生命的跃升:40亿年演化史上的十大发明

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导论1
第一章生命的起源——来自旋转地球9
第二章DNA——生命的编码40
第三章光合作用——太阳的召唤72
第四章复杂的细胞——决定命运的相逢104
第五章性——地球上最大的彩票机构138
第六章运动——力量和荣耀172
第七章视觉——来自盲人之地205
第八章热血——打破能量壁障245
第九章意识——人类心智的根基278
第十章死亡——不朽的代价313
后记347
致谢349
参考文献352

生命的跃升：40亿年演化史上的十大发明
导论
演化的十项最伟大的发明
相对于宇宙空间吞噬一切的黑暗，地球是一个梦幻的蓝绿色球体。仅有二十余人曾站在月球或更远方，亲身经历过看到我们星球时的感受。然而他们送回家乡的照片，把这种脆弱之美镌刻在了一代人的心灵中。这种感受无与伦比：这个被无尽虚空包围的如大理石般的星球是我们共同的家乡，在这一认知面前，人类关于国境线、石油或教义的小打小闹都烟消云散了。更重要的是，在这个家里，我们与生命最神奇的发明共同生活着——事实上我们的存在都是拜这些发明所赐。
正是生命，把我们的星球从一块绕着年轻恒星公转的伤痕累累的炙热岩石，改造成了这座太空中的活灯塔；正是生命，使我们的星球充满蓝色与绿色，因为微小的光合细菌净化着大气与海洋，使之充满咝咝作响的氧气。在氧气的驱动下，生命在所有可想象的维度里爆发。繁花盛开招蜂引蝶，金色的鱼儿躲进缠结的珊瑚，巨大怪物潜伏在漆黑的深渊里，树木的枝条伸向天空，动物沉睡、醒来、看见一切。而在这所有一切之中，我们被造物的无尽谜题深深触动，我们这些宇宙中的分子集合体感知、思索、惊讶与好奇着我们是怎样抵达此时此地的。
这颗星球有史以来第一次，我们知道了。这不是确定无疑的知识，不是真理的石板，但却是人类最伟大的使命——知晓和理解我们身边和体内的生命世界——之正在成熟的果实。当然，自150多年前出版了达尔文的《物种起源》起，我们就已经了解了最基本的框架。自达尔文以来，人类关于过去的知识愈发丰富：不仅有化石填补了空缺，还有对于基因紧密结构的理解——正是这种理解巩固了丰饶的生命奥秘之毯的每一个细密针脚。然而只是在最近的几十年里，我们才从理论和抽象知识前进到了关于生命生机勃勃的细节图景。直到最近，人们才开始破译书写生命奥秘的语言，这种语言所掌握的密钥，不仅通向我们生活于其中的生命世界，也直达远古的奥秘。
这个故事要比任何造物神话更富有戏剧性、更引人注目，也更错综复杂。然而就像任何造物神话一样，它仍然是一个关于转变的故事：关于突发的、惊人的改变；关于革新如何重塑了我们的星球，如何用新的复杂性重写过去的革命。宇宙中看到的这颗星球的平静之美，掩藏了它的真实历史：满载冲突、创造与变化。讽刺的是，我们自己那些小打小闹正反映了这颗星球狂暴的历史，而只有我们——这颗星球上的掠夺者，得以崛起其上，并窥见它统一的美丽整体。
这个行星的剧变，在很大程度上是被两只手数得过来的演化革新所驱动的，这些新发明改变了世界，并且最终使我们的生命成为可能。我必须澄清这里所说的“发明”（invention）的意思，因为我并不是暗示这里存在一个有意识的“创造者”。《牛津英语大词典》定义invention是“做某事采用一种新方法或手段得出的原初的发明物或产品，在此前不为人所知；起源，引入”。演化并无远见，也不曾为未来谋划。不存在发明者，也没有智能设计。尽管如此，自然选择令所有特质面对最严酷的实验，只有最佳设计得以胜出。这是使人类剧场相形见绌的自然实验室，仔细核对以亿万计的微小差异，每代如此，代代如此。设计无处不在，它来自盲目而精密的过程。演化论者常常非正式地谈论发明，要表达自然惊人的创造力，没有比它更好的词了。洞察这一切如何发生的图景，是科学家的共同目标，无论他们的信仰状况如何——而每一个热切关心我们是怎样走到今天的人，也应是如此。
这本书讲的是演化的最伟大发明，讲的是每一次变革如何改变生命世界，以及我们人类怎样学会读懂这些历史——用到的精巧机智足可媲美自然之力。这是生命伟大创造力的庆典，也是对我们自己的礼赞。事实上，这本书讲的就是我们走到今天的历程——从生命起源到我们自己的生死，这条史诗之路沿途的各座里程碑。这是一本宏大的书。我们将跨越生命的广度与长度，从它最初在深海热泉的起源到人类的意识诞生，从微观细菌到庞然恐龙。我们将纵览各个学科，从地质和化学到神经影像，从量子物理到行星科学。我们还将追溯人类历史，从上古史诗《吉尔伽美什》到最新近的研究，从史上最著名的科学家到如今鲜为人知的研究者（但我希望，他们注定将来会大放异彩）。在这里抢先读到他们的英姿吧！
我的发明清单当然是主观的，完全可以有所不同；不过我确实引入了四个标准，靠这些标准大大缩减了可选项，入选的都是生命历史上开创性的大事件。
第一条标准是，这一发明必须对生命世界以及对行星整体造成革命性的变化。我已经提过光合作用，它使地球变成了我们如今所知的活力四射的富氧星球（没有它，动物就不可能存在）。其他的变化不那么明显，但影响力几乎同样普遍。影响力波及最广的两项发明是运动（这使动物可以四处巡游寻找食物）和视觉（它改变了所有生命有机体的角色和行为）。有可能正是眼睛在54亿年前的快速演化，在寒武纪大爆发（化石记录中突然出现了真正的动物）中居功至伟。我在每个章节的引言里讨论了每一次发明对地球造成的翻天覆地的影响。
第二条标准是，它必须直到今天依然有着无可比拟的重要意义。最佳例子是性与死。性一直被描述成终极的存在之荒谬，这还不是说《爱经》里那些从苦痛到狂喜的扭曲精神状态，而只是说细胞之间性行为的奇怪机制。为什么如此之多的动物，甚至很多植物都要沉溺于性，明明它们可以安静地自体克隆呀？这是一个谜，而我们现在已经十分接近这个谜的答案。但如果性是终极的存在荒谬，那么死就是终极的非存在之荒谬。为什么我们会变老、会死亡，一路忍受最为悲惨痛苦的疾患？这个非常现代的状态，并非受热力学决定，并非是混沌和衰败积累的结果——因为不是所有活着的东西都变老，而即使那些会变老的也可以关掉开关停下来。我们将看到，演化已经一次又一次地成功将动物的寿命延长了一个数量级。抗衰老药不应只是传说。
第三条标准是，每一个创新都是通过自然选择演化的直接结果，而不是譬如说文化变迁的后果。我是生物化学家，对语言和社会没什么原创的看法。但是我们所成就的一切，属于人类的一切，其基础都是意识。很难想象，如果没有了共享的价值、观念、感受，还有爱、快乐、悲伤、恐惧、渴望、希冀、信念这些无言的情感支撑，共享的语言和社会将如何存在。如果人类心灵是演化来的，我们必须搞明白我们脑中神经元的发放如何能够引发非物质性的精神感觉，以及情感的主观张力。在我看来，这是个生物学问题，虽说还是个困难问题。我将尝试在第九章解释这个论点。因此，意识可以算作伟大发明中的一个，语言和社会则不是，它们更多的是文化演进的成果。
第四条标准是，这种发明必须在某种意义上是标志性的。在达尔文的时代以及更早之前，所谓的眼睛完美性可能是原型的挑战。从那时候开始，人们以各种方式从各个角度讨论过眼睛问题，但过去十年里遗传研究的爆发进展对此提供了新的解决方案：它发现了一个意料之外的血缘。DNA的双螺旋是我们信息时代最伟大的标志。复杂细胞（真核生物）的起源则是另一个标志性的主题，和外界公众相比，这个问题在科学界更为知名。这一里程碑是过去四十年里演化论者争论最为激烈的问题之一，并且对于复杂生命在宇宙中如何分布至关重要。每一章就这一类的问题进行了讨论。一开始我和一位朋友讨论了我的清单，对方想把内脏而不是运动作为动物的象征。这个想法在标志性地位上没能合格：在我心中，肌肉力量才是标志性的——想想飞翔的荣耀——而仅有内脏没有动力的移动，只能算是一只海鞘，一管系在岩石上摇摆的肠子，不够标志性。
除了这些比较正式的标准之外，每一个发明还得激发我自己的想象力。这些发明，是我自己作为一个热切好奇的人最想知道的。其中有一些发明我以前写过，如今想要在更广阔的设定下重新讨论。其他一些发明，比如DNA，是对每一个好奇心灵都有致命吸引力的主题。深藏于DNA结构中的线索如何被解开，这是过去半个世纪里最伟大的科学侦探故事，然而这个故事就算在科学界中也鲜有人知。我只能希望，我能够成功表达出自己在探索时的兴奋、激动。热血则是另一个例子，是一个充满激烈争论的领域，因为在许多问题上科学家们还没有达成共识：恐龙到底是懒洋洋的大蜥蜴（变温动物）还是活跃的热血杀手（恒温动物），热血鸟类是直接从霸王龙的近亲演化而来还是跟恐龙没关系。没有比这更好的机会来亲自审视相关证据了！
于是我们现在有了清单，我希望你现在已经迫切地想读了。我们将从生命起源开始，以我们自己的死亡和对不朽的钻研收尾，途中会经过以下里程碑：DNA、光合作用、复杂细胞、性、运动、视觉、热血和意识。
但在我们开始之前，我必须多说两句这篇前言里贯穿的主旨：是一种新的“语言”为演化历史的深度提供了如此洞察力。直到不久之前，历史的研究有两条大道：化石与基因。论及探索生命的过往，两者都十分得力，但也各有瑕疵。化石记录中所谓的“空白”已广为人知，自达尔文对此表示忧虑之后的150年里，这些空白已被艰苦工作弥补了不少。化石的问题在于，它们来自特定的保存环境，并能毫无扭曲地反映过去。事实上我们能从中收集这么多信息已经非常惊人了。同样地，比较基因序列的细节使我们得以建立起谱系树，它能够精准地表达我们和其他有机体如何相关；不幸的是，基因最终会分叉到再也找不到共同之处的场景：往前不断追溯总会走到极限，再往前走的话用基因读出的历史就变成了乱码。但是在基因和化石之外，还有其他有力手段可以追溯最为古老的过去，而这本书在某种程度上就是这些方法之精确性的礼赞。
举个简单的例子——我最喜欢的例子之一，但在这本书里没有找到合适的地方出场。