牛津科普系列：【生命起源】 限时特惠包邮 ￥ 36.8 （ 原价￥68 ）， 2024年3月7日活动结束。
我想以一个挑战性的问题开篇：为什么每个人都应该了解生命的起源？答案因人而异，而最简单的答案是好奇心。但凡阅读过本书引言的人都会产生好奇心，因为他们会疑惑地球上的生命究竟是如何产生的，其实生命的故事远不止这些。我的朋友斯图尔特·考夫曼(Stuart Kauffman)写了一本名为【宇宙为家】(At Home int he Universe)的书。当我们开始了解我们地球上的生命与宇宙的其他部分有怎样的关联时，【宇宙为家】这个书名就给予了我们一种深深的满足感。当我们真的发现这些联系时，更会有一种惊喜和受到启发的感觉。比如，活细胞主要由6种元素组成。当你深入阅读本书时，你会发现你体内的氢原子已经有137亿年的历史了，就像宇宙那般古老，而其余的原子是在50亿年前在恒星中合成的。地球上的生命只是从宇宙中短暂地借用这些原子，然后又归还宇宙。
我们还要考虑一个实际问题。好奇心驱动的研究可以满足对科学问题的好奇心，我们的发现有时会产生有价值的副产品。在这方面，我自己的经验是尝试制作一个原始细胞的实验模型。我们需要找到一种方法，让ATP(腺苷三磷酸)分子穿过细胞膜，这样包裹在脂质囊泡中的酶就有能量来合成RNA(核糖核酸)。几年后，我们找到了一种方法，即DNA(脱氧核糖核酸)纳米孔测序。经历了发现和发明的周期过程，现在回到基础研究中，因为我们可以利用已建成的纳米孔装置来搜寻除地球外太阳系其他地方的生命。
天体生物学帮助我们理解生命如何起源
1924年，亚历山大·奥帕林(Alexander Oparin)在一本俄文版的书中首次提出了有关地球生命如何起源的假说，随后，J.B.S.霍尔丹(J.B.S. Haldane)于1929年发表了一篇短文。两人都认为，生命的起源可以从化学的角度来理解。自那以来，这种观点一直引导着人们的研究。然而，天体生物学这一新兴学科将我们的视野扩展到了地球及其生物圈之外。天体生物学建立在不断增长的关于行星、恒星、星系甚至宇宙起源的知识的基础之上。我们现在已经很清楚地球是如何成为一颗适宜居住的行星的，以及为什么生命可能分布在我们的银河系中。银河系拥有1500多亿颗恒星和行星，其中一些肯定是适合居住的。
关于生命如何起源，存在许多未解之谜，我们用了许多方法将这些谜团拼合成一张「大图」。有些图基于化学和物理定律能很好地拼合起来。有些人根据对今天地球和太阳系其他天体的观察，对40亿年前的地球是什么样的提出了非常好的假说。但在我们的知识中仍然存在巨大的空白，这是由于科学家对于貌似可信的假说有着截然不同的观点。例如，代谢和基因的出现孰先孰后？蛋白质和核酸呢？大多数人赞同液态水是生命出现的必要条件，但这种液态水是海底热液还是新形成的陆地上的淡水呢？首先，让我们看一下科学家在研究这类问题时是如何寻求答案的。
想法、猜想、假设和理论有什么区别？
每个人都有想法，如一句老话所说，想法一毛钱一打。想法如此普遍的原因是，人们通常乐于思考问题并提出可能的答案。猜想是一个充满想象的词，是试图解释特定事物的一种复杂想法。即使一个猜想听起来可能是合理的，它也可能缺乏一个坚实的事实基础。马克·吐温在他的【密西西比河上的生活】一书中写道：「科学有其迷人之处，人可以从微不足道的事实投资中得到如此大的猜想回报。」当谈到生命的起源时，马克·吐温的洞察力直击要害：很少有事实，却充斥着猜想。马克·吐温是一位伟大的作家，但他不是科学家。在他生活的年代，已经有一些开拓型的科学家开始使用一种称为科学方法的工具来探索物理和化学奥秘。
什么是科学方法？
我们大多数人在高中时学过科学方法，科学方法通常被定义为包括五个步骤的过程：(1)观察；(2)感知一个有趣的问题；(3)提出一个假设；(4)通过实验或进一步观察检验假设；(5)根据结果确定假设是否正确，或至少确定假设是否具有解释力。如果假设是有意义的，可以被其他人重复验证，并形成一种共识，那么该假设就可以成为一种理论。
这听起来像是理解我们所生活的世界的一种合理方法，但在现实生活中，至少对于生命起源研究而言，这个过程是相当混乱的。我们不懂的东西太多了，以至于每个研究人员对总体情况只有一个模糊的概念，而一个人的想法常常与其他人的想法相矛盾。我们可以确信生命的起源发生在物理和化学的守恒定律的框架内，所以科学方法的目标是利用这些定律来填补我们知识的巨大空白，也许有一天我们可以理解生命是如何起源的。
生命可以定义吗？
对于一个可以用一句话来表述的辞书式的生命定义，人们的意见并不一致。原因是细胞作为生命的单位，是由分子结构及过程组成的系统，而每个系统对于生命体的整体功能来说都是必需的。但是，我们可以列出一般属性，然后以这样一种方式描述单个结构和过程，当把它们放在一起时，它们也只适合某些有生命的东西。这也许是尽我们所能可以做好的事情，所以，这里列出一些一般属性，以及定义地球上细胞生命的12种特殊属性。
一般属性
活细胞是由聚合物封装而成的系统，利用环境中的营养素和能量来实现以下功能：
酶催化新陈代谢
催化聚合生长
通过遗传信息控制生长
遗传信息的复制
分裂成子细胞
突变
进化
特殊属性
(1)一个活细胞由2种基本的被膜状结构物包裹着的高分子聚合物组成。这2种聚合物由6种主要元素组成，简称CHONPS，即碳、氢、氧、氮、磷和硫。
(2)一种聚合物包括蛋白质，既可以是结构性的，也可以具有酶催化剂功能。另一种聚合物称为核酸，其单体序列中包含遗传信息。
(3)蛋白质的单体含有20种不同的氨基酸，核酸的单体包括8种不同的核苷酸，其中4种组成DNA，另外4种组成RNA。
(4)活细胞需要外部环境的营养来源。
(5)活细胞需要一种能量来源，如光或营养素中的化学能。这些能量被用于驱动代谢反应，将营养素转化为生命所需要的化合物。
(6)聚合作用不是自发产生的，而是需要能量驱动。作为新陈代谢的结果，蛋白质和核酸的单体在其结构中添加了化学能，从而使酶将它们结合在一起成为聚合物。
(7)酶催化蛋白质和核酸的合成，该过程受核酸聚合物中遗传信息的控制。蛋白质是由称为核糖体的细胞器合成的。
(8)作为聚合作用的结果，细胞生长并复制含有遗传信息的聚合物。
(9)被称为DNA的核酸可以在酶催化的过程中被复制。
(10)在生长过程中的某个时刻，具有复制遗传信息的功能的细胞分裂并繁殖。
(11)在复制过程中会由于误差而产生突变，因此种群(如培养中的细菌)中会有单个细胞的基因组发生变异。
(12)一些变异提供选择优势，这些变异细胞及其后代得以存活，而那些缺乏优势的细胞则被淘汰。这个过程称为进化。
这些属性是活细胞的特性，很明显，它们是一个极其复杂的系统的组成部分。当我们试图将这些特性与细胞生命的起源联系起来时，把它们作为一系列问题来逐一思考是有帮助的。
(1)形成第一批细胞边界所需要的膜从何而来？
(2)第一批细胞利用的能量来源于什么？
(3)有机化合物有哪些？它们来自何处？
(4)新陈代谢是如何开始的？
(5)生命的同手性是如何发展而来的？
(6)最早的与生命有关的聚合物是什么？
(7)在生命起源之前，这些聚合物是如何合成的？
(8)聚合物是如何被膜包裹的？
(9)某些聚合物是如何成为催化剂的？
(10)其他聚合物如何开始存储遗传信息？
(11)这些聚合物是如何生长和复制的？
(12)核酸的最初形式是什么？
(13)蛋白质的最初形式是什么？
(14)核酸中的碱基序列如何开始控制蛋白质中的氨基酸序列？
(15)细胞是如何开始分裂和繁殖的？
(16)进化的第一步是什么？
这些问题代表了我们对生命起源的认知程度，将有助于理解本书中介绍的知识要点。这些知识要点是由一些研究者发现的，他们敢于超越所认知的知识边界，进入未知的领域。他们缺乏完整的知识体系，但靠着这样的认知支撑：生命确实有一个起源，有一个像早期地球那样的表面积巨大的宜居星球，经过上亿年的时间，即使是极其不可能发生的过程也会变成事实上的必然。
大多数人认为科学的答案是可以在教科书上找到的，但是一线科学家了解得更多。他们知道，尽管已知结论是珍贵的科学成果，但令人兴奋的是，科学家们倾其一生都在解决那些悬而未决的问题。本书由3章组成，既提出问题，也进行解答。第1章「如何构建宜居星球」，追溯我们所知的有关生物元素的历史，从它们起源于恒星，到它们被输送到地球以及银河系中的其他宜居行星。第2章「从没有生命到几乎有生命」，描述了简单的有机分子如何随着时间的推移变得越来越复杂，最终合成差不多是生命，但还不完全是生命的结构。第3章「我们还需要探索什么」，提出了有待回答的问题，如果我们要了解几乎有生命的分子结构是如何变成生命的，就要回答这些问题。虽然我们可能永远无法肯定地回答生命是如何起源的，但我们似乎可以理解生命是如何在像地球这样宜居的任何星球上起源的。
——[美]戴维·W.迪默（David W.Deamer）
美国加利福尼亚大学
圣克鲁兹分校生物分子工程学研究教授
本书 列入「牛津科普系列」（第三辑）， 是2021年湖北省公益学术著作出版专项资金资助项目。本书是由 生命起源领域 国际权威专家撰写的关于生命起源的全面指南，揭示了细胞、聚合物、核酸、蛋白质的最初形态，以及它们是如何一步步演化出新的生命。
科学家一直在探索生命是如何在早期地球和火星这样的宜居行星上出现的。 迪默教授在本书中 提出了许多有趣的问题引导读者对生命起源进行思考：RNA世界是真实的，还是只是猜测？什么是新陈代谢，它是如何产生的？什么是光合作用？它是如何产生的？第一个核糖体是什么？病毒来自哪里？在回答完每个问题后， 迪默教授又给读者抛出了一个新问题 ：我们是怎么知道的呢？揭秘科学家在探索生命起源时的有趣科学方法和研究过程，让读者能接触到显微镜下真实的微观生命，深入了解科学研究背后的有趣故事。
图书为32开本，硬壳精装，内页采用 80克岳阳涂布纯质 纸，全彩印刷，图文并茂，排版精美，能够提供良好的阅读体验。
文字：戴维·W.迪默
版式：山海相隔
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