朱欽士，四川省成都市人。畢業於北京大學生物學系生物化學專業，後取得荷蘭阿姆斯特丹大學生物化學博士學位。研究領域廣泛，包括生物能、酶的結構與功能、蛋白質的合成與轉運、癌症與染色體、神經遞質、基因表達的調控機制以及肝臟解毒系統等。在國外主要學術雜誌上發表研究論文三十餘篇。曾任中國科學院生物物理研究所碩士研究生導師和美國南加州大學醫學院生物化學與分子生物學系副教授。曾為《科學網》《中國科普博覽》《生物學通報》《科學》等雜誌上撰寫過多篇科普文章，並出版了科普著作：《上帝造人有多難——生命的密鑰》（清華大學出版社，2015年，該書被評為「中國好書」），《紛亂中的秩序——主宰生命的奧秘》（科學出版社，2019年），參編了《十萬個為什麼》（上海兒童出版社第6版）。

對外星生物的猜想

因為外星是「天外之物」，離我們最近的地球樣行星（圍繞紅矮星旋轉的Wolf 1061c）也在14光年之外，光是銀河系就有10萬光年大小，更不要說數以億萬計的其他星系。人們對外星生物的猜想，也容易類似於人們對神仙的想像，即外星生物神通廣大，無所不能。例如美國電影E.T.中，外星人可以手指一點，人身上的傷口就立即癒合，而且騎上自行車還可以飛起來。外星人的飛船也被描述為「是用元素周期表以外的金屬做成的」，所以有地球上的物質不可能具有的奇特性質。

人們有這種想法是很自然的。由於我們的宇宙極其廣大，也許什麼事情都可能發生。外星生命可以使用與地球上的生命完全不同的形成原理和演化路線，我們似乎可以不受任何限制地任意想像這些外星生物的構造和他們使用的材料。

但在實際上，外星生物和地球上的生物一樣，也要受到我們宇宙中自然規律的制約。按照一些科學家的想法，我們的宇宙不是唯一的，而只是眾多宇宙中的一個。每個宇宙有自己的運行規律，之所以在我們的宇宙中產生了生命，是我們這個宇宙運行規律作用的結果。其他宇宙如果有不同的運行規律，例如有不同的物理和化學定律，它們就不可能形成我們宇宙中的生命。而我們的宇宙，無論它有多大，起作用的物理和化學定律在這個宇宙的各個地方都是一樣的，外星生命也因此必須受以下兩個規律的制約：

（1）我們宇宙中的所有的常規物質（暗物質以外的物質），包括生命物質，都是基本粒子（電子、質子和中子）按照同樣的物理原則形成元素周期表中的近100種化學元素組成的。無論我們探測的星系多麼遙遠，光譜所顯示的化學元素都跳不出元素周期表的範圍。所以外星生命和地球上的生命一樣，也必須由元素周期表中的元素組成，不可能由周期表以外的元素組成。外星生命所使用的材料（包括自己身體的建造和工具的建造）也不能超出元素周期表的範圍。

（2）這些元素也按照同樣的物理和化學定律形成原子和分子並且進行化學反應。無論我們探測多麼遙遠的星雲，裡面的化學物質都可以用同樣的化學規律進行解釋並且在地球上實驗室中的模擬條件下被生產出來。無論在我們這個宇宙的哪個「角落」，只要化學反應的條件相同，反應形成的產物也是一樣的。

從這些基本事實出發，再加上地球上生命發展的歷程對我們的啟示，我們就可以對外星生命做一些猜想。

很可能也是以水為介質的

外星生命以水為介質，首先是因為在我們的宇宙中，水幾乎無處不在。恆星中的熱核反應會形成大量的氧，使氧成為氫和氦以外最豐富的物質。而氫又是這個宇宙中最豐富的元素，二者的結合自然會形成大量的水，而且幾乎無處不在。

水的特性也使它特別適合作為生命中化學反應的介質。水分子是極性分子，水分子之間和局部帶電的眾多其他分子之間可以形成氫鍵，因而可以溶解宇宙中自然

形成的化合物，例如碳水化合物、嘌呤、嘧啶等，而且水分子可以活躍地參與各種化學反應。小分子形成聚合物，例如氨基酸形成蛋白質，單糖形成多糖，核苷酸形成核酸，都是通過縮水反應完成的。反過來，水分子也可以被加回去，讓聚合物變回單體，即水解。

由於水分子之間可以形成氫鍵，水分子雖小，沸點卻很高，在一個大氣壓下，低於100攝氏度即可以變為液體，不像碳氫化合物要在低得多的溫度下才能為液體。例如甲烷的相對分子質量（16）與水的相對分子質量（18）相近，但是要在-161攝氏度才能從氣體變為液體。由於化學反應的速度是隨溫度升高而加快的，液態水的溫度可以使化學反應以比較快的速度進行，能夠滿足活躍的生命活動的需要。

水還有另一個神奇的特性，就是在4攝氏度時密度最高，低於4攝氏度時密度反而降低。這是由於4攝氏度時水分子的排列最緊密的緣故，溫度再降低水分子逐漸按照冰中水分子的排列，分子之間的空間反而更大。水的這個特性使得海洋和湖泊在結冰時，冰浮在水面，液態水反而在冰層下。這就可以保護冰層以下的生物不會被凍在冰里。如果水的密度隨溫度降低而降低，海洋湖泊就會從底部凍起，最後使整個水體凍透，裡面的生物也難以生存了。

從這些事實出發，可以認為外星生命應該也以水為介質。科學家在提出「宜居帶」的概念時，也是以液態水的存在為標準。

土星的衛星土衛六表面也有湖泊，但是湖泊裡面的液體不是水，而是液態的甲烷。土衛六的大氣98.4%為氮氣，1.4%為甲烷，氫佔0.1%~0.2%，密度是地球大氣的1.45倍。土衛六的表面溫度為-179.2攝氏度。在這樣的環境中是否能夠形成生命，是一個有趣的問題。

甲烷分子是非極性的，和水分子這樣的極性分子不同，所以要在土衛六上形成生命，所使用的機制應該和以水為介質的生命相反。例如地球上的生命使用磷脂組成雙層細胞膜，親脂的脂肪酸碳氫鏈在膜內，親水的磷酸根在膜表面與水環境接觸。如果要以甲烷為介質，膜的構造應該反過來，親水的部分在膜內，親脂的部分在膜表面。出於這個想法，有人提出了「反轉的磷脂膜」（inverted phospholipid bilayer）的想法。但是在土衛六極端低溫的條件下，十幾個碳長的碳氫鏈會變得異常僵硬，反轉的磷脂膜會失去柔韌性，細胞膜必須由比較小的分子構成。用化學模擬的方法，美國科學家提出用存在於土衛六的大氣中（大約10 ppm, 1個ppm為百萬分之一，part per million）的丙烯腈（acrylonitrile）組成細胞膜的想法。丙腈眼分子由於一頭帶部分正電，另一頭帶部分負電，它們能夠以頭尾顛倒排列的方式組成膜和小囊。理論計算表明，由丙烯腈在甲烷液體中形成的膜具有磷脂膜在水中相似的柔韌性，有可能起到甲烷液體中細胞膜的作用。

土衛六的大氣中還含有大量的氰化氫（HCN，200 ppm），可以聚合成多種形狀的長鏈聚合物，其骨架由不同比例的碳原子和氮原子組成。這些長鏈化合物能夠溶解在液態甲烷中，成為可能的生命大分子。更有趣的是，這些化合物還能夠吸收可見光，因而可以利用太陽光的光能驅動化學反應。這些研究結果似乎表明，以非水液體為介質的生命也是可能的（圖14-2）。

但是土衛六上極低的溫度使得化學反應不可能以比較快的速度進行，難以支撐活躍的生命活動。即使這樣的生命真能形成，其新陳代謝也會是極其緩慢的，很可能不能超越單細胞生物的階段。而且甲烷湖泊下面就是深達幾十千米的水的海洋，這些水是有可能通過冰層上的裂縫與甲烷接觸，從而干擾以甲烷為介質的生命的生成。在以水為介質的生命中，高能化學物是以磷酸根為基礎的，而在甲烷的介質的生命中，含磷酸根的化合物不能被溶解，因此難以成為這些生物的高能化合物。在這些生命形式中用什麼分子形成高能化合物，也是一個難以回答的問題。因此，以上的設想雖然具有一定的理論意義，但是在土衛六的甲烷湖中形成生命的可能性不是很大。

外星生命很可能也是以碳為基礎的

生命需要的複雜大分子以儲存遺傳信息和催化多種化學反應。而複雜分子需要穩定的「骨架」，問題是什麼元素才能形成這樣的骨架。周期表內目前有118種化學元素，其中天然存在的化學元素有94種，其餘24種為人工合成的元素。百種左右的元素，好似選擇很多，其實原子能夠彼此相連，形成穩定的長鏈或者環形結構的元素少之又少。在天然存在的94種元素中，絕大多

數為金屬元素，而金屬元素是無法形成鏈狀或者環狀骨架的。非金屬元素中的惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙、氡）根本不發生化學反應，自然不用考慮。鹵族元素（氟、氯、溴、碘）只能以單化學鍵與其他原子相連，也不能連成鏈或環。氧、硫、硒的原子是二價的，即使能夠連成鏈，也無法再連上別的原子，形成有生物功能的分子，況且在實際上，它們也並不能形成長鏈。這樣餘下的非金屬元素就只有硼、碳、氮、硅、磷、砷6種。其中氮、磷、砷的原子不能形成長鏈。硼原子可以彼此相連或者通過氫原子相連，形成籠狀的骨架，上面再連上氫原子，形成硼烷（Borane，例如六硼烷B6H10）（圖14-3），但是這樣的分子構造簡單且封閉，數量也有限，不大可能成為組成生命的分子，也不見於地球上的生物體中。於是剩下可以考慮的就只有碳和硅。

硅和碳元素在元素周期表中屬於同一族，能像碳原子那樣用化學鍵與別的原子相連，並且能彼此相連形成長鏈，鏈上再連上氫原子形成硅烷（Silane）。它還能結合其他元素形成功能基團，比如和羥基（—OH）相連形成羥基硅烷，所以有人推測有些外星上的生命可能是以硅為基礎的。但是硅—氫化合物在水中容易水解，所以這樣的生命不能用水為化學反應的介質。再考慮到水在宇宙中幾乎無處不在的情形，以硅為基礎的生命出現的可能性不大。

碳原子位於第二周期的中央，外層有4個電子（兩個s電子和兩個p電子），說多不多，說少不少，既不容易完全失去電子，也不容易完全獲得電子，而是可以用化學鍵（通過s電子和p電子的雜化軌道）與其他原子形成共價鍵，也能夠彼此相連形成長鏈和環狀骨架。由於碳原子能夠以共價鍵與別的原子相連，除了碳原子彼此相連外，還可以和其他的原子或者功能基團相連，形成具有各種功能的複雜化合物，因此碳原子最適合作為生物大分子的骨架。地球上的生命分子就

是最好的例子。葡萄糖、脂肪酸、氨基酸的分子都是以碳為骨架的。看看煤和石油，就可以實際感受一下地球上的生命以碳為基礎的事實。煤和石油就是過去地球上的生物被埋在地下，經高溫高壓分解，所遺留下來的碳骨架。

碳也是宇宙中含量很高的元素。由於質量大於3個太陽質量的恆星就可以通過熱核反應合成碳，碳是宇宙中含量第4高的元素（0.46%）。除含量最高的氫（73.9%）和氦（24.0%）以外，碳的含量僅次於氧（1.04%）。在星際塵埃中發現的各種化合物，大部分是含碳或者以碳為骨架的分子。例如糖類、氨基酸、脂肪酸、嘌呤和嘧啶。在其他星球上原始生命形成時，這些化合物，由於含量豐富，自然也容易被當作生命分子中的首選。

由於這些原因，外星生命有極大可能也是以碳為基礎的。當然以碳為基礎的生命不一定要採用現在地球上生命的模式。比如遺傳物質就不一定是DNA或RNA，執行催化功能的分子（酶）也不一定是蛋白質。但是具有類似功能的生物大分子很可能也是以碳為骨架的。

應該是由細胞組成的

生物體內部的物質組成和外部無生命的環境的物質組成有極大的不同。要形成生命，最基本的條件就是要把生物體的內容物與外界環境分開。換句話說，最初的外星生命也應當是以細胞的形式出現的。

在地球上，這是通過細胞膜來實現的。細胞膜是兩性構造，內部的親脂環境阻礙水溶性分子通過，而外部的親水部分又能夠與水環境密切接觸。如果外星生命也是在水環境中形成的，類似的細胞膜也是需要的。當然外星生物的細胞膜不一定是由磷脂所組成，只要能夠形成親脂的內層和親水的外層，類似的膜也可以在水中形成。例如2001年，美國航空航天局（NASA）和加州大學桑塔·克魯茲分校（UC Santa Cruz）的科學家合作，模擬太空中的狀況來產生有機物。他們

按照星際冰中物質的比例，混合了水、甲醇、氨、一氧化碳，在類似星際空間的溫度（15K，即絕對溫度15度，相當於零下258攝氏度）下用紫外線照射這個混合物。當被照射過的混合物的溫度升到室溫時，有一些油狀物出現。當把這些物質提取出來，再放到水中時，它們就會形成囊泡，直徑10~50 微米，正好是真核細胞的大小。這個結果說明，在太空中形成的有機物可以自發在水中形成囊泡結構，這就使得原始細胞的形成成為可能（圖14-4，參看圖1-8）。

當然只有膜結構還不夠。為了與環境進行物質交換，生物所需要的分子必須要有某種方式通過膜進入細胞內，細胞內形成的廢物也必須以某種方式被排除到細胞外。這就需要膜上有各種分子通道幫助這些分子通過細胞膜，這些通道也不一定是蛋白質。

細胞膜的形成意味著細胞內外的物質交換隻能通過擴散過程來完成。生物所需要的分子必須通過在水中擴散到達細胞膜，再進入細胞內所需要的地點。由於擴散是一個緩慢的過程，這就要求細胞的體積不能太大，以保證細胞有足夠大的相對錶面積（細胞的表面積和細胞體積之比）來接收外界的分子，同時進入細胞的分子也可以很快到達所需要的位置。由於分子在液態水中擴散的速度在宇宙的各處都應該是類似的，這也決定了外星生物的細胞也不能太大，很可能也是微米級的。

出於同樣的原理，外星生物要變得更大，也應該走地球上多細胞生物的道路，而不是單個細胞自身變大。也就是說，大型的外星生物的身體也應該是由細胞組成的（見第四章第二節）。多細胞意味著生物體有內環境。位於身體內部的細胞也必須有某種方式獲得所需物質的供應，某種形式的輸送系統是必要的。

只要有光就會有會光合作用的生物

生命活動是靠能量來驅動的。雖然各種星球上有各種能量形式，例如放射性同位素的衰變、磁場、物體移動的動能（例如風能，水流和波浪的動能）、勢能（物體從高處落下釋放的能量）、熱能（由溫度梯度提供），這些能量形式都難以被生物所利用。能夠被生物利用的，只有跨膜離子梯度、氧化還原反應釋放的化學能，以及來自恆星的電磁輻射能。

膜兩邊不同濃度的離子分布本身就是能量儲存的一種方式。在地球上，海底熱泉可以在膜狀結構的兩邊形成氫離子梯度，而這是生物可以加以利用的能量形式。地球上生命起源的假說之一，就是生命最初在海底熱泉周圍形成。如果其他星球上也有類似的海底熱泉，生命也有可能在那裡形成。

如果星球上有可以被氧化的物質，例如氫氣，甲烷，也有能夠接受電子的物質，例如硝酸鹽，它們之間的氧化還原反應也可以被生物所利用。地球上最初的生物可能也是通過這種方式獲得能量的，至今一些微生物仍然用這種方式獲得能量。

但是海底熱泉畢竟有限，還原物和氧化物的供應也有限，也不是隨處都有。生物最穩定可靠，隨處可得的能源，還是來自恆星的電磁輻射，而且能夠接收這些輻射的能量的分子可以多種多樣。在最初的生命形態出現後，能夠進行光合作用的生物早晚會出現。地球上能夠

進行光合作用的藍細菌是地球上最古老的生物之一，估計能夠進行光合作用的外星生物也會在生命誕生後不久就出現。而且由於它們有穩定的能源供應，比用氧化還原反應獲得能量的生物更有優越性，因而容易發展起來。

由於不同的恆星發出的電磁輻射光譜不同，用來吸收這些電磁波的色素分子構造也會不一樣，因此進行光合作用的外星生物不一定是綠色的。

異養的生物也應該出現

由於適於進行光合作用的光輻射能量密度很低，通過光合作用積累有機物質的速度是很慢的。地球上的植物經過億萬年的演化，光合作用的效率已經達到極限，但也需要長時間的光照才能合成有限的有機物，例如每株小麥就需要幾個月的光照，才能合成那十幾粒麥粒。而異養的生物只是把別的生物（歸根到底是進行光合作用的生物）現成的有機物拿來，而且拿的數量不受限制，異養生物積累有機物的速度就會快得多，也能夠進行需要消耗大量能量的生命活動，包括神經活動。例如人一天就需要大約500克有機物，這些有機物就需要大約1平方米的小麥幾個月的光合作用才能形成，但是通過異養方式，這些有機物一天就被消耗掉了，因此異養是比自養更有效的生活方式。地球上生物的物種中，絕大部分是異養生物。

如果在外星上光合作用能夠大規模地進行，形成大量的有機物，就會給那些「拿現成」的外星生物提供了機會。在這種條件下，外星的異養生物（相當於地球上的動物）多半會出現，外星的智慧生物也會從這些異養生物中產生。

儲存遺傳信息的分子和催化化學反應的分子應該彼此分開而又互相聯繫

外星生物應該和地球上的生物一樣，也是由複雜的化學反應系統組成的。其中的許多反應，特別是需要能量的合成反應，需要特殊的催化劑來完成。在地球上，這個任務是由具有催化功能的蛋白質（酶）來執行的。外星生物不一定要有由氨基酸組成的蛋白質來催化各種化學反應，但是也需要有由簡單「零件」組成的複雜分子來執行這個任務。

外星生物和地球上的生物一樣，也不可能是永遠不死的「金剛不壞之身」，要生命能夠持續下去，必須要有生成下一代的能力，也就是外星生物必須要進行繁殖。這就需要有分子來儲存身體構造信息的分子，以便把這些信息傳遞給下一代。換句話說，外星生物也必須有遺傳物質。這種物質不一定是DNA，但是也必須穩定而且能夠被複制。

對遺傳物質的要求應該是穩定，即應該不受每「日」生命活動的干擾；而對催化物質的要求應該是動態，這樣才能使生命活動不斷調整自己以應對外界條件的變化。為了使這兩類分子各司其職，達到高效率，這兩類分子應該逐漸彼此分開，類似於地球上的DNA和蛋白質。後者應該由前者編碼，前者則由後者合成和複製。

也可能通過自然選擇來演化

如果外星生命的遺傳物質不是一成不變，而是像地球上的DNA那樣也會由於各種原因而逐漸改變的話，外星生命很可能也要遵循達爾文提出的演化規律，即遺傳物質變化的後果會通過自然環境進行選擇，能夠適應環境條件變化的才能生存下來，不能適應的就被淘汰。這樣外星生命也會有一個從簡單到複雜，從低級到高級的發展過程。

外星生物演化的快慢取決於各個星球具體的條件。如果資源不是很豐富，環境的變化又極其緩慢，也許外星生物會長期停滯在比較低級的階段上。特別是圍繞紅矮星旋轉的行星，環境也許比類似太陽系的系統簡單和缺少變化。紅矮星由於熱核反應進行的速變比較低，壽命極長，可以在幾百億甚至上千億年的時間內穩定地發光。由於紅矮星質量小，形成行星的雲盤也比較小，也許只形成一顆行星，也沒有被大的隕石碰撞的事件。在這樣的系統中生物演化的「動力」要比在地球上小得多，估計那裡的生物演化也相對緩慢。地球從誕生之日起，經歷了多少「驚心動魄」的事件，多次造成物種大規模的絕滅，同時也使地球上的生物不斷演化，最後產生了人這樣的智慧生物。

自然選擇也包括生物之間對資源的競爭，因為生物

也是自然的一部分。在地球上，捕食與避免被捕食是促使生物演化的強大動力，如果有異養的外星生物出現，外星生物也會有捕食者和被捕食者之間持續不斷的鬥爭，促使雙方都不斷完善自己。鬥爭的行為也會最終進入遺傳物質而被固定下來，以便每一代都能夠以同樣的行為行事。所以如果有外星「人」造訪地球，他們對人類不一定是友好的。當然也有另一種可能性：能夠造訪地球的外星人一定擁有極為先進的科技，在「思想」的發展上可能也遠超過人類的發展階段。他們也許已經能夠理性地消除彼此之間的戰爭，對地球上的人類也可能非常友好而且提供幫助。到底是哪種情況，只有外星人真的到來那天才能知道。

也可能分雌雄兩性

如果外星生物的遺傳物質像地球上的DNA一樣，也是不斷變化的，那麼他們也會遇到遺傳物質是否能夠共享的問題。在地球上，從病毒、細菌到人類，都通過各種方式共享同種或類似生物個體之間的遺傳物質，以使遺傳物質多樣化，更好地適應環境的變化。有性生殖就是融合兩個生物體的遺傳物質，立即共享雙方的遺傳資源，是地球上多數生物，特別是高級生物的繁殖方式。但是有性生殖是以減數分裂為前提的，如果外星生命能夠發展出自己的減數分裂機制，估計外星生物也會逐漸分化出雌雄兩性。

有性生殖需要雌雄兩性的配合，受精卵也通過不斷的一分為二的方式發展出新的生物體。外星生命是否可能是三性的呢？三性不僅使得尋偶、求偶、交配更為複雜，而且還會由於個體的密度過低時找不齊三方而無法生殖。由於三方都有否決權，成功的概率會大大降低。而且三性也需要受精卵分為三份的機制，這也是非常複雜和困難的。出於這些原因，估計外星生物即使實行有性生殖，性別也不會超過雌雄兩性。

智慧外星生物的出現

由於宇宙的年齡是137億年，而地球的歷史只有45.4億年，會有一些行星形成的時間比地球早得多，上面的生命也更早開始發展，其中一些星球上生物演化的階段也就可能大大超越地球上生物的演化階段，也就是有可能演化出遠比人類先進的智慧生物，他們的科學技術水平也可能是目前地球上的人類難以想像的。

在地球上，智力是以神經系統為基礎的。動物最偉大的貢獻就是發展出了神經細胞和神經系統。這不僅大大提高了信息傳輸的效率，也從神經活動中產生了感覺，再在感覺的基礎上發展出了自我意識和情緒。意識的進一步發展就是智力，即「我」主動地分析處理通過感覺獲得的信息（包括即時的和記憶的），從各種行動可能中選擇出最佳方案。人類的智力就是這個發展過程的最高成就。

但是我們不知道外星生物是否也會發展出用同樣機制工作（神經衝動，即膜電位的變化以接力的方式傳輸）的神經系統。如果他們有不同的信息傳輸系統，即不使用神經衝動的方式，也許他們也不會產生地球上動物，特別是人類這樣的動物的感覺和意識，他們處理信息的方式可能也和地球上動物的方式不同。如果智慧從這些外星生物產生，我們很難想像它是什麼樣的，和地球上人的智慧有什麼不同。

計算機和人腦都能夠處理信息，但是計算機處理信息的原理是基於晶體管的，是沒有意識的。而人對信息的處理是基於神經網路的，是有感覺和有意識的。但是通過界面，計算機和人類能夠進行溝通。如果外星生命有和人類不同的處理信息的方式，他們的智力和我們的智力就會有本質的差別，但是也有可能彼此溝通。外星生物的生理構造會極大地促進人類對生命現象的理解，而外星生物的智力對人類的影響更是不可估量的。

自序/

第一章　我們的宇宙是生命的搖籃

第一節　碳元素是生命的核心元素 / 1

第二節　生命的原料宇宙中都有 / 4

第三節　原始細胞可以在自然條件下形成 / 7

第四節　RNA催化了最早的生命 / 10

第五節　水在宇宙中並不稀少 / 15

第二章　了不起的原核生物

第一節　生命乍現 / 17

第二節　神通廣大的原核生物 / 18

第三節　蛋白質催化原核生物 / 21

第四節　RNA和蛋白質的華爾茲 / 25

第五節　DNA取代RNA成為遺傳物質 / 28

第六節　隨機應變的基因調控 / 31

第七節　細胞的「牆壁」和「門戶」 / 33

第八節　氧化還原反應供給能量 / 36

第九節　「蓄水發電」合成ATP / 37

第十節　破解燒碳難題 / 41

第十一節　正轉和反轉的三羧酸循環 / 43

第十二節　發明光合作用 / 46

第十三節　「骨骼系統」 / 53

第十四節　喧鬧中的秩序 / 57

本章小結 / 59

第三章

更上一層樓的真核生物

第一節　什麼是真核生物 / 60

第二節　線粒體是關鍵 / 62

第三節　細胞核出現 / 64

第四節　組蛋白和染色體 / 68

第五節　端粒和端粒酶 / 69

第六節　「骨骼系統」和「肌肉系統」 / 73

第七節　有絲分裂 / 82

第八節　「胃」和「回收中心」 / 84

第九節　被收容的葉綠體 / 89

第十節　內質網和高爾基體 / 92

第十一節　蛋白質的「路牌」 / 95

第十二節　對生物膜「動手術」的蛋白質 / 101

第十三節　膜系統是如何出現的 / 103

本章小結 / 106

第四章　　細胞分工的出現——多細胞生物

第一節　單細胞巨無霸 / 108

第二節　演化為多細胞生物的各種嘗試 / 109

第三節　生殖細胞和體細胞 / 118

第四節　幹細胞 / 119

第五節　永生的生殖細胞 / 126

第六節　體細胞的衰老和死亡 / 130

第七節　細胞的程序性死亡 / 143

第八節　叛逆者——癌細胞 / 148

本章小結 / 153

第五章　　植物、動物、真菌的起源第一節 　體外消化獲得營養的真菌 / 157

第二節　體內消化獲取營養的動物 / 160

第三節　超級生產者——植物 / 170

本章小節 / 186

第六章　巧奪天工的生物結構

第一節　直接接觸形成結構 / 190

第二節　遠程控制生物結構 / 199

第三節　生物結構形成的各種理論 / 204

第四節　執行擴散性信號的基因 / 209

第五節　四肢的形成 / 212

第六節　眼睛的形成 / 221

本章小結 / 229

第七章　生物性史第一節　從無性到有性 / 232

第二節　破解有性生殖的難題 / 236

第三節　細胞選擇和異性選擇 / 243

第四節　怎樣避免近親交配 / 244

第五節　孤雌胎生和世代交替 / 247

第六節　有性生殖的回報系統 / 248

第七節　求偶競爭 / 250

第八節　令人困惑的性染色體 / 252

第九節　決定性別的基因 / 253

第十節　男性會消失嗎 / 255

本章小節 / 256

第八章　　　細胞的信號傳輸系統第一節　蛋白質分子的信息開關 / 258

第二節　原核生物的信號系統 / 261

第三節　動物的單成分系統 / 269

第四節　動物的雙成分系統 / 272

第五節　動物的多成分系統 / 275

第六節　動物的G蛋白-蛋白激酶A系統 / 279

第七節　傳遞信息的磷脂分子 / 282

第八節　神經細胞是信息的高速公路 / 285

第九節　神經細胞的信號輸出 / 291

第十節　神經細胞可能是從上皮細胞演化而來的 / 294

第十一節　膜電位的演化 / 297

本章小結 / 301

第九章 病　毒

第一節　種類和繁殖 / 303

第二節　病毒的起源 / 306

第十章　生物的防衛系統

第一節　細菌的防衛系統 / 311

第二節　動物的先天免疫系統 / 315

第三節　植物的防衛系統 / 319

第四節　脊椎動物的適應性免疫系統 / 321

第五節　解毒和排毒 / 331

本章小結 / 335

第十一章　　生物與空間和時間

第一節　生物與空間 / 337

第二節　生物與時間 / 342

本章小結 / 357

第十二章　動物的感覺

第一節　感受電磁波的視覺 / 359

第二節　感受機械力的聽覺、自體感覺和觸覺 / 391

第三節　味覺和嗅覺 / 413

第四節　痛和癢 / 425

本章小結 / 439

第十三章　動物的意識與智力

第一節　生物的兩種反應類型 / 441

第二節　感覺是最初的意識 / 443

第三節　記憶的形成 / 445

第四節　有情緒和智力的昆蟲 / 449

第五節　聰明的章魚 / 454

第六節　鳥類的智力 / 455

第七節　哺乳動物的智力 / 460

第八節　意識和智力的演化 / 462

第九節　精神和物質 / 467

第十節　人還會變得更聰明嗎 / 468

本章小結 / 475

第十四章　外星生命

第一節　生命的偶然與必然 / 479

第二節　對外星生物的猜想 / 480

主要參考文獻 / 487

索 引 / 495

推薦理由1：

一本「挑釁」當今人類主流自然觀的作品，即使你不同意它的論點，也會被迫重新考慮自己的觀點

推薦理由2：

據統計，全世界每天有75個物種滅絕，每小時有3個物種滅絕……這場嚴重的生物多樣性危機，難道真的毫無挽回餘地了嗎？

從過去的1萬年至今，地球上是否一直持續發生著大規模的新物種起源，且演進速度不斷加快？

為何人類如此不願意接受新的物種？又為何要把人類行為從根本上定性為「非自然性」行為？

重新講述人類紀與地球生命的故事

人類在地球上的出現，對其他生命來說，僅僅只是一種更嚴重的生存威脅？

試圖壓制那些從以前的棲息地\"入侵\"地球新地區的\"外星人\"物種是否明智？

按照今天物種的消失速度計算，2050年的地球真的會變成「孤獨星球」嗎？

今天，人們普遍認為，地球正處於第6次物種大滅絕的進程之中，人類是罪魁禍首；然而，這種敘述是否掩蓋了一個更充滿希望的真相呢？

《未來生命通史》集結了著名的生物進化學者克里斯•托馬斯，在世界各地工作與考察的大量實例：從約克的棕褐色黃鉤蛺蝶，到紐西蘭火雞大小的紅喙南秧鳥，不同物種在人類工農業「鐵蹄」下依然能夠成功生存繁衍；城市化和大規模農業種植，為有進取心的動植物創造了新生存空間；人類對生態系統的改變，刺激了幾乎每個生物種群的進化演變……

托馬斯挑戰了如今已被廣泛接受的地球生物多樣性衰退論，以不可爭辯的事實和嚴謹的科學論斷證明，人類不僅提高了世界大部分地區的生物多樣性，並且加快了新物種的形成速度，事實上，人類已經開啟了一場地球歷史上規模宏大的進化革命。

（Chris Thomas）

·英國皇家學會研究員

·英國生態學會獎章得主

·約克大學進化生物學教授

克里斯•托馬斯是具有高級影響力的生態學家和進化生物學家。

2004年，憑藉在保護生物學課題研究方面的突出貢獻，榮獲馬什獎；

2011年，憑藉在氣候變化領域的卓著成果，榮獲頗具威望的英國生態學會首席獎章；

2012年，入選英國皇家學會成員，並成為皇家昆蟲學會的中堅力量；此外，他還獲得過倫敦動物學會科學獎章。

托馬斯的研究成果曾榮登《衛報》和《華盛頓郵報》頭版，其作品被引用超過26000次；自2000年以來，他在學術期刊上發表了210篇文章，被29部專著引用，並出現在20多本雜誌上。此外還編寫了一本教材。

普利策獎得主 《大滅絕時代》作者 伊麗莎白•科爾伯特

在《未來生命通史》中，克里斯•托馬斯以百萬年周期的視角，觀察了這個現如今為人類所統治的星球，其中不乏深刻的洞見，以及讓人耳目一新的、看似反直覺卻給人以希望的事實。

《時代》

一部重要的著作。寫作流利，思考縝密，論證理性，用案例研究巧妙地提出了令人震驚的差異化觀點。

《新科學家》

本書集結了克里斯•托馬斯在世界各地實地工作與考察的大量案例。顯然，托馬斯所追求的是更加高尚，也更加樂觀的現實。

《BBC野生動物》

一部反悲觀主義的，令人振奮的著作。

《泰晤士高等教育》

一部迷人的著作。克里斯•托馬斯研究了人與自然的關係，有好的一面，也有不好的一面，並對人類當前的境遇提出了更樂觀的看法。他的觀點豐富、及時、無懼挑戰。書中還充滿了全球不同生態系統的真實案例研究。

第1章 物種「全球化」的急先鋒——麻雀

家雀兒：一種厭倦野外生活的麻雀

人類與小小鳥，緣何愛恨糾葛5 000年？

在美國，麻雀侵犯了藍知更鳥的「生存權」

基因序列中蘊含著的起源秘密

外來物種冒失地與本土物種「發生雜交」後……

第2章 人與動植物，到底誰「馴化」了誰?

大象：要不是人類，我們早遍布地球了

聰明的狩獵者與不幸滅絕的獵物

鳥類、哺乳動物：感謝恐龍的滅絕

進化的勝利者在我們的餐盤中

人類放下屠刀，大型動物立地「繁榮」

第3章 多少物種已經滅絕，又新加入多少

「機會主義者」在人類世界活得蠻滋潤

40%的鳥類會像渡渡鳥一樣因人類滅絕嗎？

會挖洞的貓頭鷹已經侵入了農田！

婆羅洲蝴蝶、匈牙利昆蟲及德國植物都在增加

第4章 變化的氣候與「流浪地球」的生物

高山物種向更高海拔遷移，然後呢？

「無家可歸」的狼群與蛾、蛙的困境

獅尾狒和冰期甲蟲的最後「聖地」

格陵蘭旅鼠就「應該」生活在格陵蘭嗎？

狸白蝴蝶：「戒掉」啤酒花「沉迷」刺蕁麻

三分之二物種的身份已成「非法移民」

第5章 生物入侵併非傳說的那麼恐怖

大量物種回歸，「黑暗森林」重現

在20世紀，很多魚類環遊世界的夢想成真了

結成「復仇者聯盟」的環保主義者與生態學家

全球貿易令物種轉移進程加快了2億年

外來掠食性動物緣何與疾病一起臭名昭著？

十數定律：1 000種外來物種，「關鍵種」僅1個

第6章 人類紀時期，物種的「成」與「敗」

本將滅絕的南秧雞，卻在人工草坪「安居樂業」

大量獵殺入侵動物就能保護瀕危物種嗎？

支持弱者值得尊敬，支持強者更加奏效

進化替代：換了一種活法的紐西蘭蝙蝠

2.5米的巨型袋鼠、2 噸的袋熊也難逃滅絕

第7章 如何在棲息地條件變化時生存得更好

堇蛺蝶：為適應新環境主動改變了飲食習慣

恐龍滅絕以來最快速的進化時期

人工選擇與自然進化：並無不同

達爾文也會感到震驚的成功基因

第8章 泛大陸群島上的進化革命

令達爾文聲名鵲起的「達爾文雀」的故事

物種多樣性增加的「幕後推手」

基因隔離：蘋果實蠅與山楂實蠅分道揚鑣

進化趨異與物種形成已進入「超速」狀態

第9章 「冒險家物種」：與遠親接觸並雜交

千里光：人類導演了我們的邂逅雜交「劇本」

建立「大不列顛大米草帝國」的大米草

多物種、多元雜交的代表性動物——人類

純種執念：北美野牛因品種不純就該被宰殺嗎？

新種群、新種族和新生物因人類而快速誕生

第10章 人類令大自然「不太自然」了嗎？

黑猩猩與人類擁有同一個曾曾曾曾祖父母

獅子、野牛和虎鯨也同樣認為自己「獨特」

切爾諾貝利核災難下的「失落之城」

人類離開地球後，會發生什麼？

第11章 諾亞地球：我們是居住者更是守護者

「移民」後再次繁盛起來的蒙特利松

藍桉樹：我要向傳統環保觀發起挑戰！

以人為本的環保觀與冷漠無情的環保觀

毛猛獁象：復活生物學的下一個大獎

歡迎來到人類紀公園——我們的家

後記 100萬年以後的世界……