生命的躍升

前言

推薦序窺探新視窗，驚豔新十大　　前科博館館長的孫兒酷愛恐龍，每年返臺，吵著要到科博館看恐龍。我總是拿出貓頭鷹出版的中文譯本《恐龍與史前動物百科全書》，伴隨著恐龍化石、模型，和小小年紀的他一起沉醉。這個孩子回到加州和他爸爸說，他們科學家把問題都答完了，把謎都解開了，我以後長大了怎麼辦？好急，好急，急著長大！一代大師牛頓臨死前直言：「我僅是個孩子，在海邊玩耍、解悶，尋找卵石與貝殼。而汪洋大海了不起的真相，在我面前與內(nèi)心中，依然有著諸多未解之謎，讓我深深著迷、嬉戲，永不疲倦！」　　「著迷、嬉戲，永不疲倦」，這正是追求宇宙間奧祕的真精神。我在科博館出版的專書《水中蛟龍：史前水棲爬行動物》，獲得第二屆國家出版獎優(yōu)等大獎的感言中，詮釋：　　閱讀，使一個民族壯闊、優(yōu)雅，而有品味。閱讀的前提，在於這個社群中，有寫好書、出版好書、傳頌好書的「文化產(chǎn)業(yè)鏈」，運轉(zhuǎn)不息。「人」終究是關(guān)鍵！看著歐陸，「科普」書刊的瀰漫、渲染。大師們跳出象牙塔，為九歲到九十九歲的孩子們，寫精采的好書。典範，吾心嚮往之。　　貓頭鷹書房，中譯英國倫敦大學大師尼克．連恩的科普大書《生命的躍升》，正是推動這個文化產(chǎn)業(yè)鏈生生不息的一雙巨手！　　當代古生物學家與演化生物學家的研究，從「未知生，焉知死」的物種源始，到「既知生，探究死」，著迷於地質(zhì)史中，生物大滅絕的真相與意涵，有所謂「五大」（Big Five）滅絕事件的暱稱。從「五大」到「新十大」，跨越地球科學與生命科學的兩個界域，嬉戲於生命大浩劫與大創(chuàng)新的光譜兩極，有趣極了！　　連恩教授是一位生物化學家，專精於分子世界的細節(jié)。他的三本書，前呼後應(yīng)，一以貫之，是三位一體。二○○二年出版了《氧氣：創(chuàng)造世界的分子》；二○○五年出版《力量、性、自殺》，獲得《經(jīng)濟學人》年度好書提名與《時代》學人獎，並入圍英國皇家學會科學圖書大獎決選名單。而這第三本寫給普羅大眾的專書（原文二○○九年出版），更是登峰造極——《生命的躍升》一出版即獲二○一○年英國皇家學會科學圖書大獎、《時代》與《獨立報》年度書獎，至今已譯成西班牙等二十國文字。他以老練的文采，讚頌生命演化創(chuàng)新的「發(fā)明才能」（inventiveness），以及我們?nèi)祟愖陨淼淖吭綕撃?，去解讀幽冥之過往，並且試圖重新建構(gòu)地球上生命的悠悠歷程。　　這本書，不容易念！至少對於欠缺生命科學背景訓(xùn)練的讀者，要花一陣「勉力為之」的苦功。但是，一旦走進那有趣的分子世界，又很難脫身。本書的每一個章節(jié)，從誕生到死亡，從第一顆細菌的亙古幽冥到不朽的終極代價，都關(guān)係到我們存活在當下的步步維艱；抽絲剝繭，進入到「微觀世界」的神奇與奧妙。這些，都是最近半個世紀甚或近十年來，科學的重大發(fā)現(xiàn)與重大突破，徹底重新建構(gòu)了我們對諸多議題的嶄新視野。像是「生命起源」的深海煉獄假說，挑戰(zhàn)著達爾文著名的「那一汪溫暖的小池塘」之隱喻。人類心智根源的「意識」，如何在分子層級上探究其起源與演化?！杆劳觥?，這永恆價值的起點，與有形實體的終結(jié)，如何跳躍在「老年基因」「老化疾病群」，與「永生」的科學、哲學、人道與倫理的天空中翱翔！　　經(jīng)由第一手科學家原創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)，連恩提起生花妙筆，平鋪直敘的描繪，字裡行間有畫面，具影像。他將艱深難解、象牙塔中的「甲骨文字」，轉(zhuǎn)譯成為白話文字的詩篇——這就是我們一直欣羨歐陸「科普寫作」市場的成熟與不凡。他們沒有象牙塔中鐘樓怪人的自命不凡，也不像當下「秀場」中半吊子的「科學人」，裝模作樣，言不及義?！　≡跁干?，堆放近十年來出版的七本專書，都是在探究生命演化的各種關(guān)鍵歷程。一流的科學家與大師，坐擁不同的視窗，探視三十八億年來，從巨觀化石到微觀分子的神奇世界。像是諾貝爾獎得主杜維（Christian de Duve）一九九五年出版的專書《生命盎然的塵埃：生命乃宇宙之必然》，從視窗中擷取了化學年代、訊息年代、原細胞年代、單細胞年代、多細胞年代、心智年代與未知的年代七大議題。而歐陸演化生物學首席史密斯（John Maynard Smith）與薩思麥利（Eors Szathmary）一九九五年出版的專書《演化中關(guān)鍵過渡事件》，則在視窗中透視各式起源的議題：生命、遺傳密碼、細胞、性、多細胞動物、社群及語言的六大溯源與尋根。大師們從各自的萬花筒中，探視蕓蕓眾生的繽紛多采！　　去年的秋季，漫步在英格蘭西部，達爾文的故居小鎮(zhèn)舒茲伯利。小鎮(zhèn)中主要的購物中心入口，高懸「Darwin 200」的巨大吊布。再往前步行在高街的書房，出版商期望搭上全球達爾文風潮的列車，櫥窗中整排裝飾的就是《生命的躍升》這本新書的首版精裝本，成為了路人注目的耀眼標幟！　　貓頭鷹書房，繼二○一○年精選《第一隻眼的誕生：透視寒武紀大爆發(fā)的祕密》，今年又選譯了這本好書。譯者旅居法國，既專業(yè)又是行內(nèi)人，譯筆高明。我幸運地得以先睹為快，也開啟了我一扇嶄新的視窗。我滿心歡喜，毫不吝惜地推薦這本好書給愛好讀書的朋友們！程延年國立自然科學博物館古生物學資深研究員，國立成功大學地球科學研究所合聘教授，專長為化石與演化生物學。論文發(fā)表於《自然》《科學》《古脊椎動物學報》等學術(shù)刊物。致力於科普教育，最新科普專書《水中蛟龍》獲二○一○年國家出版獎優(yōu)等獎。深度導(dǎo)讀生命演化過程中的「偶然」與「必然」　　在所有已知的生物中，「人」是最令人費解的動物了！還有哪些動物會用千奇百怪的方式將自已的身體剖開來，看看裡面有什麼器官，看看器官是如何配置的？更有甚者，是以近乎凌虐的方式，將身體以不同的電極、不同的電流強度通電，測試會產(chǎn)生什麼反應(yīng)?？萍加l(fā)達，這種近似自虐的實驗方式更是日新月異。其他的生物，包括植物在內(nèi)，整天在體內(nèi)或體外的忙碌活動，都只為了攝取能量及繁衍後代。我們?nèi)祟愒陲柺臣奥男袀髯诮哟娜蝿?wù)之外，竟然還有時間去問自已「從何而來？將往何處？為何會長成這幅模樣？」這些都是跟「演化」息息相關(guān)的問題，也是本書作者企圖替讀者解答的謎團！　　這雖然是一本科普書，但讀者可以發(fā)覺作者是以懸疑推理小說的方式在撰寫。從第一章講「生命的起源之自然發(fā)生」，第二章談「遺傅密碼的形成、自我複製到自私的基因」，一直到第九章討論「心智的起源」及第十章的「老化及死亡」。作者在每一章的開頭，都會提出一個演化科學的基本問題，然後試著以合乎邏輯的推理方式提供解答，但總在答案感覺呼之欲出之際，作者卻馬上指出這個答案的漏洞，然後再藉由另一個已經(jīng)發(fā)表過的科學報告，提出更合理的解釋。如此一再地求證、推理，透過科學的證據(jù)，來追尋更進一階的答案。其所尋求及提供的證據(jù)，都有當代學理與實驗的辯證支持，證據(jù)擺在眼前，令讀者不得不接受他的說法。在這樣的過程中，作者也明確指出「演化」已可用科學方法來證明，對學生來說，光是閱讀的過程就是很好的科學訓(xùn)練?！　￡P(guān)鍵中的關(guān)鍵—天擇　　前面提到作者隨手援引新的科學報告帶領(lǐng)讀者探求更高階、更合理的答案。讀者在閱讀時也可以發(fā)現(xiàn)，這些證據(jù)不僅僅局限於生命科學的領(lǐng)域，還包括化學、熱力學、量子物理學、經(jīng)濟學、心理學，甚至是宗教。例如在第一、二章，討論在早期地球環(huán)境中，那些無機的化學元素如何藉著純化學的作用，自深海熱泉、冷泉對流的煙囪區(qū)形成建構(gòu)生命所需的有機化學物質(zhì)。這裡所涉及的領(lǐng)域，只有化學及物理學。不過，生物演化怎會牽扯到這兩個領(lǐng)域呢？這就要從基本的化學理論講起了。讀者知道任何化學作用都需要「能量」來支持，生命的「生化作用」及「代謝作用」自然也同樣需要能量。達爾文的演化理論，重點是在「天擇」。何謂天擇？簡單的說亦即各種環(huán)境因子都在扮演篩選或選汰的角色。那究竟在篩選什麼？以化學作用為例，如果不同的作用都能得到同樣的產(chǎn)物，就要將那些相對「節(jié)能」的生化作用或代謝過程保留下來，而選汰會消耗太多能量的作用過程。因此，在第一個生命誕生以前，涉及同樣產(chǎn)物的各種純化學作用，就已經(jīng)受到天擇的選汰，相對粍能較多的化學作用必然不會被保留下來。書中提到熱泉冷泉區(qū)就因為在早期地球環(huán)境中，相較之下較易提供能量去進行有機分子的合成，因此也比較容易成為生命孕育的場所。　　作者另外也提到，在鹼性溫泉噴發(fā)口的空腔壁富含硫化鐵礦物?？涨豢衫鄯e保存濃縮的有機分子，而硫化鐵則可提供具有強力催化能力的亞鐵離子。這不僅能大大降低化學作用的能量需求，且能加速化學作用的進行。天擇再次在此篩選出這些有催化作用的地區(qū)，來作為孕育第一個生命的場所。古細菌在此形成也就不奇怪了。至此，生命的演化很神奇卻又很合理地進入到有催化劑化學作用的階段。　　談到化學，有不少金屬離子是具有催化作用的。有機分子自然形成之後，有不少機會可和這些金屬離子結(jié)合，組成有機化學分子。當這個有機化學分子帶有一個含鐵、鎳跟硫原子的核心，更會具備強力的催化作用。在各種不同的蛋白質(zhì)演化出來後，部分蛋白質(zhì)和上面提到的那些具有催化作用的化學分子，便合成了□（酵素）。因為「□」的催化速度快，天擇當然會將這些既節(jié)能，反應(yīng)又快速的生化作用留下來。如此一來，生命中的生化作用進入到酵素系統(tǒng)的階段。（學過生化的學生必定看過細胞內(nèi)到處充滿酵素作用的生化反應(yīng)。）可見只要有必要的有機生物分子及機遇存在，天擇會在不知不覺中，隨時發(fā)揮作用?！　≡俑屑殭z視這些生化反應(yīng)，有不少是「循環(huán)反應(yīng)」。所有上過高中生物學的學生一定忘不了「克氏循環(huán)」及「光合作用反應(yīng)循環(huán)」。但有多少人會去追問，為何生物體內(nèi)形成的生化反應(yīng)，有那麼多屬於「循環(huán)反應(yīng)」？這當然也是天擇的產(chǎn)物：這些作用不僅節(jié)能、快速，而且細胞也不必再依賴外界提供反應(yīng)所需的材料。循環(huán)作用就是最佳的分解及合成的反應(yīng)，也是最佳的代謝作用方式?！　‘斝纬稍缙谏貍涞挠袡C物質(zhì)及遺傳分子都出現(xiàn)在所謂「生命高湯」中以後，會出現(xiàn)兩種可能的情形。一種可能是那些有機分子會隨意分散在高湯中，另一種可能，則是分子會遵循化學及物理定律而聚集成大分子，分子也會聚在一起，形成與外界隔離的小環(huán)境（可能是圓球形）。在天擇的篩選下，比較可能會出現(xiàn)哪一個情況呢？唯一的答案只有可能是後者。因為，一個與外界隔離的環(huán)境比非隔離的環(huán)境要穩(wěn)定得多，相對的也更有利於各種生命反應(yīng)的進行。同樣的，那些遺傳的分子如果隨意分散在細胞質(zhì)內(nèi)，在細胞分裂時，遺傳分子能忠實無誤地平均分配到子細胞的機率便很低很低；遺傳分子若包裹成染色體，複製後再平均分配到子細胞的機率，就可能達到百分之百。葉綠體、粒線體、高基氏體等胞器，也是在這種背景下由天擇所選汰下來的產(chǎn)物?！　≡诩毎纬舍?，細胞仍然需要外界提供物質(zhì)及能量。要無憂無慮地生存下去，最好是細胞內(nèi)部便能儲存大量的物質(zhì)及能量，以減少對周圍環(huán)境的依賴。此種需求下，天擇會選擇單細胞或多細胞的答案就很明顯了！多細胞生物體的內(nèi)在環(huán)境要比單細胞穩(wěn)定，故多細胞的生物就逐漸演化形成了。作者在第八章詳細地討論到變溫及恆溫的利弊，還有它的演化過程，這也同樣遵循著上述天擇的作用及演化的脈絡(luò)?！　∫勒丈厦娴挠懻摚镅莼坪跤蟹N趨勢—天擇使得生物透過演化，愈來愈獨立於環(huán)境之外，最後能不看老天的臉色更好。那未來的生物能否完全脫離周圍生存的環(huán)境呢？未來，即使我們對心智意識的成因與運作方式的研究都已經(jīng)非常透徹，也完全找出了控制死亡、令人長壽的基因，屆時「孫悟空」能否就有機會逃離如來佛的手掌心？讀者可去深思。　　靜下心來，想想「偶然」與「必然」　　三十多年前，就有一本標題是《偶然與必然》的書。這本書的內(nèi)容也是在討論生命的演化?！渡能S升》這本書，幾乎每個章節(jié)也都有「偶然」與「必然」的字眼出現(xiàn)?！概既弧股婕暗綑C率的問題，表示事情有發(fā)生的可能。在三十五或四十五億年前，生命所需的各種分子如本書所言都已俱備。在「偶然」出現(xiàn)的機遇下，讓天擇（環(huán)境中物理及化學因子）可以發(fā)揮作用。在眾多可篩選的化學分子及反應(yīng)過程，那「相對」有利（節(jié)能又快速）的一方「必然」被篩選下來。因此在生命漫長的演化過程，「偶然」與「必然」必定涉及在其中?！　×硗猓莼欠癯晒?，其實也是一種相對的比較。經(jīng)天擇作用後，誰產(chǎn)下的後代有較高的存活率，誰就算成功。所以在演化上，有五十一個子代的父母就比僅有四十九個子代的雙親成功。作者在談到眼睛的演化時，就引用《盲眼鍾錶匠》一書中的例子：「演化出一半的眼睛就比沒有眼睛的個體在存活上要強得多」。所以在共祖的現(xiàn)存生物中，只要多一個感光點、多一個透光的結(jié)晶蛋白，細胞或個體在覓食或避敵上就更有利。故成功與否完全是相對，沒有絕對的！畢竟要追求不變的終極完美，不就也得要有永恆穩(wěn)定的環(huán)境？　　本書作者嘗試為我們回答十個和生物演化有關(guān)的問題，他的辯證回答完全合乎邏輯，但每一章仍舊沒有提供終極的答案。因此，在生命科學的世界中，還有很多問題可發(fā)問及思考，以及許多有趣的答案有待挖掘。那什麼問題值得繼續(xù)發(fā)問呢？　　著名的族群遺傳及演化學者，杜布贊斯基以果蠅做實驗，解決了很多生物演化上的問題。所有生物演化教科書，都必定印著他說過的一句很值得深思的話：「如果不從演化的角度去看，生物學就沒有意義了?！顾赋鰧W生在提出有關(guān)生命科學的問題時，必定得從演化的角度去思考，否則便無法窺探到生命世界的奧祕及意義。不過，因為生物的演化和環(huán)境有密不可分的關(guān)係，因此後來又有學者在那句話的後面再加上一段：「如果不從生態(tài)學的角度去看，演化就沒有意義了。」相信這兩句話，也有助於讀者跟我們一起，思考一些有意義也有深度的生命科學問題。呂光洋臺灣師範大學生命科學系名譽教授

內(nèi)容概要

　　如果達爾文從墓裡復(fù)生的話，我會給他這一本好書，讓他能夠快點趕上進度?！　。溙兀鸬吕?，著有《紅色皇后》《克里克：發(fā)現(xiàn)遺傳密碼那個人》　　史上最重要的演化關(guān)鍵，終於－－完全解密！　　DNA是從哪裡來的？眼睛是怎麼演化出來的？意識是什麼？我們又為什麼會死亡？　　生命為什麼是現(xiàn)在的樣貌？　　關(guān)於這些問題，現(xiàn)在終於有了最好的答案！過去數(shù)十年間最新的科學研究，讓我們看見生命最真實的歷史圖像?，F(xiàn)在的科學技術(shù)可以比對基因體序列，可以研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，可以在人思考的同時觀察腦神經(jīng)影像，也可以分析巖石裡面的化學成分，甚至可以詳細地勾勒出過去的大氣如何變化……這些新發(fā)現(xiàn)都有助於我們更深入地了解生命的演化?！　±眠@些珍貴的科學發(fā)現(xiàn)，生化學家尼克．連恩挑選了十個演化史上最重要的關(guān)鍵，說明生命如何透過這些事件，一次次地革新，最後演變成今日繽紛多采的面貌。這十個關(guān)鍵，是根據(jù)它們對生命世界的影響，它們對今日生物的重要性，以及它們的象徵意義來決定的，其中包括：　　生命的起源　　　DNA　　光合作用　　　　複雜的細胞　　性　　　　　　　運動　　視覺　　　　　　溫血　　意識　　　　　　死亡　　透過這十個關(guān)鍵，連恩不僅回顧了演化學過去的發(fā)展軌跡，也盤整了最新的研究成果，巧妙地重建了生命演化史。誰會想到，眼睛的起源竟是來自藻類執(zhí)行光合作用的感光點？DNA是從海底的熱泉噴發(fā)口誕生的？連恩實際進入跨領(lǐng)域的研究現(xiàn)場，為我們?nèi)〉玫谝皇值馁Y料。這裡每一個關(guān)於生命演化的奧祕，都是集合全球眾多科學家，歷經(jīng)各種困難、失敗，才終於真相大白的科學探案。這些演化史上最重大的事件，改變了我們的生命世界，也改變了整個地球?！　”緯Y(jié)合了最新的科學研究，以說故事的方式完整呈現(xiàn)大自然令人拍案叫絕的十大奇蹟，既是新時代的《物種起源》，又像生物演化的《愛麗絲夢遊仙境》，更獲得科普書最高榮譽－－英國皇家學會科學圖書大獎。這本書遠遠不只是科普報導(dǎo)，它展現(xiàn)的是科學研究為什麼如此迷人、如此激動人心的原因。如果你想知道我們?yōu)楹螘霈F(xiàn)在這世上，或是對演化背後的科學基礎(chǔ)感到好奇，你一定不能錯過這本精采的科普傑作！

作者簡介

尼克．連恩Nick Lane　　連恩是演化生化學家，也是英國倫敦大學學院的榮譽教授（Honorary Reader）。他的研究主題為演化生化學及生物能量學，聚焦於生命的起源與複雜細胞的演化。除此之外，他也是倫敦大學學院粒線體研究學會的創(chuàng)始成員，並領(lǐng)導(dǎo)生命起源的研究計畫。連恩出版過三本叫好又叫座的科普書，至今已被翻譯為二十國語言。二○一○年，他以本書獲得科普書最高榮譽——英國皇家學會科學圖書大獎；而他的上一本著作《力量、性、自殺》（Power, Sex, Suicide）則入圍上述大獎的決選名單，以及《泰晤士高等教育報》年度年輕科學作家的候選名單，同時也被《經(jīng)濟學人》提名為年度好書。連恩博士現(xiàn)居倫敦，關(guān)於更多他的資訊，請造訪他的個人網(wǎng)站：www.nick-lane.net 譯者簡介梅苃芢　　臺大公衛(wèi)系畢業(yè)，巴黎第七大學免疫學博士，曾任美國國家衛(wèi)生院博士後研究員，現(xiàn)旅居巴黎，任巴斯德研究所研究員。平日喜歡閱讀、寫作，吃美食遊山玩水。 

書籍目錄

推薦序　窺探新視窗，驚艷新十大──程延年推薦序　生命演化過程中的偶然與必然──呂光洋引言第一章　生命的起源－－來自旋轉(zhuǎn)的地球之外第二章　DNA－－生命密碼第三章　光合作用－－太陽的召喚第四章　複雜的細胞－－命運的邂逅第五章　性－－地球上最偉大的樂透獎第六章　運動－－力量與榮耀第七章　視覺－－來自盲目之地第八章　熱血沸騰－－衝破能量的藩籬第九章　意識－－人類心智的根源第十章　死亡－－不朽的代價後記致謝中英對照表

編輯推薦

◎ 榮獲科普書最高榮譽－－英國皇家學會科學圖書大獎（2010年）　　◎ Amazon讀者四顆半星推薦　　◎ 國立自然科學博物館古生物學資深研究員　程延年　審訂．專文推薦　　◎ 臺灣師範大學生命科學系名譽教授　呂光洋　專文導(dǎo)讀各界學者強力推薦　　呂光洋　臺灣師範大學生命科學系名譽教授　　周昌弘　中央研究院院士、中國醫(yī)藥大學講座教授　　林仲平　東海大學生命科學系教授　　林勇欣　交通大學生物資訊及系統(tǒng)生物研究所副教授　　邵廣

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