| 我从哪里来？也许自人类有意识以来，对生命起源的想象和追溯就从未停歇，哲学、宗教、科学都对此不断求索。 也许你在中学的生物课上学过“原始汤”理论。40亿年前的原始地球上，一片富含有机物的汪洋中，在接连不断的电闪雷鸣中，最初的生命诞生了。 也许你还听说过更前沿一些的“黑烟囱”理论。在深海中海底火山活跃区域，海水与岩浆直接作用，在海底爆炸，爆出的硫化铁颗粒形成浓密的“黑烟”。就在这样暴烈的环境下，铁-硫矿物扮演了催化有机分子合成、启动生命的主角。 也许你还听说过火星生命陨石假说、达尔文的温暖池塘假说…… 你也许曾将某一学说奉为圭臬，将其纳入自己的认知体系，却并未对其进行过深思和考证。 比如我自己，在阅读这本《复杂生命的起源》前，就曾深信“原始汤”的理论，我似乎是不明所以地就接纳了这个印在教材上的理论，电闪雷鸣、岩浆沸腾的原始地球形象也刻入了我的脑海。 而在本书的第一章，作者就明确摆出了锆石晶体的证据，证明了原始地球是一个更为平静的世界，其大气「成分与今天的空气大致相似，不同在于前者缺少氧气」，从而推翻了“原始汤”学说。 而在后文中，作者还详述了“黑烟囱”假说的构建过程和实验成果，再分析它的漏洞（比如，在“黑烟囱”的高温下，最稳定的碳化合物是二氧化碳，有机合成根本不会发生），用极致的雄辩推翻了该理论。 最终，作者提出了一种置信度最高的新理论——“碱性热液喷口”假说。这个新理论往往融合了旧理论中的部分思想（比如，“黑烟囱”产生的催化性金属的作用），在此之上提出新思路（比如，由酸碱差异带来的氢气还原电位差异，将导致氢气与二氧化碳自发反应合成有机分子）。 因此，这本书对我而言是一本颠覆之书。 它用逻辑和证据清空了不少我的错误认知，为我提供了新的可信理论，也提醒我需对陈旧的知识体系保持戒心。 当然，“碱性热液喷口”假说只是一个开始。 正如英文原名「The Vital Question」所示，本书回答了两个至关重要/关乎生命的问题： 1. 原始生命（从无机到有机）如何出现？ 2. 复杂生命（从原核到真核）如何出现？ 对第一个问题的答案可以归结为“化学渗透”四字，第二个问题的答案则是“线粒体”。而在此之上的终极答案，则是“能量”。 能量、化学渗透和线粒体，本书围绕着这三个关键词展开。 生命有两次跃升，一次是从无机到有机，一次是从原核到真核。这两次跃升的原因，无论是从基于基因信息的分子生物学，还是从致力于厘清物种亲缘关系的种系发生学的角度，都无法解释。 长久以来，研究者的注意力似乎都集中在外部环境对遗传信息的筛选上，却忽略了能量对生命的禁锢。以至于作者在后记中感叹道：「我们早就应该从能量角度研究演化了，这样的方法能为自然选择提供可预测的基础。」 生命有序性的达成，仰赖于能量的消耗（向环境释放能量），越复杂的生命，消耗越多的能量。并且这些能量的消耗必须是自发的。「所以追根溯源，生长的动力其实来自环境的反应性，这股力量源源不绝地流过活细胞；对我们来说是以食物和氧气的形式，对植物来说是以光子的形式。活细胞利用这股持续的能量流生长，克服自身趋于分解的倾向。」 可以说，能量流就是生命本身。 从无机物自发地变为有机物，需要越过一道能量的壁垒。 因此，当我们发现“所有生命都使用化学渗透来实现能量的供应和储存”这个略显诡异的现象时，就可以从中反思生命起源的能量形式了。 作者正是基于此，提出了“碱性热液喷口”假说。最早的细胞在热液喷口结构的薄壁之间诞生，那里的天然质子梯度引发质子的化学渗透，驱动碳代谢与能量代谢。只有在这种特异的环境下，生命才能跨越氢气与二氧化碳反应的能量壁垒诞生。 自发的能量流先于生命出现。生命诞生于这种特定的能量流形式——化学渗透之中，也将这种形式固化在了体内。 另一个诡异的现象是，在地球形成的5亿年后就出现了细菌，但在细菌出现后，生命演化却停顿了15亿至20亿年，直到真核生物的突然出现，生物复杂度和多样性迎来了爆发式的增长。 是什么让演化停顿了20亿年？这期间又是发生了什么，让真核生物降世并一跃成为霸主？作者将这个谜团称为「演化的黑洞」。 谜底依旧藏在“能量的禁锢”之中。原核生物只能在其细胞膜上合成ATP，其大小和基因复杂度都被有限的能量牢牢禁锢住。 化学渗透偶联的能量供给方式，促使了生命诞生，同时又禁锢了生命的发展。 复杂生命的出现，意味着一个罕见的、怪异的随机事件突破了细胞膜化学渗透偶联供能的限制，让细胞能量供应有了一个飞跃。 这个稀有事件就是两个原核生物之间的内共生，即一个细菌偶然间进入了一个古菌的体内。在平和的细胞液环境中，细菌为了加速繁衍而丢弃了大部分基因（基因复制能耗高、时间长）而成为线粒体，作为真核细胞的“能量工厂”而存在。 线粒体贡献的多余能量为细胞的大型化和复杂化提供了条件，而其抛弃的基因片段则与宿主古菌的基因融合，为真核生物的基因组复杂度提供了原材料。 当然，除了线粒体与宿主细胞之间，除了“无私的供应”，还有经年累月的战争。只有相互完美合作的线粒体基因和细胞核基因，才能让线粒体乖乖合成ATP而不出错。一个小小的误差，都将导致电子通路被打断，无法产能，于是细胞死亡。这也是复杂生命的性、衰老和死亡的原因。 作者在书的末尾这样写道：「死亡就是电子流和质子流的终止，是膜电位的停息，是从未间断的氧化还原火焰最终归于熄灭。如果说，生命不过就是一个电子寻找归宿的过程，那么死亡就是电子终于可以安息之时。……我们人类的生理与演化，完全依赖于火焰的继续燃烧，而火光也照亮了我们的过去与现在，种种不可索解之处。我们的头脑，宇宙中最不可思议的生物机器，被永恒的能量之流驱动，现在可以思考自身，追问生命为什么会是这样。这又是演化中何等的幸运！」 是啊，以能量流的角度看待生命，是多么的浪漫和有趣，我们得以进行这种思索和追问，又是多么的幸运！ 如果你竟然读到了这里，那么你应该可以感受到，这是一本极为硬核的科普书籍。 作者在绪论中就毫不讳言：「我会避免不必要的行话，有时也会简单解释某些术语，但除此以外，我希望读者自己能尽快熟悉反复出现的科学术语。」 为此，作者附上了长长的术语表和391篇参考文献来帮助外行的读者朋友。在此后的行文中，作者也的确做到了用一个又一个的科学术语猛烈冲击读者的大脑。 因此，阅读这本书的最佳方式，是找到一段完整不被打断的时间和一个舒心但不易睡着的姿势，捧起这本装帧精美的厚书，做好心理准备，迎接作者理论对大脑神经的狂轰滥炸。而这种高密度、高质量的轰炸，将成为一种极致的享受。 正如译者所说：「这才是莱恩的力量所在：极端锐利的思想，以穷幽极微的科学细节和深厚的思辨功底大力投出，冲击读者的头脑。……大脑喜欢两种“毒品”：新的信息；严整的逻辑与秩序。莱恩的作品从不缺乏这两者。在《复杂生命的起源》中，两者都呼啸而来。」 |
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