適者降臨 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

《適者降臨》嚮我們展示瞭一個不曾為人所知的進化世界，讓人大開眼界，進一步窺探到進化的秘密！

如果說還有什麼比“智慧的進化”更具有爭議性的話，那就是“進化的智慧”，《適者降臨》中展示的自上而下的生物進化智慧引人注目，令人印象深刻！

進化生物學傢、暢銷書《人體的故事》作者丹尼爾?利伯曼，科技史學傢、暢銷書《圖靈的大教堂》作者喬治?戴森，科普作傢、暢銷書《理性樂觀派》作者馬特?裏德利鼎力推薦！

內容簡介

《適者降臨》嚮我們展示瞭一個不曾為人所知的進化世界。藉助現代技術的力量，我們得以深入遺傳密碼的腹地，探索生命進化的遺傳機製與前沿陣地！

關於達爾文進化論沒能解釋的進化謎題，在《適者降臨》中都可以給你答案！

生命起源於何處嗎？

更好、更強的適者從何而來？

大自然如何無中生有，如何創新？

生命到底是如何從簡單的形式進化齣瞭如此高的復雜性？

驅動生命拓展前沿陣地的引擎是什麼？

作者簡介

[安德烈亞斯·瓦格納]

維也納大學生物學學士，耶魯大學博士。

蘇黎世大學進化生物學教授，聖塔菲研究所客座教授。

2011年被評選為美國科學促進會成員，2014年被評選為歐洲分子生物學組織成員。

精彩書評

瓦格納這本迷人又討人喜歡的書一定會讓你大開眼界，窺探到進化的秘密。他的洞見會給你帶來連連驚喜，對你展開深入思考大有裨益。

——丹尼爾·利伯曼

進化生物學傢，哈佛大學教授，暢銷書《人體的故事》作者

如果說還有什麼比“智慧的進化”更具有爭議性的話，那應該就是“進化的智慧”瞭。瓦格納在《適者降臨》這本書中展示的自上而下的生物進化智慧權*、新穎，引人注目，令人印象深刻。

——喬治·戴森

科技史學傢，非虛構類圖書作傢，暢銷書《圖靈的大教堂》作者

《適者降臨》用令人驚艷的文筆闡述瞭當前新的科學洞見。它的獨到之處在於，書中闡釋瞭一些顛覆性的觀點，並將其與經典理論相結閤。尤其值得稱道的是，它提齣瞭“基因型網絡”這一概念。在不乾擾代謝通路的前提下，我們可以有數韆種備選方案改造基因型網絡。這幾乎解答瞭長久以來睏擾我們的一個難題：自然選擇本身並不是新性狀的源泉。

——馬特·裏德利

科普作傢，暢銷書《理性樂觀派》作者

目錄

測試題　進化論的大謎題：自然如何創新？

前　言　世界夠大，時間夠多

01達爾文進化論的局限

達爾文進化論的局限在於，它無法解釋遺傳現象。生命起源於何處？更好、更強的適者從何而來？大自然如何無中生有，如何創新？達爾文的進化論是人類曆史上傑齣的學術成就，但生物進化的秘密遠不是達爾文進化論所能窮盡的。生物學在20世紀發生瞭翻天覆地的變化，現代技術得以帶領我們探索生命進化的動力和起源。

02新性狀的起源

新性狀的齣現有賴於新的分子和閤成這些新分子的化學反應的存在。生命以及生命背後驅動新性狀齣現的動力並不是神秘莫測的東西，這種動力本身和生命一樣古老。我們還不知道生命到底是如何從簡單的形式進化齣瞭如此高的復雜性，但我們知道，生命的開端不是一個自我復製的分子，而是一張新陳代謝的網絡。

03宇宙圖書館

一種生物所具有的全部生化反應構成瞭這種生物的新陳代謝。新陳代謝進化的本質在於重新組閤。生命時刻在嘗試每一種可能的基因新組閤，重新解讀，重新編譯，然後重新布局代謝遺傳，毫不停歇，從而造就並提升著代謝的多樣性。新的代謝能力是不斷驅動生命拓展前沿陣地的引擎。

04構型之美

蛋白質是生命的驅動者。每種蛋白質的構型都高度復雜，與它們執行的功能相適應。蛋白質的構型維持著生命世界的運轉。大自然可以用蛋白質書寫不同的文本，更多的文本就意味著更多的構型，參與更多的催化反應，執行更多的功能和完成更多的任務。

05命令與操控

無論多復雜的生物，它的形態和功能都受到調節因子的控製。調節因子占據著某個基因相鄰的一小段DNA，一旦它們遇上特定的DNA序列，就會與之結閤。調節因子與相應的DNA需要在形態上互補。有些基因錶達能被調節因子抑製，有些基因則需要它們激活。調節因子指導著所有生物的發育。調節因子之間相互調控，形成瞭復雜的網絡。

06神秘的建築師

多變的環境催生瞭生物的復雜性，而復雜性促成瞭發育穩態，發育穩態繼而造就瞭基因型網絡，後者讓進化成為可能，使得生物能夠通過演變適應環境的變化、提高自身的復雜性，循環往復，生物進化通過這種方式螺鏇上升。這種進化方式的核心在於處在多維空間的基因型網絡的自組織性。自組織性是生命絢爛光彩背後的支持者，它是隱藏的生命建築師。

07從大自然到工程技術

自然進化和技術創新有諸多共同之處，促進自然進化的基因型網絡在人類技術進步中同樣存在。與自然界類似，科研人員也總是行進在各自領域的前綫，他們依賴不斷的試錯、

人海戰術、多起源策略和組閤優化，模仿自然的創造能力，實現技術突破和創新。技術發明的精簡主義和高雅主義，深深隱藏在現實世界的背後。

後 記 柏拉圖的洞穴

譯者後記

精彩書摘

薩莉·加德納（Sallie Gardner）可以算作世界上首位電影明星。1878年，年僅6歲的“她”以驚艷的銀幕處女秀宣告瞭電影的誕生。齣生於英國的攝影師埃德沃德·邁布裏奇（Eadweard Muybridge）想要解決一個當時讓不少人都夜不能寐的問題：一匹奔馬的四條腿會不會在某一刻全部離開地麵？現在我們知道，答案是肯定的。而當時邁布裏奇在馬奔跑的路徑上設置瞭24颱攝像機，把一匹馬飛奔而過的一係列照片用詭盤投影機放映，薩莉就是那匹被拍攝的馬。邁布裏奇拍攝的布滿噪點、鏡頭嚴重抖動的默片時長僅有一秒鍾，這和21世紀初我們司空見慣的高清立體聲環繞電影簡直天差地彆。然而從邁布裏奇的片子發展到現代電影隻用瞭近一個世紀的時間，並沒有比達爾文發錶的《物種起源》差多少。後者隻比薩莉的亮相早瞭19年。

在那個世紀裏，生物學領域的變遷甚至比電影技術更加劇烈。生物學革命打開瞭新世界的大門，如果是達爾文麵對這些新圖景，恐怕他的感受就像穴居人麵對著浩瀚的宇宙。新的知識幫助我們解答瞭一個有關進化論的重要問題，一個達爾文和他之後的科學傢都無法迴答，甚至無法觸及的問題：更好、更強的適者從何而來？生命起源於何處？大自然如何能無中生有？

看到這裏你可能不禁會疑惑，意識到生物可以進化並解釋這種進化的發生原理，難道不正是達爾文進化論的偉大之處嗎？不正是達爾文留給後人的財富嗎？是，但也不是。毋庸置疑，達爾文的理論是那個時代乃至人類曆史上傑齣的學術成就。但生物進化的秘密遠不止達爾文在進化論中所探討的問題。事實上，達爾文甚至都沒有意識到有關生物進化核心的問題，更遑論解決。要說明來龍去脈，我們先要看看達爾文在提齣進化論的時候知道些什麼、不知道些什麼，他的進化論中又有哪些觀點是走在時代前麵的，而哪些不是。繼而我們就會理解，為什麼在一個多世紀之後的今天，我們纔開始探討“生命到底如何起源”這個問題。

人類早在達爾文生活的時代之前就已經開始關注生物的進化現象。2500多年前，古希臘哲學傢阿那剋西曼德（Anaximander）——“日心說”的祖師爺，認為人是由魚變來的。14世紀的伊斯蘭曆史學傢伊本·赫勒敦（Ibn Khaldun）則認為，生命會沿著從礦物到植物再到動物的順序發生演變。許多年之後，19世紀的法國解剖學傢艾蒂安·若弗瓦魯·聖伊萊兒（Etienne Geoffroy Saint-Hilaire）根據爬行動物的化石總結齣，生物能夠隨著時間的推移發生變化。1850年，就在達爾文齣版《物種起源》的9年前，維也納植物學傢弗朗茲·昂格爾（Franz Unger）提齣，所有植物都是藻類的後代。另外，法國動物學傢讓-巴蒂斯特·拉馬剋（Jean-Baptiste Lamarck）則堅持，生物進化的動力來自“用進廢退”。

這些早期的學者似乎都預見到瞭生物進化的存在，然而，隻要你稍微深究一下就會發現這些理論中的不實之處。比如阿那剋西曼德認為人初藏於魚腹，待到孕育成熟，遂破魚腹而齣，誕於世間。這些與現今科學完全相悖的信條，在達爾文的時代依然大行其道。唯有一個觀點受到瞭從古希臘到拉馬剋時代眾多科學傢的追捧：低等生物是由自然界的非生命物質自發生成的，比如濕泥巴。

在達爾文時代來臨之前，進化理論已經擁有瞭眾多支持者，當然反對的聲浪也同樣喧囂。我所說的支持者和反對者與當今“年輕地球創造論”（young earth creationist）的信徒不是一迴事，該理論的支持者普遍接受過半吊子的教育，往往自以為是、目空一切，他們相信地球是在公元前4004年10月的一個周六的夜晚被創造齣來的。他們還相信諾亞方舟拯救瞭100多萬種物種，隻是諾亞可能忘瞭把恐龍帶上船。鑒於當時諾亞已經600歲瞭，愛忘事似乎也情有可原。我所說的進化理論的反對者，都是當時科學界的巨擘，其中之一是著名法國地質學傢、古生物學創始人喬治·居維葉（Georges Cuvier）。

古生物學的字麵意思是“研究古代生物的科學”，例如恐龍。居維葉發現，古老岩層裏的化石與年輕岩層中的差彆巨大，而年輕岩層中的化石顯示，它們與今天的生物十分相似。即便如此，他依舊堅信每種生物都是獨一無二的，生物獨特的形態不會變化，而隻在極小的範圍內存在個體差彆。另一個反對者是卡爾·林奈（Carl Linnaeus），他僅僅比達爾文早齣生瞭一個世紀。林奈是現代生物分類體係的鼻祖，然而這位分類學創始人直到晚年都視生物進化為謬論。

基督教的教義是解釋這種抵觸情緒好的理由。對居維葉來說，他在化石中看到的生物多樣性並不意味著生物可以進化，而是印證瞭造物主無與倫比的創造力。不過，還有一個更重要的原因則要追溯到古希臘哲學傢柏拉圖。柏拉圖對現代西方思想的影響十分深遠，20世紀的哲學傢阿爾弗雷德·諾斯·懷特海（Alfred North Whitehead）曾直言，歐洲哲學的發展不過是循著“柏拉圖的腳印”罷瞭。

柏拉圖哲學深深植根於抽象的數學和幾何學世界。在柏拉圖的世界觀裏，可見的物質世界反倒是海市蜃樓，不過是更高等的世界投射下的一掠縮影而已，那個更高等的世界是由各種圖形組成的幾何世界，比如三角形和圓形。對於柏拉圖學派的人來說，籃球、網球和乒乓球有一個共同的本質，那就是球狀的外形。每種球的物理特徵無論如何變化，都不過是虛無的幻影，隻有完美的、幾何的、抽象的球形本質纔是真實的。

對於像林奈和居維葉這樣的科學傢來說，要實現自己的目標，即把混亂無序的生物多樣性以某種方式組織起來，柏拉圖式的物種概念顯得方便實用：每個物種都擁有區彆於其他物種的不變本質。正是因為這種“不變的本質”，所以爬行動物中沒有腿和眼瞼的物種被稱為“蛇”。在這種柏拉圖式世界觀的影響下，博物學傢們的日常任務就變成瞭尋找物種的特質。這樣說反倒是輕描淡寫瞭，事實上，在本質主義的世界觀裏，“物種的特質”和“物種”這兩個概念的界限是模糊的，特質即物種。

與之對比鮮明的恰恰是真實的世界，現實的自然界不斷噴吐著新物種，並與原有的物種相互交融。生活在白堊紀晚期的真足蛇（eupodophis）擁有退化的後肢，而幸存至今的脆蛇蜥（glass lizard）則沒有四肢。真足蛇和脆蛇蜥隻是眾多位於物種模糊邊界的代錶之一。生物進化的紛繁世界無疑是追求簡潔和秩序的本質主義者的死敵。因此，當20世紀的動物學傢厄恩斯特·邁爾（Ernst Mayr）稱柏拉圖以及他的信徒是“進化論者偉大的敵人”時，也就情有可原瞭。

在幫助達爾文主義者占據上風的過程中，真足蛇化石隻不過是證據之山上的一塊鵝卵石而已。在達爾文生活的時期，分類學傢已經將數韆種生物歸類，並且意識到瞭它們之間的相似性。地理學傢已經發現地球的錶麵並不像看上去那樣寜靜祥和，新的地貌不斷齣現，闆塊之間時刻發生著摺疊及岩層斷裂。古生物學傢在不同的岩石層中發現瞭不同年代的生命體，在較為年輕的地層裏的生物化石往往和現今的生物相似，而那些在古老岩層裏的化石則顯得十分不同。胚胎學傢已經嚮世人指齣，在海裏自由自在劃水遨遊的蝦與偷偷附著在船體上遠渡重洋的藤壺，在胚胎發育階段十分相似。探險傢，包括達爾文在內，則找到瞭許多發人深省的生物地理學模式。比如越小的島嶼上物種越少，同一個大陸東西兩側的海岸綫上往往棲息著十分不同的動物種係，歐洲和南美洲的哺乳動物種類全然不同。

如果生物多樣性建立在每一個物種被獨立創造的基礎上，那麼局麵就會像一團“剪不斷，理還亂”的亂麻。而達爾文，有史以來偉大的理論學傢之一，將它們編織成瞭自己理論中的美麗絲綫。他無畏地嚮創世論者宣戰，宣稱所有的生物都有共同的祖先，把《創世記》從辯論桌上掀翻在地。

生物可以進化隻是達爾文卓越的洞見之一，除此之外，他還提齣瞭自然選擇理論。這個自然界的中心法則是他在觀察動植物選種的過程中偶然想到的。《物種起源》的整個第1章都在贊嘆人類育種師培育的狗、鴿子、農作物以及觀賞花卉的多樣性。在短短100年裏，人類就從同一個祖先中先後馴養齣瞭大丹狗、灰狗、英國鬥牛犬、吉娃娃等各種品類的狗。達爾文從這個令人驚嘆的人工選擇過程中意識到，自然選擇應該也遵循著相似的原則，隻不過它所曆經的時間會更長、範圍也更廣。新物種的變異每時每刻都在發生，雖然絕大部分變異都稍顯遜色，隻有極少部分變異能夠得到優等的性狀。但無論優劣，它們都得符閤一個相同的標準，那就是自然選擇：隻有適者纔能得到生存和繁衍的機會。這個過程幾乎完美地解釋瞭生物多樣性，遺傳學傢西奧多修斯·杜布贊斯基（Theodosius Dobzhansky）曾說：“隻有在進化論的光芒照耀下，生物學的一切纔有意義。”

不過，這道進化論的光輝僅僅照亮瞭無數自然奧秘中的一小部分，還有一個它鞭長莫及的藏匿在黑暗中的疑問是：遺傳機製。親代將自己的遺傳物質傳給子代的時候，如果沒有穩定的遺傳機製作為保證，遺傳性狀，比如鳥的翅膀、長頸鹿的脖子、蛇的尖牙，就無法穩定延續下去。如果沒有遺傳，自然選擇也就成瞭空中樓閣。達爾文對自己無法解釋遺傳的原因十分坦誠，他曾在《物種起源》中提到：“遺傳的法則仍舊充滿未知。”這種真誠袒露自身無知的行為令人深感敬佩。

前言/序言

世界夠大，時間夠多

1904年春天，任職於加拿大麥吉爾大學（McGill University）、年僅32歲的新西蘭物理學傢歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford），在世界範圍內成立瞭早的科學組織倫敦皇傢自然知識促進學會，並舉辦瞭一場演講，演講主題為“放射現象和地球年齡測定”。

當時的科學傢對《聖經》裏認為地球年齡隻有6000年曆史的說法早就嗤之以鼻瞭，廣為認同的年齡測定是由另一位物理學傢威廉·湯姆森（William Thomson）計算齣來的，而他更為人熟知的稱呼是“開爾文勛爵”。開爾文勛爵用熱力學定律和地錶導熱係數測定齣地球大約有2000萬年的曆史。

從地質學的角度來看，2000萬年並不算很長，然而它的影響卻非常深遠。假如按照今天火山運動和地貌侵蝕的速度來算，2000萬年對於地球獨特地貌景觀的塑造根本不值一提，但達爾文提齣的以自然選擇為基礎的進化理論卻成瞭直接受害者。達爾文曾說，“威廉·湯姆森先生對地球年齡的測定極度睏擾瞭我”，

因為他知道地球生物從上一次冰河世紀結束後就沒有發生過太大變化。據此達爾文推測，創造所有生物所經曆的歲月必定非常悠久，不管是現存的還是已經成為化石的，2000萬年對於創造一個多樣的生物界是遠遠不夠的。

盧瑟福在發現放射性元素半衰期現象的幾年後，逐漸發現開爾文勛爵的說法是錯誤的，他曾迴憶道：“我走進演講大廳，裏麵非常昏暗，但我還是在觀眾席中發現瞭開爾文勛爵，感覺甚是尷尬，特彆是在講後一段關於地球年齡的部分時，因為我們的觀點是相互衝突的。放射性元素會發生衰變並在衰變過程中釋放巨大的能量，這類元素的發現使得我們對地球年齡的測算更加準確瞭。生物在地球上的起源時間得以大大提前，地理學傢和生物學傢提齣的進化過程縱使緩慢，也成瞭可能。”

開爾文勛爵逝世於1907年，次年盧瑟福獲得瞭諾貝爾奬。截至19世紀30年代，用放射性測量法估算齣的地球年齡大約是45億年，於是生物有瞭足夠的時間在緩慢的進化過程中創造齣多樣性和復雜性，達爾文的進化理論也得以保全。

然而，真的是這樣的嗎？

作為自然界齣色的捕食者之一，遊隼（falco peregrinus）是完美生物的代錶。它有著極度輕盈的骨骼和健壯的肌肉，也是目前地球上飛行速度快的動物。在鏇轉俯衝時，隼的飛翔速度可以超過每小時200韆米。當隼俯衝而下用利爪抓住獵物時，由極高時速帶來的衝擊力幾乎可以瞬間將獵物置於死地。即使不能，它也可以用銳利的喙摺斷獵物的脊柱。

遊隼有一雙銳利的眼睛幫助它們迅速捕捉到活動的獵物。隼的視力是人眼的5倍，也就是說就算在1.5韆米之外，它們也能看清楚一隻鴿子。和其他的捕食者一樣，隼有一種所謂的瞬膜結構，又稱“第三眼瞼”。瞬膜有點像擋風玻璃，能在高速飛行時幫助阻擋飛塵並保持眼球濕潤。隼的眼睛還擁有更多的光受體及視杆細胞，使它能在昏暗的光綫下看清事物，甚至看到紫外綫。

大自然的創造充滿瞭神奇之處，但更奇妙的是，每一種不可思議的生物特性都是從一個極小的分子開始的，在漫長的世紀進化中，經過無數次的演變，再交由大自然精挑細選。遊隼的喙、爪子和羽毛的主要成分同人類的毛發和指甲一樣，都是一種叫作角蛋白的蛋白質分子。色覺主要依靠視蛋白，而視覺的敏銳性與晶狀體蛋白息息相關。

大約在5億年前，世界上齣現瞭一種能夠閤成晶狀體蛋白的脊椎動物，而視蛋白在7億年前就已經齣現瞭。它們齣現的時候，生命已經在地球上居住瞭超過30億年。對於那些復雜的生物大分子而言，30億年的時間聽起來就比較符閤情理瞭。每個視蛋白和晶狀體蛋白都是由20種氨基酸按一定順序結閤形成的多肽鏈，再由一條或一條以上的多肽鏈按照特定規則結閤形成高分子化閤物。如果隻有一種氨基酸能夠感知光波或是構成透明的晶狀體，那我們要從多少條含有數百個氨基酸的多肽鏈中纔能篩選齣我們需要的那條呢？假設一條氨基酸鏈上有兩個氨基酸，那麼一個氨基酸有20種選擇，第二個也是，如此一來，總共將會有202種氨基酸鏈的可能組閤。如果一條氨基酸鏈上有三個氨基酸，那麼組閤方式將會是203種可能。以此類推，如果是4個氨基酸組成的多肽，將會有16萬種氨基酸的可能排列方式。對於一條含有100個以上氨基酸的蛋白質（晶狀體蛋白或視蛋白的鏈還要更長），可能的多肽鏈將超過10130種。

為瞭讓你感受一下這個龐大的數字，我們來舉一個例子。宇宙中數量多的原子是氫原子，物理學傢估計氫原子的數量可達到1090個，具體來說就是1後麵跟著90個0。如此一來，蛋白質的可能數量就不僅僅是宇宙級瞭，而是超宇宙級：遠遠超過瞭宇宙中的氫原子數目。要從這麼多可能的蛋白質中找齣唯1正確的那條，概率甚至比贏得自宇宙大爆炸以來的每一年的樂透都小。如果億萬種生物從生命齣現伊始每分每秒都在尋找那條特定的氨基酸鏈，那麼到現在為止也可能隻嘗試瞭10130種蛋白質中極小的一部分，甚至都還沒找到視蛋白。

17世紀的詩人安德魯·馬弗爾（Andrew Marvell）曾嘆息，“隻要我們的世界夠大，時間夠多”，為瞭避免那“無垠永恒的荒漠”，他無心關注時間長河下的自然奧秘，隻想和情人享受片刻的歡愉。這裏我們對這首詩的關注點在於悠遠漫長的時間。在無盡的時光中，自然選擇

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