牛津科普系列：【生命起源】 限時特惠包郵 ￥ 36.8 （ 原價￥68 ）， 2024年3月7日活動結束。
我想以一個挑戰性的問題開篇：為什麽每個人都應該了解生命的起源？答案因人而異，而最簡單的答案是好奇心。但凡閱讀過本書引言的人都會產生好奇心，因為他們會疑惑地球上的生命究竟是如何產生的，其實生命的故事遠不止這些。我的朋友史超活·考夫曼(Stuart Kauffman)寫了一本名為【宇宙為家】(At Home int he Universe)的書。當我們開始了解我們地球上的生命與宇宙的其他部份有怎樣的關聯時，【宇宙為家】這個書名就給予了我們一種深深的滿足感。當我們真的發現這些聯系時，更會有一種驚喜和受到啟發的感覺。比如，活細胞主要由6種元素組成。當你深入閱讀本書時，你會發現你體內的氫原子已經有137億年的歷史了，就像宇宙那般古老，而其余的原子是在50億年前在恒星中合成的。地球上的生命只是從宇宙中短暫地借用這些原子，然後又歸還宇宙。
我們還要考慮一個實際問題。好奇心驅動的研究可以滿足對科學問題的好奇心，我們的發現有時會產生有價值的副產品。在這方面，我自己的經驗是嘗試制作一個原始細胞的實驗模型。我們需要找到一種方法，讓ATP(腺苷三磷酸)分子穿過細胞膜，這樣包裹在脂質囊泡中的酶就有能量來合成RNA(核糖核酸)。幾年後，我們找到了一種方法，即DNA(去氧核糖核酸)奈米孔測序。經歷了發現和發明的周期過程，現在回到基礎研究中，因為我們可以利用已建成的奈米孔裝置來搜尋除地球外太陽系其他地方的生命。
天體生物學幫助我們理解生命如何起源
1924年，亞歷山大·奧帕林(Alexander Oparin)在一本俄文版的書中首次提出了有關地球生命如何起源的假說，隨後，J.B.S.霍爾丹(J.B.S. Haldane)於1929年發表了一篇短文。兩人都認為，生命的起源可以從化學的角度來理解。自那以來，這種觀點一直引導著人們的研究。然而，天體生物學這一新興學科將我們的視野擴充套件到了地球及其生物圈之外。天體生物學建立在不斷增長的關於行星、恒星、星系甚至宇宙起源的知識的基礎之上。我們現在已經很清楚地球是如何成為一顆適宜居住的行星的，以及為什麽生命可能分布在我們的銀河系中。銀河系擁有1500多億顆恒星和行星，其中一些肯定是適合居住的。
關於生命如何起源，存在許多未解之謎，我們用了許多方法將這些謎團拼合成一張「大圖」。有些圖基於化學和物理定律能很好地拼合起來。有些人根據對今天地球和太陽系其他天體的觀察，對40億年前的地球是什麽樣的提出了非常好的假說。但在我們的知識中仍然存在巨大的空白，這是由於科學家對於貌似可信的假說有著截然不同的觀點。例如，代謝和基因的出現孰先孰後？蛋白質和核酸呢？大多數人贊同液態水是生命出現的必要條件，但這種液態水是海底熱液還是新形成的陸地上的淡水呢？首先，讓我們看一下科學家在研究這類問題時是如何尋求答案的。
想法、猜想、假設和理論有什麽區別？
每個人都有想法，如一句老話所說，想法一毛錢一打。想法如此普遍的原因是，人們通常樂於思考問題並提出可能的答案。猜想是一個充滿想象的詞，是試圖解釋特定事物的一種復雜想法。即使一個猜想聽起來可能是合理的，它也可能缺乏一個堅實的事實基礎。馬克·吐溫在他的【密西西比河上的生活】一書中寫道：「科學有其迷人之處，人可以從微不足道的事實投資中得到如此大的猜想報酬。」當談到生命的起源時，馬克·吐溫的洞察力直擊要害：很少有事實，卻充斥著猜想。馬克·吐溫是一位偉大的作家，但他不是科學家。在他生活的年代，已經有一些開拓型的科學家開始使用一種稱為科學方法的工具來探索物理和化學奧秘。
什麽是科學方法？
我們大多數人在高中時學過科學方法，科學方法通常被定義為包括五個步驟的過程：(1)觀察；(2)感知一個有趣的問題；(3)提出一個假設；(4)透過實驗或進一步觀察檢驗假設；(5)根據結果確定假設是否正確，或至少確定假設是否具有解釋力。如果假設是有意義的，可以被其他人重復驗證，並形成一種共識，那麽該假設就可以成為一種理論。
這聽起來像是理解我們所生活的世界的一種合理方法，但在現實生活中，至少對於生命起源研究而言，這個過程是相當混亂的。我們不懂的東西太多了，以至於每個研究人員對總體情況只有一個模糊的概念，而一個人的想法常常與其他人的想法相矛盾。我們可以確信生命的起源發生在物理和化學的守恒定律的框架內，所以科學方法的目標是利用這些定律來填補我們知識的巨大空白，也許有一天我們可以理解生命是如何起源的。
生命可以定義嗎？
對於一個可以用一句話來表述的辭書式的生命定義，人們的意見並不一致。原因是細胞作為生命的單位，是由分子結構及過程組成的系統，而每個系統對於生命體的整體功能來說都是必需的。但是，我們可以列出一般內容，然後以這樣一種方式描述單個結構和過程，當把它們放在一起時，它們也只適合某些有生命的東西。這也許是盡我們所能可以做好的事情，所以，這裏列出一些一般內容，以及定義地球上細胞生命的12種特殊內容。
一般內容
活細胞是由聚合物封裝而成的系統，利用環境中的營養素和能量來實作以下功能：
酶催化新陳代謝
催化聚合生長
透過遺傳資訊控制生長
遺傳資訊的復制
分裂成子細胞
突變
前進演化
特殊內容
(1)一個活細胞由2種基本的被膜狀結構物包裹著的高分子聚合物組成。這2種聚合物由6種主要元素組成，簡稱CHONPS，即碳、氫、氧、氮、磷和硫。
(2)一種聚合物包括蛋白質，既可以是結構性的，也可以具有酶催化劑功能。另一種聚合物稱為核酸，其單體序列中包含遺傳資訊。
(3)蛋白質的單體含有20種不同的胺基酸，核酸的單體包括8種不同的核苷酸，其中4種組成DNA，另外4種組成RNA。
(4)活細胞需要外部環境的營養來源。
(5)活細胞需要一種能量來源，如光或營養素中的化學能。這些能量被用於驅動代謝反應，將營養素轉化為生命所需要的化合物。
(6)聚合作用不是自發產生的，而是需要能量驅動。作為新陳代謝的結果，蛋白質和核酸的單體在其結構中添加了化學能，從而使酶將它們結合在一起成為聚合物。
(7)酶催化蛋白質和核酸的合成，該過程受核酸聚合物中遺傳資訊的控制。蛋白質是由稱為核糖體的胞器合成的。
(8)作為聚合作用的結果，細胞生長並復制含有遺傳資訊的聚合物。
(9)被稱為DNA的核酸可以在酶催化的過程中被復制。
(10)在生長過程中的某個時刻，具有復制遺傳資訊的功能的細胞分裂並繁殖。
(11)在復制過程中會由於誤差而產生突變，因此族群(如培養中的細菌)中會有單個細胞的基因組發生變異。
(12)一些變異提供選擇優勢，這些變異細胞及其後代得以存活，而那些缺乏優勢的細胞則被淘汰。這個過程稱為前進演化。
這些內容是活細胞的特性，很明顯，它們是一個極其復雜的系統的組成部份。當我們試圖將這些特性與細胞生命的起源聯系起來時，把它們作為一系列問題來逐一思考是有幫助的。
(1)形成第一批細胞邊界所需要的膜從何而來？
(2)第一批細胞利用的能量來源於什麽？
(3)有機化合物有哪些？它們來自何處？
(4)新陳代謝是如何開始的？
(5)生命的同手性是如何發展而來的？
(6)最早的與生命有關的聚合物是什麽？
(7)在生命起源之前，這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為催化劑的？
(10)其他聚合物如何開始儲存遺傳資訊？
(11)這些聚合物是如何生長和復制的？
(12)核酸的最初形式是什麽？
(13)蛋白質的最初形式是什麽？
(14)核酸中的堿基序列如何開始控制蛋白質中的胺基酸序列？
(15)細胞是如何開始分裂和繁殖的？
(16)前進演化的第一步是什麽？
這些問題代表了我們對生命起源的認知程度，將有助於理解本書中介紹的知識要點。這些知識要點是由一些研究者發現的，他們敢於超越所認知的知識邊界，進入未知的領域。他們缺乏完整的知識體系，但靠著這樣的認知支撐：生命確實有一個起源，有一個像早期地球那樣的表面積巨大的宜居星球，經過上億年的時間，即使是極其不可能發生的過程也會變成事實上的必然。
大多數人認為科學的答案是可以在教科書上找到的，但是一線科學家了解得更多。他們知道，盡管已知結論是珍貴的科學成果，但令人興奮的是，科學家們傾其一生都在解決那些懸而未決的問題。本書由3章組成，既提出問題，也進行解答。第1章「如何構建宜居星球」，追溯我們所知的有關生物元素的歷史，從它們起源於恒星，到它們被輸送到地球以及銀河系中的其他宜居行星。第2章「從沒有生命到幾乎有生命」，描述了簡單的有機分子如何隨著時間的推移變得越來越復雜，最終合成差不多是生命，但還不完全是生命的結構。第3章「我們還需要探索什麽」，提出了有待回答的問題，如果我們要了解幾乎有生命的分子結構是如何變成生命的，就要回答這些問題。雖然我們可能永遠無法肯定地回答生命是如何起源的，但我們似乎可以理解生命是如何在像地球這樣宜居的任何星球上起源的。
——[美]戴維·W.迪默（David W.Deamer）
美國加利福尼亞大學
聖克魯茲分校生物分子工程學研究教授
本書 列入「牛津科普系列」（第三輯）， 是2021年湖北省公益學術著作出版專項資金資助計畫。本書是由 生命起源領域 國際權威專家撰寫的關於生命起源的全面指南，揭示了細胞、聚合物、核酸、蛋白質的最初形態，以及它們是如何一步步演化出新的生命。
科學家一直在探索生命是如何在早期地球和火星這樣的宜居行星上出現的。 迪默教授在本書中 提出了許多有趣的問題引導讀者對生命起源進行思考：RNA世界是真實的，還是只是猜測？什麽是新陳代謝，它是如何產生的？什麽是光合作用？它是如何產生的？第一個核糖體是什麽？病毒來自哪裏？在回答完每個問題後， 迪默教授又給讀者丟擲了一個新問題 ：我們是怎麽知道的呢？揭秘科學家在探索生命起源時的有趣科學方法和研究過程，讓讀者能接觸到顯微鏡下真實的微觀生命，深入了解科學研究背後的有趣故事。
圖書為32開本，硬殼精裝，內頁采用 80克嶽陽塗布純質 紙，全彩印刷，圖文並茂，排版精美，能夠提供良好的閱讀體驗。
文字：戴維·W.迪默
版式：山海相隔
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