继《氧气》和《能量、性、死亡：线粒体与我们的生命》之后，尼克·莱恩又一部从能量角度探索生命起源的重磅科普作品。虽然有一定的阅读门槛，但是作者在认知态度和修辞上，全然不是傲慢地俯视，而是热忱邀请每一位对生命感兴趣的读者，并以自己炽烈的好奇心感化和说动在专业性和纷杂学术论战之前略有踌躇的每一个人。作者把承载了最大信息密度的语句直呈到你面前：希望并且相信，大家只要稍加学习，偶尔查阅相关词汇就能看懂本书。
    任何思索过我们从哪里来、生命究竟为何这样演化、生命为何如此运作的读者，都不容错过这样一部在论证强度和启发性、颠覆性上不亚于达尔文和《物种起源》，甚至可以堪称本世纪新经典的生物能量学科普作品。请跟着21世纪极其独特且极具冲击力尼克·莱恩：从生命起源发端，直至人类自身的健康与生死。

    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。

    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）

绪 论 为什么生命会是这样？
第一部  问题
1 什么是生命？
2 什么是活着？
第二部  生命的起源
3 生命起源的能量
4 细胞的诞生
第三部  复杂性
5 复杂细胞的起源
6 性，以及死亡的起源
第四部  预言
7 力量与荣耀
后 记 来自深海
术语表
致 谢
参考文献
图片来源
译后记
出版后记

    绪论
    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。
    ……
    我力图把本书写得简明扼要，尽可能避免偏离主题，或者分心撰写有趣但无关的故事。本书是一部长篇论证，行文简明与否，完全取决于论证的需要。我引入了很多比喻和富有趣味的（希望如此！）细节；这是让一本基于生物化学的书能够吸引普通读者的关键。没有多少人能想象出微观世界中“巨大”分子互相作用的奇异景象，尽管这正是生命本来的面貌。然而本书的写作目的是科学，这决定了我的写作风格。老老实实把一把铲子叫作铲子是写作中的传统美德。这样写很简洁，而且直入主题。如果我每隔几页就啰啰唆唆提醒你“铲子是一种挖掘工具，可以用来掩埋尸体”，你很快就会不胜其烦。“线粒体”这样的术语没有铲子那么容易理解，但如果我一直重复“所有的大型复杂细胞，例如你我身上的细胞，都有微型的动力工厂，它们很久以前起源于自由生活的细菌，今天为我们提供所有必需的能量”，那也同样烦冗。所以我会这样写：“所有真核细胞都有线粒体。”这样更清楚，而且思想冲击力更强。如果你熟悉科学术语（不用很多），它们就能承载更大的信息密度，而且能立即发出疑问：为什么会是这样？这样的交流方式能把我们直接引到未知的边缘，让我们感受到科学的乐趣。所以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。保险起见，我在书末加上了一份简短的术语表，囊括了本文出现的主要术语。我希望所有感兴趣的读者偶尔查阅相关词汇后都能读懂本书。
    衷心希望读者能从本书中找到乐趣！书中的美丽新世界尽管离奇古怪，但真的激动人心：新颖的思想，无限的可能性，对人类在广阔宇宙中定位的感悟。我将为一片罕为人知的科学奇景勾勒出它的轮廓；本书的视角从生命起源发端，直至人类自身的健康与生死。这个巨大的跨度将由一些简单的概念融会贯通，而它们都与跨膜质子梯度有关。对我而言，自达尔文以来最好的生物学书籍，本质上都是强力的论证。本书也将延续这一传统。我将论证能量限制了地球生命的演化，同样的限制力量也应该适用于宇宙别处的生命演化；能量与演化的结合可以令生物学更富有预见性，帮助我们理解生命为何如此运作—不仅在地球上，还在宇宙中任何可能存在生命的地方。

    从《氧气》到《能量、性、死亡：线粒体与我们的生命》再到《复杂生命的起源》，作为简体中文版的出版方，能够出版尼克·莱恩这个以线粒体为中心的能量生物学三部曲中的任何一部，都是莫大的荣幸。“自达尔文以来最好的生物学书籍，本质上都是一场强力的辩论。”可以这么说，在现世的所有生命科学科普写作者中，尼克·莱恩是极有能力接过这一传统接力棒的一位。和达尔文写作《物种起源》时一样，尼克在论证如何可以通过能量探究生命起源的写作中也要面对修辞上的挑战：如何把一个新想法阐述得像每个人都听过的常识；如何把一条具有潜在颠覆性的理念剖析得像作者本人脑中构想的一样理性和直白。前者包括在生命起源研究发展到现在积累下的所有事实证据中厘出演化的基本规律（与达尔文背负的是完全不同的知识遗产）—这甚至本身听起来就像是生物学研究中的“异端”之见：难道生物学可以像物理学一样做出可验证的预测吗？而后者除了包含作者为自己定下的雄心勃勃的写作标准之外，还对读者提出了极高的要求。诚挚邀请读者一同进入这场雄辩的尼克·莱恩恰恰不是站在知识和修辞的傲慢视角之上，而是作为信使站在生命起源最前沿研究和大众读者之间，发自内心地相信每个人只要稍加学习相关知识，就可以共同见证这场精彩至极的生命起源演化推理。这种体现在不强降阅读“门槛”的认知态度上的平等，是出版方理解的“科学普及”中“普及”的要义所在。
    要跟上尼克的推理，关键之一要把握书中对环境与基因的关系的理解。如果我们把新达尔文主义简单地概括为对环境和基因的二分—也就是说把环境视为自然选择的施予者，基因是被施予者—那么，尼克对环境和基因的认识，更接近于美国著名的演化生物学家理查德·陆温顿（Richard Lewinton）。他们都认为：没有环境就没有生物，没有生物就没有环境，不能简单地分离二者。所以，尼克能把“能量”注入薛定谔的“什么是生命”之问，把这个经典的提问转化成“什么是活着”。活着意味着生长与繁殖，这两种生命过程都受制于能量。而能量的实质在于环境，在于生命体结构与环境的关联，在于物理条件对细胞结构和演化的约束。 基于这个逻辑，尼克·莱恩不同意薛定谔“生命抵抗熵”的信条。在尼克看来，生命的组织和有序性，以增加环境的无序性为代价，而且这种代价的数值更高。而有序性的达成有赖于对能量的消耗，进而形成了一种不自然的状态。限制这一演化路径的，正是能量本身。如果该论证成立，那么宇宙中有类似环境条件的其他地方也应该上演着一幕幕能量限制演化的大戏。如果我们解开了地球生命为何如此的谜题，也意味着可以在宇宙的其他地方找到生命。这不仅能为“搜寻地外文明计划”助力，为证明“我们在宇宙中并不孤独”增添更扎实的科学基础，也突破了“生物学研究无法做出预测”的学科桎梏。我们为什么会存在？是否存在创造地球生命的基本法则？尼克认为，如果我们把对生命的理解局限在 DNA 的信息视角之中，那我们永远在记载过去、记录环境对生命的影响；可是，结合能量理解演化，我们就能找出促使生命演化的环境。这是对生物学研究的重新导航！ 尼克在《复杂生命的起源》中多次提及这种非二分的视角，也清晰地体现在本书的核心理论基石“化学渗透”中。提出这一理论的英国生物化学家彼得·米切尔正是因为把生命与环境结合起来思考，从而获得启发，构思出了化学渗透。尼克在多个地方反复引用米切尔那段著名的话：“我无法脱离环境来考虑生命……在思考方式上，必须认为两者是同一连续体中旗鼓相当的两相，两者之间的动态联系由膜来维持；膜既隔开生命和环境，又让它们紧密相连。” “化学渗透”和彼得·米切尔，也是引导出版方找到本书译者的航标。2012年，有一位网友在豆瓣小组科学松鼠会读者花园中发布了一篇《二十世纪最“反直觉”的伟大生物学发现：化学渗透》的原创长文，写作风格、笔力和对化学渗透的理解都很像会写中文的尼克·莱恩。出版方后来真的联系到了这篇长文的作者严曦。能让系统熟悉尼克·莱恩作品的译者翻译本书，实在是书的幸运。同时，译者—也作为一个样本读者——基于尼克·莱恩作品的原创让人不禁想起美国作家H. L. 门肯（H. L. Mencken）。门肯在讽刺自己那个年代纽约的绝大多数所谓的音乐爱好者时写过：真正的音乐爱好者总会尝试创作音乐。希望本书也能遇到和收获这样的爱好者。 服务热线：133-6631-2326　188-1142-1266 服务信箱：reader@hinabook.com 后浪出版公司 2020年7月