目前为止所见的最佳生命科普

一部雄心勃勃、目标远大,却又精微细致、深入浅出的科普著作。最令人喜爱的是,莱恩在书中完整地展示了一个生物学家思考、研究、实验的具体路径和诸般困扰,这是极为罕见的。正因如此,本书需要读者具有至少普通高中理科生水平的物理、化学和生物学训练/知识方能流畅阅读。即便你不满足这个条件,借助术语表和百度,适当跳过某些实在难以理解的细节,也足以掌握全书的核心思想与大致路径——相比起窥视生命奥义的探险,一点点阅读辛苦绝对超值。
好的科普著作总有着不仅仅是“科普”的野望——不仅仅是传播特定的科学知识或得到学界广泛认可的科学思想,而且也是作者构想、反思、阐述自己的学科理念/哲学,是对一整条可能/可行/可靠的未来研究路径和研究方法及其可能后果的论述,是真诚地邀请读者一起加入科学探索这项人类最激动人心的事业。可惜的是,大多数科普作品只不过是勉强完成传播科学知识这个任务罢了,甚至需要依靠科学家私人轶事来调节氛围,吸引读者。
“八卦”是人类文化最古老的组成部分(即使不如罗宾·邓巴说的那么重要),爱听逸闻闲事无可厚非。可对于科普作品来说,这无异于本末倒置。如果吸引人的是科学家私人情事、童年艰辛或者勾心斗角,那么科学家的个人特质就与文学家、政治家、艺术家、军人、大商人乃至任何人类都没有区别。这等于在伊西斯的面纱之上再套几层丝袜,科学事业动人心弦的深层乐趣就被隐藏在学术制度的琐碎、人际关系的纷繁、成功与失败的普遍困扰之下,既不优美,又无助益——更糟糕的是,些许科学洞见、高深思想散落章内,却讲不清前因后果、来龙去脉,若被不明所以的读者奉若圭臬,不容置喙,岂不是走向了科学的反面。
《复杂生命的起源》则恰好相反,全书结构完整、思路清晰,科学探索的动力自然蕴含于发现奥妙的乐趣之中,堪称科普作品的典范。
核心问题:生命为什么是这样?
这个大问题分解为三个关键小问题:
1.作为“复杂生命”的真核细胞生物看起来有一个共同祖先,而缺乏中间环节,这是为什么? 这个问题的重要性在于,按照未经修正的演化论,我们应当可以找到从细菌、古菌等“简单生命”向着真核细胞生物这样的“复杂生命”演化过渡的中间类型的古生物证据或者中间形态的现存生物,但是,我们迄今尚未发现任何蛛丝马迹。分子层面的证据则隐隐指向真核细胞生物共同祖先的远影。因此,演化论必须修正,即附加一些特殊情况——内共生——不是在多细胞生物体内的共生,这种情况下每个细胞本身都是独立的,而是在单个细胞内共生,使多个细胞融合成为一个细胞且共同继续存活。内共生是罕见的,目前的地球生命史上仅出现了两个成功案例:线粒体和叶绿体的内共生。这引发了第二个问题。
2.为什么真核细胞生物的共同祖先实现了跨越,而细菌和古菌则没有? 内共生为什么是罕见的?仅仅通过“生命是信息”的理念无法理解这一点,必须引入能量限制,使得内共生必须满足一定的能量条件才可行。对能量限制的研究发现,它首先决定了生命的诞生。有机物可以在某些特定环境下自发产生并积累起来,若有水、橄榄石、二氧化碳再加上一些热量,那么这些有机物就可能形成生命。在地球上的深海碱性热液喷口中,存在着天然的质子梯度(某个壁/膜/界面两边的质子浓度存在显著差异)(这是由于质子即失去电子的氢离子在酸性环境中浓度大,而在碱性环境中浓度小;古地球海水整体偏酸性),容许ATP自发合成,并逐渐形成了化学渗透偶联体系及配套的细胞膜,最终由同一化学过程的正反两种运用方式形成了细菌和古菌两大分支。此后,能量限制又一次出现了。细菌和古菌都不能生长得太大,否则体积的增长(三次方增长)就会远超细胞膜的表面积增长(二次方),使得内部供能不足,无法存活。目前唯一可行的路径是内共生,内共生形成线粒体极大地增加了细胞内的ATP生产效率,又减少了维持ATP生产所需的基因数量(能量消耗),足以支撑大型细胞的能量需求。内共生需要满足一系列苛刻的条件,无论是内共生事件发生还是之后成功存活的概率都极低,故而真核细胞生物的诞生是演化史上的一个小概率事件。
3.为什么真核细胞生物都实行有性生殖,并且个体注定死亡。 真核细胞来源于细胞宿主和线粒体的共生,其维持和演化也就在很大程度上取决于这二者的能量分配和基因竞争。有性生殖的关键在于有规律的基因重组,产生尽可能丰富的后代类型,从而可以一边保留有益的基因,一边剔除有害的基因。细菌和古菌的基因则总是一段一段地传播和遗传,这使得基因中无论好坏的部分都会一齐积累,在快速的复制中,坏的部分积累起来迅速引发崩溃。真核细胞内的线粒体细胞内也含有一小部分基因,用于现场控制线粒体的能量生产过程,这需要与细胞核内的基因密切合作。故而线粒体基因仍然采用无性生殖的方式单性遗传,以确保线粒体基因能够与至少一半的核基因(通常是母亲的)同源,能够密切配合。然而,这也就导致线粒体基因不够稳定,可能在长期复制中积累有害的突变。而线粒体基因复制的速度和次数都远远超出核基因,其崩溃所需要的时间也就更短了。一旦线粒体崩溃,就会诱发整个细胞的死亡程序。这同时也就引出了“神经、心肌等细胞为何长寿”的问题,目前仍在研究中。
具体的研究推理过程十分精彩且详细,快找书来读吧!