生命很快,也很慢。
這本書跨越24個數(shù)量級,用10個章節(jié)依次探究不同時間尺度(從一毫秒到十億年)的生命過程,為我們?nèi)笆秸宫F(xiàn)了在宇宙的時間尺度內(nèi)設(shè)定的生物學(xué)視野。
在時間軸的微觀這一端,人類對時間的感知能力有限,有很多非?斓纳F(xiàn)象無法被我們察覺,比如真菌拋射孢子、水母蜇刺時射出刺絲囊只需幾微秒。蜂鳥每秒振翅50次,這種頻率處于我們的視覺感知極限處。自然選擇做了權(quán)衡,讓人類成為現(xiàn)在的樣子,專注于最常見的危險(xiǎn)事物所在的時間尺度。所以,動物心跳的數(shù)量級是秒,而晝夜節(jié)律和近年節(jié)律這兩個內(nèi)置生物鐘分別以天和年為單位。
在時間軸的另一端,能輕松存活幾千年的狐尾松具有抵抗衰老的力量,從河馬遠(yuǎn)親到鯨的演化花了數(shù)百萬年,生命的起源、地質(zhì)變化是更為緩慢的過程。
不過,就像一條銜尾蛇一樣,生命的時間軸兩端其實(shí)連在一起。生命之快是生命之慢的基礎(chǔ),生命之慢則為生命之快提供了必要的解釋,二者不可分割。眩目的生命之快無處不在,細(xì)胞內(nèi)分子的運(yùn)動通常需要幾毫秒或幾十毫秒,更快的細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)和無意識神經(jīng)沖動在幾微秒之內(nèi)完成(細(xì)胞內(nèi)能量傳遞過程則屬于量子過程的范疇),因此生命體的每一秒都要受到這些快的約束。研究生命之快,可以讓我們明白生命的運(yùn)行機(jī)制;反過來,探索生命之慢,可以讓我們領(lǐng)悟生命演化那緩慢卻堅(jiān)定的力量。這本書以充滿詩意、富有洞見的語言,展現(xiàn)生命的豐富、力量和美感,吸引每一個對自然和生命感興趣的人。
生命很快,一秒中發(fā)生的豐富自然現(xiàn)象帶給我們的觸動,絲毫不亞于仰望頭頂銀河時產(chǎn)生的感受。生命也很慢,海中動物上岸生活,陸地生物長出翅膀翱翔天際,需要經(jīng)過數(shù)百萬年的演化。從微生物到座頭鯨,從一毫秒到十億年,生命賴以生存的過程跨越多個時間尺度。這本書以充滿詩意、富有洞見的語言,吸引每一個對自然和生命感興趣的人。
這是一本用新穎的視角重新看待自然、生命和宇宙的通俗科普讀物,在時間尺度的轉(zhuǎn)換中展現(xiàn)了客觀又富有好奇心的宇宙觀、自然觀。作者講述的科學(xué)知識并非最新、最前沿、最不為人所知的,但用全新視角看待它們并加以組合,就能帶來煥然一新的體驗(yàn)和感悟。
俄亥俄州邁阿密大學(xué)生物學(xué)教授,真菌學(xué)家。他還是該校久負(fù)盛名的通識教育專業(yè)西部項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。除了科學(xué)背景,他有頗高的文學(xué)修養(yǎng),已經(jīng)出版的其他科普著作包括《自私的人類》等。
推薦序 生命的一瞬與億年 V
前言 XI
這是一張生命的完整時間表,短至不足一秒,長至數(shù)十億年。生命之快與生命之慢,位于時間軸的兩端,卻相輔相成,不可分割。
第1 章 彈道(短于1秒,10-6~10-1秒) 001
什么是自然界最快的運(yùn)動?鐘形水母的刺絲囊導(dǎo)彈,還是真菌彈射孢子,又或者是跳蚤等昆蟲雜技演員伸展肌肉中的節(jié)肢彈性蛋白,一躍而起?
第2 章 心跳(秒,100秒) 017
潛意識的存在告訴我們,自由意志并不存在。那該如何確定時間的流逝不是幻覺?以秒為單位的心臟節(jié)律和詩歌中的抑揚(yáng)格,都讓我們感受到現(xiàn)在的真實(shí)。
第3 章 蝙蝠(分鐘和小時,102~103秒) 033
不管是欣然接受還是咬牙忍受當(dāng)下,我們的行為通常以分鐘和小時計(jì)。成為一只蝙蝠是什么樣的體驗(yàn)?小棕蝠的回聲定位是一種人類不具備的技能,另一種技能是活在當(dāng)下,從來不懼明天末日來臨。
第4 章 花(日、周、月,105~106 秒) 049
植物的行為遵循晝夜節(jié)律,睡蓮花朵開開合合,豆類和酢漿草在黃昏時垂下葉片。細(xì)菌、真菌和動物也通過時鐘蛋白的相互作用,記錄生命中的每一天。幾周或幾個月是一個重復(fù)演練晝夜節(jié)律的過程。
第5 章 蟬群(年,107 秒) 065
人類的童年和北美的周期蟬一樣長。這種蟬每隔17 年才現(xiàn)身一次,數(shù)十億只同時破土而出。這種近年節(jié)律是針對捕食者制定的巧妙生存策略,動物的冬眠同樣離不開近年節(jié)律。
第6 章 熊(10 年,108 秒) 079
脫水后的水熊可以經(jīng)受住高溫高壓和輻射的苛刻考驗(yàn),幾近堅(jiān)不可摧;毛茸茸的棕熊和黑熊每年休眠幾個月。它們位于生物體型范圍的兩端,以相近的方式適應(yīng)環(huán)境,延長壽命。人類也可以這樣做嗎?
第7 章 弓頭鯨(100 年,109 秒) 093
z長壽的人也沒能活過130 年,而弓頭鯨的壽命要長得多。胸棘鯛等深海魚類、格陵蘭睡鯊、北極蛤和大蜥蜴都是長壽選手,當(dāng)然還有陸龜。正如龜兔賽跑中那樣,緩慢穩(wěn)定者會贏得比賽,不過,任何有大腦的動物都無法存活超過300 億秒。
第8 章 狐尾松(1 000 年,1010 秒) 107
要論長壽,誰能和動輒幾千歲的狐尾松相比呢?還有巨型紅杉、落羽杉、非洲猴面包樹等長壽植物,它們的壽命要比z長壽的動物長10 倍。如果再將無性系納入考慮范圍,巨型顫楊集群會把時間尺度推進(jìn)到萬年以上。
第9 章 龍王鯨(100 萬年,1013 秒) 121
早在3 800 萬年前的始新世,龍王鯨在溫暖的熱帶水域中游弋,這個河馬的遠(yuǎn)親演化成現(xiàn)代鯨類的過程在大約800 萬年中完成,人類從外表非常相似的猿類演化到現(xiàn)在這個樣子也花了這么長時間。在創(chuàng)造生命的過程中,自然選擇緩慢卻堅(jiān)定。
第10 章 生命的開始(10 億年,1016 秒) 135
生命有40 億年歷史,真核細(xì)胞出現(xiàn)在20 億~30 億年前,在10億年前所有的生物還都是微生物。細(xì)胞一直是不可縮減的生命單位,被改造成細(xì)菌和緩慢爬行的變形蟲,增殖成狐尾松和鯨的身體。那么,第一個細(xì)胞如何誕生,生命為何開始?
致謝 151
參考文獻(xiàn) 153
圖片權(quán)利說明 183