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生命之源:能量、演化與複雜生命的起源

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內容簡介

在地球上出現的生命形式,到底是一個偶然,還是宇宙定律下的必然?

  「假若,連恩教授所建構的思維體系是正確的話,
  它將有如哥白尼革命一般的重要,甚或更為驚世!」


─程延年

  繼《生命的躍升》、《能量、性、死亡》後,
  生化學大師尼克‧連恩(英國倫敦大學學院榮譽教授)又一力作
  窮盡一生對生命如何發展而成的大哉問

  什麼是生命?
  什麼是「活著」?
  複雜生命又是如何演化而來?

  ◎吳大猷銀籤獎名譯家梅苃芢最新譯作
  ◎2016比爾蓋茲夏日選書
  ◎2015經濟學人年度選書
  ◎2010英國皇家學會科學圖書大獎、2015年英國生化學會獎得主最新作品

  從幾萬英呎的高空到深不見底的深海海溝,我們的地球到處都充斥著生命。然而,生物學的核心卻是一個亙古難解的問題:複雜生命哪裡來?或者,換句話說,生命最初又是如何開始的。大師級生化學家尼克連恩則在本書中針對此問題提出解答。

  第一個原始生命誕生之後,長達二十五億年的時光,這些單細胞生物基本上並無多大改變,仍維持原核型態。然而,在這生命演化的四十億年時光裡,僅僅一次,生命出現了跳躍性的成長,發展出前所未見的複雜性。在這之後所有的複雜多細胞生物,從香菇到人類,不僅出現令人費解、不同於原始細菌的生物特徵,如有性生殖、細胞凋零等,更甚,若是在顯微鏡下檢視這兩者的細胞,除了香菇有細胞壁之外,其他真核細胞的特徵皆一應俱全,無法輕易分辨兩者。為什麼只有真核細胞可以有這麼多樣的演化?以及,為什麼這樣激烈的演化是如何、又為何發生的呢?

  尼克連恩認為答案在於「能量」:地球上所有生命的代謝與存活皆需要耗費相當高能的能量。連恩以進化論為基礎,結合了前沿研究當中能量轉換與細胞生物學的關係,從中討論生命的起源到多細胞生物的出現,並提供一個嚴謹的論證,同時加深我們對於「活著」與「死亡」在生物意義上的見解。

  既嚴謹又豐富,本書對生命起源的問題提供了一個解答,這個解答也可以幫助我們思索,在地球上出現的生命形式,到底是一個偶然,還是宇宙定律下的必然?

  ●封面設計

  封面用紙為梧桐美術紙,展現生命如珍珠般潤澤的光芒。主圖為真核生物最近共祖,莉卡(the Last Eukaryotic Common Ancestor, LECA),部份上光勾勒出細胞質的形象,其中的細胞核以及內質網等融合了太陽以及海洋、潮水、閃電等能量釋放的意象,展現本書演化與能量和地球環境相生的主題。

  設計師並且巧奪天工的在莉卡上暗壓了「生命樹」的白色輪廓,表示這世上各色千萬的複雜生命皆來自其同一起源。

名人推薦

  古生物學專業審定│程延年
  演化生物學專業審定│顏聖紘
  推薦序│黃貞祥

專業推薦(按姓氏筆畫序)

  王弘毅/臺灣大學臨床醫學研究所教授
  李家維/《科學人》雜誌總編輯
  林大利/特有生物研究保育中心助理研究員
  林仲平/國立台灣師範大學生命科學系教授
  林勇欣/國立交通大學生物資訊所副教授
  邵廣昭/國立台灣海洋大學講座教授、中研院生物多樣性研究中心兼任研究員
  孫維新/國立自然科學博物館館長
  徐堉峰/國立臺灣師範大學生命科學系教授
  高文媛/國立台灣大學生態學與演化生物學研究所教授兼所長
  陳濟民/國立臺灣博物館 館長
  彭鏡毅/中央研究院生物多樣性研究中心前研究員兼博物館主任

各界好評

  「尼克連恩藉由縝密的科學推論提供了生命的一覽圖。他的寫作清晰,如同簡潔有力的散文,然而其中卻滿盈著科學的深度,讀者將會被其生物學的驚人觀點給深深滿足」──《紐約時報》

  「如果我是一個有錢的男人,我會買下所有的刷次,然後贈送給要念生物學的每一位大學新生。」──《Microbe》雜誌總編輯

  「他是一個原創的研究者與思想家,也是一名充滿熱情和理想的教育者。他的理論如此高明,範圍驚人,且深具挑戰性……若此理論正確,尼克連恩將如同哥白尼同等重要。」──英國《衛報》

  「一個生命形成的新理論。」──英國《金融時報》

  「比起其他的書,此書有著最令人信服的生命起源的過程推論……連恩從一個細胞獲得能量的角度出發,到為什麼有「有性生殖」和「老去」,以深入了解生命這個問題的各種層面。」──《The Economist Intelligent Life》

  「改變生物學觀點的書……應該要有更多人知道這個觀點。」──比爾蓋茲

  「近年來,對於生命的演化史最深且最有啟發性的作品。」──《經濟學人》
 

作者介紹

作者簡介

尼克‧連恩


  連恩為演化生化學家,目前為英國倫敦大學學院的榮譽教授。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線粒體研究學會的創始成員,並領導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多國語言。2010年,他以《生命的躍升》獲得科普書最高榮譽──英國皇家學會科學圖書大獎,而他的另一本著作《能量、性、死亡》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《經濟學人》提名為年度好書。連恩對於生化學和演化生物學的貢獻在2015年更獲得英國生化學會獎肯定。連恩現定居於倫敦,關於更多他的資訊,請造訪他的個人網站:www.nick-lane.net

譯者簡介

梅苃芢


  台大公衛系畢業,巴黎第七大學免疫學博士,曾任美國國家衛生院博士後研究員,現旅居巴黎,任巴斯德研究所研究員。平日喜歡閱讀、寫作、吃美食以及遊山玩水。曾以譯作《生命的躍升》獲得吳大猷銀籤獎。
 

目錄

審定序 生命為何物?大哉問! 程延年 5
審定序 生命演化的開源舞台 顏聖紘 11
推薦序 生命之源的大躍升 黃貞祥 14
推薦短語19

序論 為何生命會是這樣地存在? 27

第一部 提問 49
第一章 什麼是生命? 51
第二章 什麼是活著? 97

第二部 生命的起源 143
第三章 生命最初的能源 145
第四章 細胞的崛起 189

第三部 複雜性 233
第五章 複雜細胞的誕生 235
第六章 性,與死亡的起源 283

第四部 預測 341
第七章 力量與榮耀 343

跋文 來自深海 401

術語表 415
致謝 429
延伸閱讀 439
圖說列表 498
中英對照表 505
 

審定序

生命為何物?大哉問!
程延年


  五年前,受邀為《生命的躍升︰四十億年演化史上最重要的十大關鍵》審定,並撰寫了序文「窺探新視窗,驚艷新十大」。全書十章,從「生」︰生命的起源,來自旋轉地球之外;到「死」︰死亡,是不朽的代價。一以貫之,讓人驚艷!時光荏苒,五年一瞬。再度受貓頭鷹書房之邀,審定本書,撰寫另一帖序文「生命為何物?大哉問!」。猶記去年十月下旬,我在倫敦「劍橋書屋」,手捧著剛出爐的原版硬皮精裝本。深秋迷霧,一股暖意湧上心頭。這本書封面,黑皮搭配反白與翠綠字樣,浮現一株蕨類的捲曲嫩芽,美極了!三百六十頁的大書,成為我案頭上常置的一片風景。

  科學家中,眾多隱士高手,沉迷於「登山」,攀大山。超越巔峰,數十年如一日,持續夢想著征服心目中珠穆朗瑪峰的聖山,一探生命中最神祕的國度!本書《生命之源》(The Vital Questions)登峰造極,兩種版本的副標題,分別標示英倫版富詩意的《生命何以如是現身?》(Why is Life the Way it is?);美國版本,則是散文式、平鋪直敘、自我詮釋的《能量、演化與複雜生命的起源》(Energy, Evolution and the Origins of Complex Life)。當絕大多數研究學者,焦點在DNA遺傳密碼,探究這群複製分子到底如何演化?連恩教授則慧眼獨具,直言︰笨蛋,是能量啊!生命本質,是細胞中的代謝化學,以及穩態的汲取養分,排出廢棄物質。沒有能量的「訊息」是一無用處的,就像是拔掉插頭的電腦,訊息將無法啟動執行任何事!這位倫敦大學學院的大師,花費二十年的時光,建構他的「生命的大能量」理論,誠然是原創研究者,思考大家,耐性十足。更讓人欣羨的,他也是具有獨特品味、風格的一位科普作家。在作者、科學本質,與讀者的三角關係中,連恩教授文筆清晰、易懂─即令,科學本體所探究的是更為深奧迷離;而讀者,將會在這趟攀登之旅中,驚艷於那出人意表的、非傳統式的生命科學新觀點,並且肯定會受益匪淺。

  岩石、空氣與水,如何在「原湯」的初始地球,相互併合,崛生出最雛形的生命形式─生命何以如是現身?為什麼「複雜」的生命(像是動物與植物),演化自單一個祖型細胞?並且,在我們星球中,就僅僅演化出現一次?是必然抑或偶然?為什麼有「性」?而且僅存有兩性,而非三性,或多性別。為什麼我們會年華老去,會凋零,最終面臨肉身死亡?這中間,最核心的概念是︰「複雜生命」到底是如何崛生而起的?在地球上,生命演化的悠長歷程中,三分之二至五分之四的亙古美麗幽靜時光,是那一群「形式上簡單」的細菌所寡占、統領。讓人驚異的是,牠們卻呈現了生物化學上不可思議的多樣性,存活在各種極端的環境中。然而,細菌卻從未曾演化出「單一細胞」以上、更複雜的生命形式!為什麼?有關「生命起源」的議題,長久以來,可以視為「搖椅上的喃喃自語」─我們或許永遠不會知道,因此,不會太嚴肅的正視!我們或許依然想像它被監禁在暗室的牢籠中,沒有證據會浮現。這將是大錯特錯!近二十年來,強而有力的證據,在不同領域中崛起、一一浮現─跨界於遺傳學、地質學、生物化學與分子生物學。而這本書,提呈了所有堅實的證據,並且跨界、整合、串聯各項理論,緊密嫁接,將會面對著具備更寬廣知識背景的讀者群。假若,連恩教授所建構的思維體系是正確的話,它將有如哥白尼革命一般的重要,甚或更為驚世!

  連恩教授追隨著威廉.馬丁博士,這位演化生物學家的印記,指出在數十億年前,一次偶然、意外的內共生作用(房東與房客的糾葛),在演化大樹上,造就了互相融合、而非分支的新結局。新房客提供了「能量」的租金,房東(宿主)交換了穩適的床位。房東/房客利用額外的收入,得以承擔更為複雜紅塵的投資。雙棲雙宿,牠們存活、繁衍、複製,並且演化。這個新房客,人們稱呼它為「線粒體」(在植物中,牠們變身為葉綠體)。每個細胞中,富含上千個能量的工廠,複雜細胞的每一個基因,擁有了加倍(至二十萬倍)的能量!生命布妥了舞台,形成了更大的基因體與無礙的演化大道。連恩教授針對生命起源的大哉問,又如何獨創嶄新的概念?他揚棄傳統、經典,那一汪「溫暖小池塘」,達爾文式的臆測─無生命物質,經由一道閃光雷擊,絕無可能融合成大分子,一如一堆的磚頭,經由一場暴風雨,無法建構起一個房子!連恩追隨先驅地質學家麥克.羅素教授洞見的洋底岩層,那兒有著炙熱、煉獄式、富含礦物質的水域─序列布陳的「深海熱液噴發口」。能量源源不絕的,來自地殼內部,富含各種養分。更重要的是,自然溫度與能量梯度,正適合於大分子的形成─一堆磚塊,終將在漫漫百萬年計的「地質時間」中,終於有可能形成一間適居的房子!更進一步,探針深入了更深奧的內情。生命,崛生於深海一個自然的「質子梯度-質子動力學」,連恩宣稱,一如DNA的宇宙遍存,質子梯度必然是一個「宇宙遍存的特質」,是生命最初始可能的搖籃!

  解析生命攸關的重要問題,全書分成四部,七章(加上首尾,概說與跋文)。第一部,提問,提二問︰何謂生命?何謂活著?第二部,生命起源,探二事︰生命初始的能量之源與細胞的崛生(emergence)。第三部,複雜性,解二謎︰複雜細胞(所謂真核生物群)到底如何崛生的?性與死亡到底如何源起發生的?第四部,終曲預言︰讚頌能量的大力與壯闊,建構起「生命大能量」理論體系。最後跋文,以太平洋一千兩百米深海下,依附熱液噴發口的一顆獨特「細菌」─名之為「明神丘准核細胞」(Paralcaryon myojinensis)的神奇小傢伙為終結誘餌。喃喃自語的日本科學家們,無止盡的拚搏,再次興起攀登另一座聖母峰的迷戀。

  我是「分子生物學」這門顯學的門外過客,專情於「化石生物學」的領地,觸探「演化論」的聖殿。貓頭鷹編輯部邀我審定尼克.連恩(Nick Lane),當今一代宗師的兩本大書的中譯本,膽子也夠大了。更有甚者,我不揣淺陋,貿然應允,接下重擔,更是斗膽!唯一能夠編織出的理由,是我鍾情於「什麼是生命?」這個從科學(古生物學的化石追尋)、到宗教、到哲學三域的迷人議題。陋室「冥古書齋」的左面書桌的案頭上依舊擺著《僧侶與哲學家─父子對談生命意義》(一九九七);與《令人著迷的生與死─耶魯大學最受歡迎的哲學課》(二○一二)。轉身到右面大書桌上,堆疊著幾本大書,依序︰從薛丁格,這位頂著諾貝爾桂冠的大師的《薛丁格生命物理學講義:生命是什麼?》(What is Life? & Mind and Matter,一九四四)─那是先驅,鼻祖式提問並定調的經典著作!半個世紀後,洛夫洛克《Gaia: The Practical Science of Planetary Medicine》(一九九一),蓋婭假說,創新提出了地球演化與生命演化的互動共生關係。接續另一位傳奇大師人物馬格麗斯與薩根合著的《What is Life》,提出了內共生假說,振聾啟聵,被頌揚為「夢想不到的哲學」。而我,身為地質學者出身,對於地質學家華德與天文學家布朗尼合著的《珍稀地球》(Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe,二○○○)格外關注,曾受邀撰寫了推薦序文《我們是宇宙間的孤兒嗎?》。生死為何物,直叫我沉醉。生命如何誕生、著陸於這顆藍色星球,更讓人著迷!往右移位,書架上直立擺置的,正是英國首屈一指的生化學家連恩教授的四本著作精裝原版與中譯本並陳。這幾本傳世經典,獲獎無數的科普書,已有超過二十國不同語文的譯本─從二○○二年問世的《氧︰建構世界的分子》;到二○○五年的《能量、性、死亡︰線粒體與我們的生命》;到二○○九年出版《生命的躍升︰四十億年演化史上最重要的十大關鍵》;到最新這本《生命之源︰能量、演化與複雜生命的起源》。

  本書譯筆高妙,在譯者專業背景指引下,「信、達、雅」三者,至少得其二。正值報載台灣出版產業、產值,近五年來不幸腰斬。國人平均每年、每人閱讀書籍少於四本的窘局下,禮失則求諸野,「貓頭鷹」堅守初衷理念,推出科普系列─非新潮、非流行,非一目十行、過目即忘的淺薄書。我衷心期盼喜愛閱讀的讀者們若有所得,咸從捧手。這是一本攀登大山的好書!正襟危坐,閱讀它!
 

詳細資料

  • ISBN:9789862623107
  • 叢書系列:貓頭鷹書房
  • 規格:平裝 / 528頁 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

序論 為何生命會是這樣地存在?
 
在生物學的核心議題,有一個黑洞。直白地說吧,我們其實不知道,為什麼生命,是以今日這樣的形態,存於世上。今天地球上所有的複雜生命,都來自一個共同的祖先;那是一顆從簡單細菌祖先所演變出來的細胞;在整整四十億年的時光中,只有過這麼一次偶然的機緣。這只是某個瘋狂的意外?抑或是大自然其實還做過其他複雜生命的演化實驗,但全都以失敗告終?我們不得而知。但是我們知道,這個所有生命的共祖,已經是一個非常複雜的細胞了。它有著跟你的細胞差不多一樣的複雜性,而且它把這個複雜性,不只傳給了你跟我的細胞,還傳給了其他所有後代,從樹木到蜜蜂都是。你可以在顯微鏡下面,試著分辨自己的細胞跟香菇的細胞。你會發現,它們長得幾乎一模一樣。但是我們長得一點也不像香菇呀,那為什麼我們的細胞卻如此相似呢?而這,不只是外形相似的問題。所有複雜生物的細胞,都共享著數種非常精巧、令人咋舌的特徵,諸如有性生殖、細胞自殺以及老化。然而這些特徵,在細菌身上,卻完全沒有可以相比擬的行為。關於「為什麼這些獨一無二的特徵,會全部聚集在我們那個祖先細胞身上?」或是「為什麼這些特徵,並沒有在細菌身上,獨自演化出來?」這些問題,學界並沒有統一的答案。如果說,這些特徵,都是透過天擇所篩選出來,而天擇的原則,就是每一代都略有差異,而且每代都比上一代更優秀一點,那麼為什麼類似的特徵,卻沒有在其他的機緣下,在各種不同的細菌族群中演化出來呢?
 
這些問題,其實凸顯出了,生命的演化在地球上,所遵循的是一條極為獨特的軌跡。生命在地球誕生約五億年之後出現,大概是四十億年以前,但是之後它的複雜程度,就卡在細菌等級,卡了超過二十億年,這已經差不多是我們地球年齡的一半了呢。細菌的外形,在這整整四十億年裡面,都跟剛開始出現時一樣簡單(但是它們的生化反應,可一點也不簡單)。相反的,所有外形複雜的生物,包括所有的植物、所有的動物、真菌、海藻,以及我們稱為「原生生物」的單細胞生物,像是變形蟲之流,全部都是從約十五到二十億年前,同一個祖先所繁衍出來的。

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