十四行诗莎士比亚经典语录
让一屋猴子随机敲打键盘,能写出一首媲美莎士比亚的十四行诗吗?
100只猴子,即使用100万年的时间,实现这个目标的可能性也是微乎其微的。
生命诞生于随机事件,为什么这么多猴子,在如此长的时间内,却很难凑出一首十四行诗?
答案就在《生命的运作方式》中。
《生命的运作方式》是我看过的最有趣的生物学科普读物,把生命的奥秘用绘画和简单的语言描述出来,就像通过动画片学习科学一样,又轻松又能涨知识。这本书由两位作者合著而成,一位是才华横溢的画家:伯特窦德生,书中风趣幽默的插图都出自他手。一位是两次被提名诺贝尔奖的生物学家:马伦霍格兰博士,他发现的转运RNA(tRNA)和氨基酸活化机制,帮助构建了遗传学的基础。
这两位作者相识于1988年,因为对生物同一性的共同热爱,他们想不如让科学和艺术来碰撞一下,看看能创造出什么,然后就有了这本书。《生命的运作方式》揭开了生物多样性背后的内在相似性,用我们生活中常见的事物来演示分子级微观世界里发生的事情,我们会发现万物皆有联系。
01 一张图了解全书结构
科学家们早就发现,如果想理解高一层次当中发生的事,搞清楚低一层次中的现象会有很大帮助。
通过了解各个组成部分来理解整体的方法,就是还原论。在生物科学领域,还原论促进了基因研究的巨大进步,很多生物学家都是还原论者,而自然学家们大多持有整体论观点。《生命的运作方式》集合了还原论和整体论的优势,既包含了整体视角,又包含了微观视角,帮助我们深入浅出地理解生命的运转。
第一部分:模式
这是一幅生命重要特征的全景图,讲述了生命运作的16种模式。从分子到最小的生物,再到人类这样的复杂生物,虽然存在形态千差万别,但所有生物的运转都可以被归入这16种模式中。
第二部分:能量—信息—装置—反馈—社群
这一部分讲述了微观世界发生的事情:生命如何从太阳光中获取能量;生命信息如何在DNA中被复制;蛋白质又是如何根据DNA的指令进行分工合作的;生命系统内如何实现协调、控制和反馈的;细胞之间又是如何沟通和协作的。
第三部分:进化
了解了微观世界的运转之后,作者又把视角拉回到整个生物进化的长河,看看生命是如何从单细胞,变成多细胞,再进化成复杂生物。这其中的主要机制就是自然选择,自然选择包含双重含义:随机和选择,缺一不可。
02 一张图描绘出两个主角——DNA和蛋白质
本书的两个主角是DNA和蛋白质。这个级别的微观世界,即使用最高倍数的显微镜,我们的眼睛也看不到。然而,两位作者发挥想象力,把DNA画成类似乐高积木的结构,而蛋白质作为DNA的执行者,变成一个个生动的小人。
DNA由四种核苷酸构成,黄色的是腺嘌呤A,红色的是胸腺嘧啶T,蓝色的是鸟嘌呤G,绿色的是胞嘧啶C。我们从图片中可以看出,积木的形状决定了A只能与T结合,G只能与C结合,通过类似拼积木的过程和ATGC不同顺序的排列组合,DNA记录了生命的所有信息。它的双链结构,一方面保证了它不会打结,另一方面也保护着内部的核苷酸序列,保证了生命信息的完整性。
蛋白质由且仅由20种氨基酸链接而成,但它的作用非常大,维持着整个生命的正常运行。如果把DNA当成是电脑的软件,那么蛋白质就相当于硬件,负责执行软件的指令,没有蛋白质,就没有人来干活了。DNA的排列顺序,决定了蛋白质中氨基酸的排列顺序,也因此产生了不同种类的蛋白质。在这里,作者用甜甜圈店的菜单排序来给我们讲解,DNA是如何把信息转化成不同功能的蛋白质。
《生命的运作方式》在讲解细胞内部发生的事情时,通常会用我们身边常见的事物来比喻,把看不见、抽象的生命活动一下子变得容易理解起来。
03 一张图告诉你,为什么有性繁殖是进化史上的十大发明之一
葡萄藤剪一个分枝下来,就能长成一株新葡萄;草履虫可以直接分裂成两个新个体;水蛭通过出芽可以诞生下一代。为什么高级生命体却在采用有性繁殖的方式来繁衍后代呢?人类为什么不通过出芽这种高效的方式来生孩子呢?
采用无性繁殖的单细胞或多细胞生物,它们的后代和母体完全相同,它们要发生变化只能指望着唯一的途径:基因突变。这样就导致生物进化速度缓慢,不能很好的适应环境变化。
而采取有性繁殖的生物,比如图片中的牛,不同颜色代表来自父系和母系的两套基因,在产生精子和卵子时,每只牛就把来自父母双方的基因进行了随机混合,装进生殖细胞中;当卵子和精子结合后,就相当于四套基因混合在一起,受精卵通过分裂,将混合好的基因进行复制,生下来的小牛就会拥有四种颜色的基因。
基因的随机组合,能诞生更适应环境变化的基因组,小牛就可以拥有比上一代更适应环境的性状,这些有利基因可以通过有性繁殖快速传播,甚至能促进新物种的诞生。所以,有性繁殖具有重大的进化意义,它加速了生物演化的进程。
04 一张图告诉你达尔文和拉马克进化论的根本分歧
查尔斯达尔文提出的进化论,可以概括成以下几点:
所有的生物都有共同的起源,新的物种从业已存在的物种分支发展而来; 一个种群中的个体之间存在随机差异,变异会持续地、以不确定的方式发生。 生物必须在持续变化的环境中竞争以求生存的压力,导致有益的性状被选择性地保留下来。那些有助于适应环境的性状得以幸存并传至下一代,反之则消亡。 尽管每个因适应环境而发生的变化都很小,然而日久天长,择优原则的累积效应使得生物个体的差异日益明显,最终产生新物种。
达尔文并不是最早提出进化论的人。最早的进化论来自 让-巴蒂斯特拉马克,拉马克认为所有的物种之间都存在血缘关系,物种随着时间在发生变化,这与达尔文的进化论是一致的,然而,拉马克与达尔文进化论的根本分歧在于,进化中是否存在生命意志。怎么来理解这句话?
我们可以从上面的图画中看到,拉马克认为,长颈鹿为了吃到高处的树叶,会有意识地伸长脖子,长脖子会作为一种遗传性状传递给下一代,产生长脖子的长颈鹿。
达尔文则认为,长颈鹿不是自己把脖子拉长的,而是因为基因突变,产生了少数长脖子的长颈鹿,低处的树叶被吃完后,短脖子的长颈鹿都被饿死了,只有长脖子的基因才能留下来,经过一代代的进化,长颈鹿的脖子就越来越长了。在这个过程中,自然选择是背后推手,而不是长颈鹿的生命意识。
05 生物进化的累积式选择,让猴子也能写出优美的十四行诗
回到开头的问题:一屋猴子随机敲打键盘,几乎不可能写出一首媲美莎士比亚的十四行诗。
然而,当采用生物进化的方式,重新来看待这个问题,我们就能理解大自然的力量了。我们将写诗的过程仿照生物进化,分为五个阶段,并在每个阶段中都加上选择原则,这时就产生了类似进化的累积效应。
在每一个阶段,满足选择原则的单词、句子、诗歌将被保留下来,反之则被淘汰。虽然每一步发生的变化都有限,但是经过五个阶段的随机变化和择优选择,只要有足够多的猴子和足够的时间,优秀的十四行诗终将诞生。这就如同生命经过40亿年从无到有的自然演化,终于变成今天这样五彩斑斓的形态。
《生命的运作方式》是一本值得珍藏和反复阅读的书,不仅大人可以看,还可以留给孩子看,里面的文字都配有相应的手绘图画,一大段文字说不明白的事儿,一张图就能直观得看懂。就比如用沙雕的比喻来描述“熵”的概念,我们一下子就能看明白。
我觉得文字不能完全表达出这本书的有趣之处,感兴趣的朋友,可以找来一看,绝对值得!