生命的躍升: 40億年演化史上最重要的10個關鍵 电子书下载

书名：生命的躍升: 40億年演化史上最重要的10個關鍵

如果达尔文从墓裡复生的话，我会给他这一本好书，让他能够快点赶上进度。 －－麦特．瑞德里，著有《红色皇后》《克里克：发现遗传密码那个人》 史上最重要的演化关键，终于－－完全解密！ DNA是从哪裡来的？眼睛是怎么演化出来的？意识是什么？我们又为什么会死亡？ 生命为什么是现在的样貌？ 关于这些问题，现在终于有了最好的答案！过去数十年间最新的科学研究，让我们看见生命最真实的历史图像。现在的科学技术可以比对基因体序列，可以研究蛋白质的结构，可以在人思考的同时观察脑神经影像，也可以分析岩石裡面的化学成分，甚至可以详细地勾勒出过去的大气如何变化……这些新发现都有助于我们更深入地了解生命的演化。 利用这些珍贵的科学发现，生化学家尼克．连恩挑选了十个演化史上最重要的关键，说明生命如何透过这些事件，一次次地革新，最后演变成今日缤纷多采的面貌。这十个关键，是根据它们对生命... 如果达尔文从墓裡复生的话，我会给他这一本好书，让他能够快点赶上进度。 －－麦特．瑞德里，著有《红色皇后》《克里克：发现遗传密码那个人》 史上最重要的演化关键，终于－－完全解密！ DNA是从哪裡来的？眼睛是怎么演化出来的？意识是什么？我们又为什么会死亡？ 生命为什么是现在的样貌？ 关于这些问题，现在终于有了最好的答案！过去数十年间最新的科学研究，让我们看见生命最真实的历史图像。现在的科学技术可以比对基因体序列，可以研究蛋白质的结构，可以在人思考的同时观察脑神经影像，也可以分析岩石裡面的化学成分，甚至可以详细地勾勒出过去的大气如何变化……这些新发现都有助于我们更深入地了解生命的演化。 利用这些珍贵的科学发现，生化学家尼克．连恩挑选了十个演化史上最重要的关键，说明生命如何透过这些事件，一次次地革新，最后演变成今日缤纷多采的面貌。这十个关键，是根据它们对生命世界的影响，它们对今日生物的重要性，以及它们的象徵意义来决定的，其中包括： 生命的起源　　　DNA 光合作用　　　　复杂的细胞 性　　　　　　　运动 视觉　　　　　　温血 意识　　　　　　死亡 透过这十个关键，连恩不仅回顾了演化学过去的发展轨迹，也盘整了最新的研究成果，巧妙地重建了生命演化史。谁会想到，眼睛的起源竟是来自藻类执行光合作用的感光点？DNA是从海底的热泉喷发口诞生的？连恩实际进入跨领域的研究现场，为我们取得第一手的资料。这裡每一个关于生命演化的奥祕，都是集合全球众多科学家，历经各种困难、失败，才终于真相大白的科学探案。这些演化史上最重大的事件，改变了我们的生命世界，也改变了整个地球。 本书结合了最新的科学研究，以说故事的方式完整呈现大自然令人拍案叫绝的十大奇蹟，既是新时代的《物种起源》，又像生物演化的《爱丽丝梦游仙境》，更获得科普书最高荣誉－－英国皇家学会科学图书大奖。这本书远远不只是科普报导，它展现的是科学研究为什么如此迷人、如此激动人心的原因。如果你想知道我们为何会出现在这世上，或是对演化背后的科学基础感到好奇，你一定不能错过这本精采的科普杰作！ =======================前言======================= 推荐序 窥探新视窗，惊豔新十大 前科博馆馆长的孙儿酷爱恐龙，每年返台，吵著要到科博馆看恐龙。我总是拿出猫头鹰出版的中文译本《恐龙与史前动物百科全书》，伴随著恐龙化石、模型，和小小年纪的他一起沉醉。这个孩子回到加州和他爸爸说，他们科学家把问题都答完了，把谜都解开了，我以后长大了怎麽办？好急，好急，急著长大！一代大师牛顿临死前直言：「我仅是个孩子，在海边玩耍、解闷，寻找卵石与贝壳。而汪洋大海了不起的真相，在我面前与内心中，依然有著诸多未解之谜，让我深深著迷、嬉戏，永不疲倦！」 「著迷、嬉戏，永不疲倦」，这正是追求宇宙间奥祕的真精神。我在科博馆出版的专书《水中蛟龙：史前水栖爬行动物》，获得第二届国家出版奖优等大奖的感言中，诠释： 阅读，使一个民族壮阔、优雅，而有品味。阅读的前提，在于这个社群中，有写好书、出版好书、传颂好书的「文化产业链」，运转不息。「人」终究是关键！看著欧陆，「科普」书刊的瀰漫、渲染。大师们跳出象牙塔，为九岁到九十九岁的孩子们，写精采的好书。典范，吾心嚮往之。 猫头鹰书房，中译英国伦敦大学大师尼克．连恩的科普大书《生命的跃升》，正是推动这个文化产业链生生不息的一双巨手！ 当代古生物学家与演化生物学家的研究，从「未知生，焉知死」的物种源始，到「既知生，探究死」，著迷于地质史中，生物大灭绝的真相与意涵，有所谓「五大」（Big Five）灭绝事件的暱称。从「五大」到「新十大」，跨越地球科学与生命科学的两个界域，嬉戏于生命大浩劫与大创新的光谱两极，有趣极了！ 连恩教授是一位生物化学家，专精于分子世界的细节。他的三本书，前呼后应，一以贯之，是三位一体。二○○二年出版了《氧气：创造世界的分子》；二○○五年出版《力量、性、自杀》，获得《经济学人》年度好书提名与《时代》学人奖，并入围英国皇家学会科学图书大奖决选名单。而这第三本写给普罗大众的专书（原文二○○九年出版），更是登峰造极——《生命的跃升》一出版即获二○一○年英国皇家学会科学图书大奖、《时代》与《独立报》年度书奖，至今已译成西班牙等二十国文字。他以老练的文采，讚颂生命演化创新的「发明才能」（inventiveness），以及我们人类自身的卓越潜能，去解读幽冥之过往，并且试图重新建构地球上生命的悠悠历程。 这本书，不容易念！至少对于欠缺生命科学背景训练的读者，要花一阵「勉力为之」的苦功。但是，一旦走进那有趣的分子世界，又很难脱身。本书的每一个章节，从诞生到死亡，从第一颗细菌的亘古幽冥到不朽的终极代价，都关系到我们存活在当下的步步维艰；抽丝剥茧，进入到「微观世界」的神奇与奥妙。这些，都是最近半个世纪甚或近十年来，科学的重大发现与重大突破，彻底重新建构了我们对诸多议题的崭新视野。像是「生命起源」的深海炼狱假说，挑战著达尔文著名的「那一汪温暖的小池塘」之隐喻。人类心智根源的「意识」，如何在分子层级上探究其起源与演化。「死亡」，这永恒价值的起点，与有形实体的终结，如何跳跃在「老年基因」「老化疾病群」，与「永生」的科学、哲学、人道与伦理的天空中翱翔！ 经由第一手科学家原创性的发现，连恩提起生花妙笔，平铺直叙的描绘，字裡行间有画面，具影像。他将艰深难解、象牙塔中的「甲骨文字」，转译成为白话文字的诗篇——这就是我们一直欣羡欧陆「科普写作」市场的成熟与不凡。他们没有象牙塔中钟楼怪人的自命不凡，也不像当下「秀场」中半吊子的「科学人」，装模作样，言不及义。 在书案上，堆放近十年来出版的七本专书，都是在探究生命演化的各种关键历程。一流的科学家与大师，坐拥不同的视窗，探视三十八亿年来，从巨观化石到微观分子的神奇世界。像是诺贝尔奖得主杜维（Christian de Duve）一九九五年出版的专书《生命盎然的尘埃：生命乃宇宙之必然》，从视窗中撷取了化学年代、讯息年代、原细胞年代、单细胞年代、多细胞年代、心智年代与未知的年代七大议题。而欧陆演化生物学首席史密斯（John Maynard Smith）与萨思麦利（Eors Szathmary）一九九五年出版的专书《演化中关键过渡事件》，则在视窗中透视各式起源的议题：生命、遗传密码、细胞、性、多细胞动物、社群及语言的六大溯源与寻根。大师们从各自的万花筒中，探视芸芸众生的缤纷多采！ 去年的秋季，漫步在英格兰西部，达尔文的故居小镇舒兹伯利。小镇中主要的购物中心入口，高悬「Darwin 200」的巨大吊布。再往前步行在高街的书房，出版商期望搭上全球达尔文风潮的列车，橱窗中整排装饰的就是《生命的跃升》这本新书的首版精装本，成为了路人注目的耀眼标帜！ 猫头鹰书房，继二○一○年精选《第一隻眼的诞生：透视寒武纪大爆发的祕密》，今年又选译了这本好书。译者旅居法国，既专业又是行内人，译笔高明。我幸运地得以先睹为快，也开启了我一扇崭新的视窗。我满心欢喜，毫不吝惜地推荐这本好书给爱好读书的朋友们！ 程延年 国立自然科学博物馆古生物学资深研究员，国立成功大学地球科学研究所合聘教授，专长为化石与演化生物学。论文发表于《自然》《科学》《古脊椎动物学报》等学术刊物。致力于科普教育，最新科普专书《水中蛟龙》获二○一○年国家出版奖优等奖。 深度导读 生命演化过程中的「偶然」与「必然」 在所有已知的生物中，「人」是最令人费解的动物了！还有哪些动物会用千奇百怪的方式将自已的身体剖开来，看看裡面有什麽器官，看看器官是如何配置的？更有甚者，是以近乎凌虐的方式，将身体以不同的电极、不同的电流强度通电，测试会产生什麽反应。科技愈发达，这种近似自虐的实验方式更是日新月异。其他的生物，包括植物在内，整天在体内或体外的忙碌活动，都只为了摄取能量及繁衍后代。我们人类在饱食及履行传宗接代的任务之外，竟然还有时间去问自已「从何而来？将往何处？为何会长成这幅模样？」这些都是跟「演化」息息相关的问题，也是本书作者企图替读者解答的谜团！ 这虽然是一本科普书，但读者可以发觉作者是以悬疑推理小说的方式在撰写。从第一章讲「生命的起源之自然发生」，第二章谈「遗傅密码的形成、自我複製到自私的基因」，一直到第九章讨论「心智的起源」及第十章的「老化及死亡」。作者在每一章的开头，都会提出一个演化科学的基本问题，然后试著以合乎逻辑的推理方式提供解答，但总在答案感觉呼之欲出之际，作者却马上指出这个答案的漏洞，然后再藉由另一个已经发表过的科学报告，提出更合理的解释。如此一再地求证、推理，透过科学的证据，来追寻更进一阶的答案。其所寻求及提供的证据，都有当代学理与实验的辩证支持，证据摆在眼前，令读者不得不接受他的说法。在这样的过程中，作者也明确指出「演化」已可用科学方法来证明，对学生来说，光是阅读的过程就是很好的科学训练。 关键中的关键—天择 前面提到作者随手援引新的科学报告带领读者探求更高阶、更合理的答案。读者在阅读时也可以发现，这些证据不仅仅局限于生命科学的领域，还包括化学、热力学、量子物理学、经济学、心理学，甚至是宗教。例如在第一、二章，讨论在早期地球环境中，那些无机的化学元素如何藉著纯化学的作用，自深海热泉、冷泉对流的烟囱区形成建构生命所需的有机化学物质。这裡所涉及的领域，只有化学及物理学。不过，生物演化怎会牵扯到这两个领域呢？这就要从基本的化学理论讲起了。读者知道任何化学作用都需要「能量」来支持，生命的「生化作用」及「代谢作用」自然也同样需要能量。达尔文的演化理论，重点是在「天择」。何谓天择？简单的说亦即各种环境因子都在扮演筛选或选汰的角色。那究竟在筛选什麽？以化学作用为例，如果不同的作用都能得到同样的产物，就要将那些相对「节能」的生化作用或代谢过程保留下来，而选汰会消耗太多能量的作用过程。因此，在第一个生命诞生以前，涉及同样产物的各种纯化学作用，就已经受到天择的选汰，相对粍能较多的化学作用必然不会被保留下来。书中提到热泉冷泉区就因为在早期地球环境中，相较之下较易提供能量去进行有机分子的合成，因此也比较容易成为生命孕育的场所。 作者另外也提到，在硷性温泉喷发口的空腔壁富含硫化铁矿物。空腔可累积保存浓缩的有机分子，而硫化铁则可提供具有强力催化能力的亚铁离子。这不仅能大大降低化学作用的能量需求，且能加速化学作用的进行。天择再次在此筛选出这些有催化作用的地区，来作为孕育第一个生命的场所。古细菌在此形成也就不奇怪了。至此，生命的演化很神奇却又很合理地进入到有催化剂化学作用的阶段。 谈到化学，有不少金属离子是具有催化作用的。有机分子自然形成之后，有不少机会可和这些金属离子结合，组成有机化学分子。当这个有机化学分子带有一个含铁、镍跟硫原子的核心，更会具备强力的催化作用。在各种不同的蛋白质演化出来后，部分蛋白质和上面提到的那些具有催化作用的化学分子，便合成了□（酵素）。因为「□」的催化速度快，天择当然会将这些既节能，反应又快速的生化作用留下来。如此一来，生命中的生化作用进入到酵素系统的阶段。（学过生化的学生必定看过细胞内到处充满酵素作用的生化反应。）可见只要有必要的有机生物分子及机遇存在，天择会在不知不觉中，随时发挥作用。 再更仔细检视这些生化反应，有不少是「循环反应」。所有上过高中生物学的学生一定忘不了「克氏循环」及「光合作用反应循环」。但有多少人会去追问，为何生物体内形成的生化反应，有那麽多属于「循环反应」？这当然也是天择的产物：这些作用不仅节能、快速，而且细胞也不必再依赖外界提供反应所需的材料。循环作用就是最佳的分解及合成的反应，也是最佳的代谢作用方式。 当形成早期生命必备的有机物质及遗传分子都出现在所谓「生命高汤」中以后，会出现两种可能的情形。一种可能是那些有机分子会随意分散在高汤中，另一种可能，则是分子会遵循化学及物理定律而聚集成大分子，分子也会聚在一起，形成与外界隔离的小环境（可能是圆球形）。在天择的筛选下，比较可能会出现哪一个情况呢？唯一的答案只有可能是后者。因为，一个与外界隔离的环境比非隔离的环境要稳定得多，相对的也更有利于各种生命反应的进行。同样的，那些遗传的分子如果随意分散在细胞质内，在细胞分裂时，遗传分子能忠实无误地平均分配到子细胞的机率便很低很低；遗传分子若包裹成染色体，複製后再平均分配到子细胞的机率，就可能达到百分之百。叶绿体、粒线体、高基氏体等胞器，也是在这种背景下由天择所选汰下来的产物。 在细胞形成后，细胞仍然需要外界提供物质及能量。要无忧无虑地生存下去，最好是细胞内部便能储存大量的物质及能量，以减少对周围环境的依赖。此种需求下，天择会选择单细胞或多细胞的答案就很明显了！多细胞生物体的内在环境要比单细胞稳定，故多细胞的生物就逐渐演化形成了。作者在第八章详细地讨论到变温及恒温的利弊，还有它的演化过程，这也同样遵循著上述天择的作用及演化的脉络。 依照上面的讨论，生物演化似乎有种趋势—天择使得生物透过演化，愈来愈独立于环境之外，最后能不看老天的脸色更好。那未来的生物能否完全脱离周围生存的环境呢？未来，即使我们对心智意识的成因与运作方式的研究都已经非常透彻，也完全找出了控制死亡、令人长寿的基因，届时「孙悟空」能否就有机会逃离如来佛的手掌心？读者可去深思。 静下心来，想想「偶然」与「必然」 三十多年前，就有一本标题是《偶然与必然》的书。这本书的内容也是在讨论生命的演化。《生命的跃升》这本书，几乎每个章节也都有「偶然」与「必然」的字眼出现。「偶然」涉及到机率的问题，表示事情有发生的可能。在三十五或四十五亿年前，生命所需的各种分子如本书所言都已俱备。在「偶然」出现的机遇下，让天择（环境中物理及化学因子）可以发挥作用。在众多可筛选的化学分子及反应过程，那「相对」有利（节能又快速）的一方「必然」被筛选下来。因此在生命漫长的演化过程，「偶然」与「必然」必定涉及在其中。 另外，演化是否成功，其实也是一种相对的比较。经天择作用后，谁产下的后代有较高的存活率，谁就算成功。所以在演化上，有五十一个子代的父母就比仅有四十九个子代的双亲成功。作者在谈到眼睛的演化时，就引用《盲眼锺表匠》一书中的例子：「演化出一半的眼睛就比没有眼睛的个体在存活上要强得多」。所以在共祖的现存生物中，只要多一个感光点、多一个透光的结晶蛋白，细胞或个体在觅食或避敌上就更有利。故成功与否完全是相对，没有绝对的！毕竟要追求不变的终极完美，不就也得要有永恒稳定的环境？ 本书作者尝试为我们回答十个和生物演化有关的问题，他的辩证回答完全合乎逻辑，但每一章仍旧没有提供终极的答案。因此，在生命科学的世界中，还有很多问题可发问及思考，以及许多有趣的答案有待挖掘。那什麽问题值得继续发问呢？ 著名的族群遗传及演化学者，杜布赞斯基以果蝇做实验，解决了很多生物演化上的问题。所有生物演化教科书，都必定印著他说过的一句很值得深思的话：「如果不从演化的角度去看，生物学就没有意义了。」他指出学生在提出有关生命科学的问题时，必定得从演化的角度去思考，否则便无法窥探到生命世界的奥祕及意义。不过，因为生物的演化和环境有密不可分的关系，因此后来又有学者在那句话的后面再加上一段：「如果不从生态学的角度去看，演化就没有意义了。」相信这两句话，也有助于读者跟我们一起，思考一些有意义也有深度的生命科学问题。 吕光洋 台湾师范大学生命科学系名誉教授 =======================媒体评论======================= 生命科学领域浩瀚而多样，许多生物学家穷其一生也只能局限在其所熟悉的特定学门。然而本书作者凭藉其渊博的学识与灵敏的嗅觉，整理了许多充满丰富想像力，同时奠基在扎实学术证据上的最新研究成果，把生命科学的各个领域串联起来，为许多看似理所当然而你可能不曾思考或怀疑的刻板印象，提供了绝妙的解答。在感受到源源不绝的、恍然大悟的惊喜之馀，你也会了解，串联这一切的关键角色，其实就是所有生命现象的本质——演化。 ——林勇欣，交通大学生物资讯及系统生物研究所副教授 想在短时间内，一览近年来尖端生命科学的研究成果如何能用来解开演化史上一些关键之谜，这本书无疑地是最好的选择。 ——邵广昭，中央研究院生物多样性研究中心研究员兼生物多样性资讯中心执行长 作者从微观到巨观，对生命现象的来龙去脉做了非常清楚的交代，让我们对生与死有了另一番新的体悟。 ——胡哲明，台湾大学生态学与演化生物学研究所副教授 这本书充分说明了演化学如何透过客观的科学方法修正过去的谬思与迷思，让这门学问不断演化，臻至更高、更接近生命演进长河真相的境界。 ——徐堉峰，台湾师范大学生命科学系教授 这本书不但介绍了生命在地球上演化的关键性发展，也简要呈现了与这些事件相关的科学知识演进。对生命科学有兴趣的读者绝对不应错过此书，一般读者也可以从书中获得重要的新知。 ——刘小如，前中央研究院生物多样性研究中心研究员 连恩是个从不畏惧把眼光放远，而且认真思考的作家。 ——法兰克．威尔兹克，二○○四年诺贝尔物理奖得主 一本迷人而精采的报导，关于各种伟大的生命奥祕——生命如何出现，事物如何运作，为什麽会死亡，意识如何演化。 ——伊恩．史都华，著有《史都华教授的数学好奇研究小间》 如果有朝一日达尔文从墓裡复生的话，我会给他这一本好书，让他能够快点赶上进度。这本书是一块扣人心弦的告示牌，汇集了关于地球上生命奥祕的各种日新月异的新闻。 ——麦特．瑞德里，著有《红色皇后》与《克里克：发现遗传密码那个人》