令人稱奇的事情是，生物體內(nèi)所有繁雜的化學(xué)過程，事實(shí)上應(yīng)該說宇宙中所有物質(zhì)和能量的流動(dòng)都遵循兩條基本的熱力學(xué)定律。熱力學(xué)第一定律解釋，在化學(xué)反應(yīng)過程中系統(tǒng)可以獲得或損失能量——能量可以在不同系統(tǒng)之間傳遞，但能量不會(huì)無中生有，也不會(huì)消失成空。一個(gè)孤立系統(tǒng)的能量應(yīng)該總是處于收支平衡的狀態(tài)。熱力學(xué)第二定律則明確表示，能量總是不可避免地要流失、浪費(fèi)、擴(kuò)散；也就是說，能量總是從一種容易被利用的形式，比如光能、化學(xué)鍵能轉(zhuǎn)化成一種更不易被利用的形式，比如熱能。能量傳播擴(kuò)散的傾向和有序事件向無序發(fā)展的趨勢(shì)被稱作“熵”，物理學(xué)家們認(rèn)為宇宙的總熵值總是在增加。
這實(shí)在令人感到困惑。如果宇宙中的能量總在擴(kuò)散，如果萬物總體上從有序向無序傾斜，那為什么生命看起來卻像違背了自然規(guī)律？能量在不斷地?cái)U(kuò)散，生命卻隨著時(shí)間的推移，變得越來越有序、復(fù)雜。生命是如何逆流而上的呢？
想想地球上得天獨(dú)厚的自然環(huán)境吧。我們這顆環(huán)繞太陽運(yùn)行的行星和太陽之間的距離使它能夠享受陽光帶來的穩(wěn)定、無盡的能量且免于燒灼之災(zāi)。太陽的光和熱灑向地球，然后繼續(xù)發(fā)散到沉寂寒冷的外太空，那里的溫度接近零下273攝氏度，科學(xué)家們稱之為“絕對(duì)零度”。這源源不斷的太陽能，遵循熱力學(xué)第二定律，讓我們的星球保持著一種舒服又有活力的狀態(tài)——伴隨著化學(xué)鍵不斷地產(chǎn)生、斷裂，能量不停地流動(dòng)。這世界千變?nèi)f化，永不停歇，都是因?yàn)槟芰靠傏呄蛴诟訌浬⒌臓顟B(tài)。一旦能量分散到達(dá)最大程度而不再傳遞，這世界將陷于死寂：所有東西都靜止不動(dòng)，所有的事物都迷失方向，連時(shí)間都停止了。
我們可以通過進(jìn)一步了解化學(xué)鍵的形成過程來理解這個(gè)動(dòng)態(tài)的世界究竟如何運(yùn)作。每當(dāng)兩個(gè)原子之間形成化學(xué)鍵，一部分能量儲(chǔ)存在化學(xué)鍵里，另一部分則以熱量的形式擴(kuò)散到周圍。換句話說，化學(xué)鍵形成時(shí)消耗的能量要比鍵內(nèi)儲(chǔ)存的能量多，多余的那部分?jǐn)U散到周圍了。這種看起來十分浪費(fèi)熱能的行為，即遵循熱力學(xué)第二定律，卻也有積極作用。合理的解釋應(yīng)該是這樣：如果那多余的能量不以熱的形式擴(kuò)散出去，那么它將滯留在附近，隨時(shí)可能回流反攻，把化學(xué)鍵破壞掉。熱量的擴(kuò)散確保已經(jīng)制造完畢的化學(xué)鍵保持完好，至少能保存一段時(shí)間，且生成化學(xué)鍵的反應(yīng)是單方向進(jìn)行的。原子之間化學(xué)鍵的形成能夠編寫生命的遺傳信息；這種信息反過來又組建了分子排列秩序。這樣一來，能量雖然遞減，生命的信息卻不斷積累，生命的復(fù)雜程度如滾雪球一般增加。
因此，熱力學(xué)第二定律并不對(duì)生命造成威脅，相反它維持了生命的存在：（1）來源恒定的，可被利用的太陽能，（2）利用能量構(gòu)建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的生命分子，（3）信息鏈分子的組合。生命在能量的洪流中逆勢(shì)而上，靠的不是什么特殊伎倆，而是在分子水平上堅(jiān)韌不拔，持之以恒地再造與修復(fù)。
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