生命必须从外界汲取能量

除了从信息传递的角度定义生命，还有一种从能量失衡的角度定义生命的方式。这种定义是指，生物系统为了能够维持自身的生存，必须从外界汲取能量。这就意味着，一个能够自我复制的生物系统一定极其复杂，而复杂组织出现的概率又非常低——排列原子云要比将原子组织成正常工作的细胞的方法多得多。宇宙中的一切都会自发地从较为有序的状态转变成无序的状态。用专业术语来说就是，系统会从低熵有序态出发，达到一种熵更大的平衡态。而生命始终在与这种“分崩离析”的过程做斗争，使自己远离平衡态，斗争的方式就是汲取能量。

若想维持有序态就得不断做功，若想做功就得汲取能量，而能量可以从某些系统的退化过程中汲取。例如，处于有序状态的原木在发生剧烈的氧化反应（燃烧）时会释放出热量，被降解成灰烬和热气。实际上，生命的存在允许某个系统的有序程度下降，其目的是让另一个系统的有序程度上升。从本质上来说，树桩上长出的那些霉菌汲取能量的过程与火焰并没有什么不同，只是霉菌采取了一种受控程度更高的方式。生命需要源源不断的能量流，并且只有在存在外部能量梯度的环境下才能生存下去。在本章的后续内容中，我们将会看到地球生命从各自的生活环境中汲取能量的各种方式。

当前的地球生命完美地展现了汲取能量这种行为模式。地球生命的第一大特征是，它们的自描述已经相当完整，并且拥有一套精密的化学反应网络。这些化学反应会释放能量，并利用产生的能量构建有用的分子以维持自身的复杂性。地球生命的第二大特征是，控制代谢网络的是一大批蛋白质，它们还会提供能够执行DNA所含指令的机制，并为下一代将这些指令复制下来。地球生命的第三大特征是，它们都生存在一个封闭的空间内。所有地球生命的基本单元都是细胞，而细胞则为一片薄膜所束缚。这种薄膜从物理上将细胞与外部隔离开来，以防止细胞中的各个成分互相分离，而生命也因此得以控制自身内部环境、摄取和储存营养物质、排出废物以及创造化学梯度以产生能量。起初，信息储存和代谢反应是两个独立的过程。在第4章，我们将会探讨这两个关键功能是如何整合到一起，并进化成第一个细胞的。不过，我们首先需要弄明白一个问题：细胞究竟是什么？