，里面有很多很多各種各樣的東西，三個桔黃色的東西，彎彎曲曲的，叫線粒體，跟我們的呼吸、能量轉(zhuǎn)換有關系。這兩個細胞里有很多圓點，這些圓點是造蛋白質(zhì)的工廠，叫核糖體，大腸桿菌大概有幾萬個，人的細胞里可能有百萬個。

　　我們的遺傳物質(zhì)在細胞核里藏著，而且在細胞核的最中間這塊藏著。藍色的是遺傳物質(zhì)，染色體，這是23對染色體，黑白條不是亂畫的，是把染色體在顯微鏡底下拿特定的染料染一下，什么地方白就一定白，黑就一定黑，研究的人一看就知道是幾號研究體，正常不正常。

　　一個染色體是從DNA折疊出來的，這個地方的物理到現(xiàn)在還沒有完全明白，畫在最底下的是一個雙螺旋，直徑是兩個納米，是真正的納米結(jié)構(gòu)，微觀的東西。但是這樣的東西要每隔一定距離，繞到一團蛋白上，這個蛋白叫組蛋白，繞兩圈半，再往前拉，再繞兩圈半，再往前走，可以叫做絲線上繞上珠子，編辮子，辮子卷成麻花，麻花排成餅，餅要摞起來，最后變成在顯微鏡底下看的時候像一個叉。底下的東西是微觀的，兩納米，而上面的東西是亞宏觀的，用眼睛雖然看不見，用800倍顯微鏡就可以看到大致的樣子。整整齊齊的染色體只是在細胞里生活的一段時間是這樣的，很多情況之下不是這樣的，在一段時間可以叫做比較標準的畫在書里的樣子。

　　怎樣從這樣的一股東西，經(jīng)過六次明顯對稱的改變，組織上的折疊，成為一個亞宏觀的對象。這個對象真正要轉(zhuǎn)路的時候，有些部位需要很快的用上，要打開，還得把它折疊起來，這些過程在我看來非要到物理學家摳這些東西，兩個大分子纏在一塊兒，把那邊算上去是四個大分子纏在一塊，這些東西的過程要在分子一級最終弄清楚。

　　生物有很多結(jié)構(gòu)，這是艾滋病病毒，不過看不到它的樣子，要用電子顯微鏡等各種手段去做，做完以后藝術家畫出來，畫成這樣的，它相當?shù)膶ΨQ和漂亮。這個東西很小，底下白的斜的是人的免疫系統(tǒng)T細胞的細胞表面，相當于T細胞，很小。生出一些東西欺騙T細胞，最后可以鉆進去。

　　這些結(jié)構(gòu)的東西里面有很多物理，為什么接近球形？如果一個細菌是圓球，球菌，這是最簡單的形狀。如果這個細菌成為一個棍，成了桿菌，從物理的角度講，就必然有特殊的原因把它的一個方向變得跟其它方向不一樣，它才能變成桿菌。

　　底下這張圖是從一本書里借的，這是歐洲一些教堂的截面。上面是現(xiàn)在殘留的一千年前的古教堂，那些教堂很小，里頭沒有柱子，旁邊有幾個小窗戶，在歐洲的一些山里還可以看到。后來教堂變大了，這兩個尺度不是一回事，底下的教堂大的多，變大以后，就得長出各種結(jié)構(gòu)，各種泡，里頭就得出各種各樣的柱子，這時教堂才能變大。這件事情對生物也是必然的，只有單細胞的時候是球，后來變成別的形狀，里頭要出現(xiàn)很多別的結(jié)構(gòu)，這里的問題歸根結(jié)底要靠物理。

　　這是黏乎乎的黏菌，如果生活環(huán)境好就各自為戰(zhàn)，一個分裂成兩個，兩個分裂成四個。如果環(huán)境不好，一個細菌感覺到很難活下去了，就向周圍發(fā)信號說大事不好，這個信號是什么東西呢？是有機分子，把這些分子往外發(fā)。許多生物是用化學的化合物做信號，傳遞信號。所有的細菌覺得環(huán)境不好，都發(fā)信號，所以信號是很亂的一片，但是過一會兒它們突然找到了一個中心，大家都向這個中心聚攏，聚攏起來以后，長成一個菌珠，有一個菌絲，上面長了一個大泡，大量黏菌湊在一塊長出來的。形象地說，大概要犧牲掉80％黏菌才能長出一個泡，泡里有很多孢子，每一個孢子將來可以變成新的黏菌。成為這個子以后，風一吹就可以飄到比較遠的地方去，靠原來微觀的那點，再爬也爬不了多遠，這是它的生存秘訣，情況不好以后就變成孢子，風一吹飄走了，它的后代總有一些有機會碰到可以繼續(xù)生存下去的。但是這件事情從物理學來講，是非常典型的自組織現(xiàn)象，一開始是亂發(fā)信號，突然出現(xiàn)了一個中心，大家往那兒聚，這是突變。光是說這件事就可以說不少，所以黏菌作為自組織的對象，實驗研究已經(jīng)研究了很多年。

　　說一下輪子的問題。大家沒有見過哪個蟲子是蹬著輪子走的。哪吒是蹬著風火輪的，可是不要以為輪子是人類的專利。細胞里有不少轉(zhuǎn)的東西，大腸桿菌有一根尾巴，使它可以運動，安到細胞膜上，是通過滾柱軸承安上去的，藍色的東西是多個蛋白排成的，比方有九對對稱的，是滾柱軸承。做軸承的可以是圓球，可以是鋼柱，這是滾柱軸承，尺寸很大。

　　線粒體里有很多表面彎彎曲曲，有很多黑點，如果用超聲波把它打碎，有一小部分自己馬上變成一個小泡，黑點到外面了。再繼續(xù)研究這個東西，就發(fā)現(xiàn)這個東西是長在膜上的，是好幾個蛋白組成的一個小機器，這是一個分子馬達，它換轉(zhuǎn)，把這些蛋白劃出來，上面有六塊，三塊大，三塊小，中間有個軸，桔黃色的東西鑲在膜里，膜的兩面如果有一定的電位差，軸就會轉(zhuǎn)，剩下的三個蛋白，大塊的，做一件事，一種分子叫ATP，變回來，把ADP變成ATP。

　　所有的生物過程都需要能量，這些能量不是亂存亂用的，生物體是以非常經(jīng)濟的方式，把它們保存在一個磷酸根里，三磷酸根，什么時候需要能量，就變成二磷酸根放出能量，但是放完以后需要重新充電，重新變回去，在哪兒變的？在紅色的塊里變，靠它轉(zhuǎn)的時候里面的一些生化過程。這些事情做結(jié)構(gòu)做出來的，它果然是轉(zhuǎn)的，在物理實驗室里有人想了辦法，把單個東西拿出來，人做不出來，這是巧奪天工的事情，變成足夠的變位差轉(zhuǎn)，在頭兒上接上一根長絲，長絲上接點發(fā)光的東西，可以把它甩出來，長絲的直徑可以是它的200倍，甩起來的東西可以在熒光顯微鏡下看到一個亮點，所以它是轉(zhuǎn)的馬達。

　　我轉(zhuǎn)到這個領域里，現(xiàn)在是第八年，我們做了一些工作�？碊NA的有些結(jié)構(gòu)，這個網(wǎng)址里有一個軟件，大家得用Unix系統(tǒng)，是.TAR.GZ文件，意義裝到自己的Linux玩去，給出各種各樣的圖案，這是大腸桿菌等等。

　　發(fā)表水稻基因組的Science，2002年的雜志，定出水稻的12個染色體的基因草圖，這只是很小的一點東西，不是染色體，是水稻的葉綠體，葉綠體也有一點DNA，很小，13萬5000個字母，這是頭，只有4個字母，A、C、G、T，沒有別的，但是還編碼著好幾十個蛋白，編碼著33個TRNA。人是32億，水稻是4.3億，我們拿到了3.9億了，那些在染色體頭上和中間，基因很少，也很難測量，還沒有拿到。

　　要尋找基因，現(xiàn)在非常多的要靠計算機，把生物知識變成模型，在計算機里實現(xiàn)，去尋找基因�；�因組有很多用處，細菌的分類。分類是人類認識自然界的頭一步，給你周圍的東西起名字，誰跟誰一樣，都叫做驢、馬、狗，各種各樣的名字，哪些不一樣，我們跟有一些東西比較接近，都是胎生的，都是喂奶吃的，有一些動物是下蛋的，這就是各種各樣的形態(tài)特征，靠形態(tài)特征對動物和植物油了兩三百年的分類系統(tǒng)。林可能大家聽說過所謂林乃的分類系統(tǒng)，但是用這個原理給細菌分類比較傷腦筋，在顯微鏡下看到球叫球菌，棍叫桿菌，螺旋的叫螺旋菌，有的細胞不吃葡萄糖，有的喜歡空氣，有的是厭氧的，有的是脫硫的，但是對細菌而言，沒有多少形態(tài)特征可以供分類用，因此細菌的分類，長期以來是一筆糊涂帳。當然，從上個世紀70年代后期開始有分類，這點分類靠的是DNA、RNA里的序列，最近幾年測了好多個細菌的完全基因組，所謂完全基因組就是全部的遺傳密碼測出來了，細菌比較小，全部的測比較容易�，F(xiàn)在大概公開發(fā)表的，大家可以自己下載的不下230個細菌。怎么利用完全基因組細菌？就是從基本的密碼出發(fā)把類分出來，這方面我們做了一些工作。有一棵樹，相當不錯，紅色的一角這一大類叫古細菌，八個綠色的東西是有細胞核的，不是細菌的真核生物。旁邊一大堆藍色的是細菌，或者叫真細菌。古細菌跟真細菌分開，這就是上個世紀70年代后才明白的事情，原來把細菌叫做兩大類。三類的分杈就在大紅點上，所有的生物在大紅點上分成三個大的超界也好，大的域也好。細菌分成了26個門，不過現(xiàn)在測了序的只有16個門，在這個圖上規(guī)規(guī)矩矩的待著，不光門待著，門里的綱，比如固硫菌、固氮的菌都在這里待著，這個分類的圖只用了基因組數(shù)據(jù)，這里輸進去，那邊計算機輸出圖，計算機輸出的圖沒這么漂亮，拉的很長，比例不合適，沒有文字，經(jīng)過一點人的美學加工，但是這個圖拿數(shù)學語言叫拓撲，這個東西是不能隨便動。開玩笑地說這些細菌分類學的科學家們真不簡單，他們工作了一百多年，得到了很好的分類系統(tǒng)，這個分類系統(tǒng)跟計算機一次輸出達到了相當一致的程度。

　　我們可以做很多很多事情。我今天講的有些內(nèi)容實際上已經(jīng)寫出來過，在《物理》雜志上，2003年曾經(jīng)連載上下兩期，這篇文章在我的網(wǎng)頁上也放著。

　　謝謝。