简介
英国皇家学会科学图书奖和生物化学学会奖得主全新力作
从生物能量学新探简单细菌一跃变成复杂真核细胞的内共生事件
追问40亿年间生命到底为何这样演化
◎ 编辑推荐
☆一次异乎寻常的偶然事件，
一段走向必然的演化路径
☆地球生命是否是宇宙中绝对孤立的存在？
星际间是否还在默默 推进其他演化试验？
☆从回顾式的历史描述，到可验证的科学预测，
一场不亚于又一次生物学革命的生命起源雄辩
◎ 内容简介
地球生命在地球形成约5亿年后就已出现，然而在这之后的20亿年内，生命一直停滞在简单的细菌水平。在大约20亿~15亿年前，一种拥有精细内部结构和空前能量代谢水平的复杂细胞一跃而出。这份复杂性遗传给了大树和蜜蜂，也遗传给了人类中的你和我。我们与蘑菇有着天壤之别，但在显微镜下观察到的细胞又如此相似。从有性生殖到细胞衰老再到细胞凋亡，复杂生命共有的一套细胞特征在不同的物种间有着惊人的相似程度。生命为什么是现在这个样子？在40亿年的漫长岁月中，从简单的细菌到令人敬畏的复杂生命，这样的演化飞跃事件为何只发生了一次？不得不承认，在生物学的核心地带，横亘着一个巨大的认知黑洞。
生命究竟为何沿着这么令人困惑的路径演化？生物化学家尼克·莱恩从生物能量角度，交给了我们一把有望解开生物起源之谜的钥匙。怪异的生物能量生产机制从各方面限制了细胞，而一次罕见的一个细菌入住到一个古菌体内的内共生事件，打破了这些限制，使得复杂细胞的演化成为可能。看似偶然发生的单次事件，却因为能量的约束而必经一种演化历程，许多最重要也最基础的生命特征，也由此可以通过基本的生物化学规律进行推断。我们在演化过程中取舍权衡生殖力和年轻时的健康，换来衰老和罹患疾病的代价。生命的起源、人类的健康乃至生死，都可以从能量角度重新发问。
◎ 媒体推荐
对生命起源令人叹为观止的追问。这本书让我折服。
──比尔·盖茨
近年来出版过的最深度、最有启发性的生命史著作。
──《经济学人》（Economist）
莱恩的理性推论如果是正确的，那将和哥白尼革命一样重要。
──彼得‧福布斯（Peter Forbes），《卫报》（Guardian）
一本大胆、雄辩式的、充满自信的作品……莱恩是很稀有的物种，一个可以用明晰、清楚的文字解说生物学中令人困惑的复杂性的科学家。
──亚当‧卢瑟福（Adam Rutherford），《观察者报》（Observer）
几乎快要成功地解开生命的演化之谜，这本书的深度可以对任何一个古老哲学家的大脑产生冲击。
──马特‧里德利（Matt Ridley），《泰晤士报》（The Times）
关于生命新理论的绝顶高超的综合。
──克莱夫‧库克森（Clive Cookson），《金融时报》（Financial Times）
创新科学的杰作。
──菲利普‧鲍尔（Philip Ball），《展望》（Prospect）
◎ 获奖信息
★入围前一百本“坪山自然博物图书奖”
作者介绍
尼克·莱恩（Nick Lane），演化生物学家，英国伦敦大学学院教授。他的研究方向为演化生物学与生物能量学，聚焦于生命的起源与复杂细胞的演化。他还是伦敦大学学院线粒体研究学会的创始成员，也是生命起源研究计划的项目领头人。2010年，他以《生命的跃升》荣获英国皇家学会科学图书奖。尼克本人因为在分子生物学研究上的卓越贡献，于2015年荣获英国生物化学学会奖。他不仅深耕自己的学术研究领域，还孜孜不倦地参与公众科学普及。2016年，尼克因为在科学传播上的深入付出而荣获英国皇家学会迈克尔·法拉第奖章。
◎ 译者简介
严曦，科普作者，科幻作者，职业翻译。毕业于清华大学电子工程系。2012年发表科普系列《化学渗透》，是国内首批介绍尼克‧莱恩科学思想的科普作者之一。
部分摘录：
为什么生命会是这样？ 在生物学的核心地带，存在着一个未知的黑洞。坦白说，我们不知道生命为什么是现在这样。地球上所有的复杂生命拥有一个共同祖先，它从简单的细菌演化而来，在40亿年的漫长岁月中只出现了一次。这究竟是一个反常的孤立事件，还是因为其他的复杂生命演化“实验”都失败了？我们不知道。已知的是，这个共同祖先一出场，就已经是一个非常复杂的细胞。它的复杂程度，与你身上的细胞不相上下。这份复杂性遗产传给了你我，也传给了其他所有后代，从树木到蜜蜂。你可以试试在显微镜下观察自己的细胞，并和蘑菇细胞比较。二者几乎无从分辨。我们与蘑菇的生命显然天差地远，那么，为什么我们的细胞却如此相似？而且并不只是外观相似，所有复杂生命都有同一套细胞特征，从有性生殖到细胞衰老再到细胞凋亡，其机制之精巧复杂，与物种间的相似程度同样惊人。为什么这些特征会在我们的共同祖先身上积聚？为什么在细菌身上却找不到这些特征独立演化的痕迹？如果这些特征是通过自然选择微步演化而来，每一小步都带来一点点优势，那么为什么类似的特征没有出现在各类细菌中？对这些问题的探讨可谓众说纷纭，但学界至今没有给出令人信服的解释。
这些问题反映了地球生命奇特的演化轨迹。生命在地球形成约5亿年后就已出现，距今大约40亿年。然而，此后的20多亿年中，也就是地球历史一半的时间，生命一直停滞在细菌水平。直到40亿年后的今天，细菌仍然保持简单的形态，虽然它们发展出丰富的生物化学代谢能力。所有形态复杂的生物，包括植物、动物、真菌、藻类和阿米巴原虫等单细胞原生生物，与细菌形成了鲜明的对比。它们是同一个祖先的后代，这个祖先大约于20亿～15亿年前出现，从外形到内在都是一种“现代”细胞，拥有精细的内部结构和空前的能量代谢水平。所有这些新特征，都由一套复杂的蛋白纳米机器驱动，由数以千计的新基因编码，而这些基因在细菌身上几乎从未发现。在复杂生命的共同祖先与细菌之间，没有现存的演化中间型，没有“缺失环节”来揭示为什么这些复杂的特征会出现，以及它们是如何演化的。在细菌的简单与其他一切生命令人敬畏的复杂之间，只有一片无法解释的空白。一个演化的黑洞。
人类为什么会遭到各种疾病的侵袭，这是一系列复杂到无法想象的问题。为了寻求答案，人类每年都会在生物医学研究上投入巨额的金钱。我们现在对基因和蛋白质的关系、对生物调节系统之间的反馈互动，都掌握了海量的细节。我们建立了精密的数学模型，设计了计算机模拟程序，以信息化的方式来重建这些生物过程。然而我们仍然不知道，所有这些生物组件都是如何演化而来的！如果我们不知道细胞为什么是这样运行的，又如何能指望理解疾病呢？不了解历史，我们就不可能理解一个社会；不了解细胞的演化史，我们就不可能理解细胞的运作方式。这些问题不仅有重要的实用意义，它们本身也是人类要面对的终极问题：我们为什么会存在？是什么样的法则创生了宇宙、恒星、太阳、地球，以及生命本身？同样的法则是否也在宇宙中的其他地方创造了生命？外星生命是否和我们相似？诸如此类的形而上之问，关乎我们何以为人的核心。然而，自人类发现细胞350年之后，我们仍然不知道地球生命为什么会是这样。
读者你可能还没注意到人类在这方面的无知，这不是你的错。各种教科书和学术刊物上满载科学信息，但绝大多数都不会探究这种“幼稚”的问题。我们被互联网上各式各样、良莠不齐的信息淹没，难以辨别它们的真伪与用途。但这不仅仅是信息过载的后果，就连生物学家自己，对这个专业领域中心的黑洞，也没有多少清醒的认识。绝大多数生物学家忙于研究其他问题。大多数学者研究大型生物、特定的动物或植物，少数人研究微生物，更少数的人研究细胞的早期演化。另外，生物学界还要担心神创论者和智慧设计论的攻击。他们担心：承认科学家不知道所有的答案，也许会让反演化论者乘虚而入，让他们嘲笑自己对演化实际上一无所知。这种担心其实毫无必要，我们对已经掌握的知识很有信心。生命起源和早期细胞演化理论能够解释海量的事实，与其他科学知识严密符合，能对未知的生物学关系进行预测，并且经得起实证检验。我们对自然选择机制，对另一些塑造基因组的随机过程都理解得非常充分。所有这些事实，都能与细胞的演化理论互相印证。然而，我们对事实的高度掌握恰恰凸显了一个问题：我们不知道为什么生命会以如此奇特的路径演化。
科学家是充满好奇心的人，如果这个问题确实像我说的这么严峻，它本应该广为人知。然而实际情况并非如此，科学界对这个问题的意识远没有明确。现有的各种解释互相争论，但大都晦涩难懂，反而掩盖了问题本身。另一个难点在于，问题的相关线索分散在众多不同的研究领域之中：生物化学、地质学、种系发生学、生态学、化学和宇宙学。几乎没有人能成为所有这些领域真正的专家。生物学现在正处于“基因组革命”的进程之中，我们掌握了成千上万种生物完整的基因组序列，包含亿万数位的代码。在这些数字化的生物信息中，从远古遗留至今的线索经常互相矛盾，令人迷惑。对这些数据的解读要求研究者拥有精深的逻辑、计算和统计技能，生物学上的理解反倒被挤到了从属地位，“有当然好，没有也无大碍”。大数据研究方法的迷雾在我们周围涌动，争论交缠。每当稍稍拨开迷雾，更加离奇的新课题就会涌现。科学家曾经的自信从容逐渐消失，我们现在面对着一幅崭新的生物学场景：真实、严峻、令人不安。然而，从一个研究者的角度来看，能够发现一个重要的新课题并寻求答案，非常激动人心！生物学中最大的问题还有待解决，本书正是我起手的尝试。
细菌和复杂生命有什么样的关系？早在17世纪70年代，荷兰科学家安东尼·列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek）在自制的显微镜下发现微生物时，对这个问题的初步研究就开始了。他镜头下生机勃勃的“微型动物”，让当时很多人都难以置信。但这些生命的存在，很快被同样天才的罗伯特·胡克（Robert Hooke）再次证实。列文虎克还发现了细菌，他在1677年那篇著名的论文中写道：它们“小到令人难以置信；以我视野中能看到的估计，100个这样极其微小的动物排成一行，宽度也超不过一粒细砂；如果我的估计正确，那么一百万个加起来，也不会比一粒细砂重”。不少后世的研究者怀疑，列文虎克是否真的用他简单的单镜头显微镜观察到了细菌。现在已经没有争议：他确实做到了。可以通过两点证明：首先，他发现细菌无处不在——雨水中，海水中，并不仅仅在自己的牙齿上才能找到；其次，他通过敏锐的直觉发现了两种微生物的区别，一种被他称为“非常微小的动物”（即细菌），另一种则是“巨大的怪物”（实际是单细胞的原生生物，protists）。他区别二者的依据，在于观察到后者旺盛的运动行为和“小脚”（纤毛）；他甚至注意到有些较大的细胞由多个小“液泡”组成，并与细菌进行了比较（当然他用的不是这些现代术语）。几乎可以肯定，列文虎克在这些液滴中观察到了细胞核，即所有复杂细胞贮藏基因的地方。接下来，关于这个课题的研究停滞了几个世纪。在列文虎克发现微生物50年后，著名的分类学家卡尔·林奈（Carl Linnaeus）把所有微生物不加区别地分在Vermes门（意为“蠕虫”）的Chaos属（意为“无形状”）。到了19世纪，与达尔文同时代的德国演化论学者恩斯特·海克尔（Ernst Haeckel）才再次确认微生物之间存在重大差别，并把细菌与其他微生物区分开来。20世纪中期以前，关于细菌的生物学认知没有多少进展。