006宇宙的复调03

40亿年前的地球是分子伊甸园。那时候还没有掠食生物，只有一些分子在争夺素材，低效地复制自身。早在当时，演化便已开始。繁殖、突变和自然选择淘汰了最低效的物种。随着时间推移，它们的繁殖能力越来越强。具有特殊功能的分子最终聚合在一起，形成了一种分子集合体——史上第一个细胞。今天的植物细胞里有微小的分子工厂，这些被称为叶绿体的东西负责光合作用，也就是把阳光、水和二氧化碳转化成碳水化合物和氧。动物血液里则含有另一种工厂，它们名为线粒体，能把食物和氧气结合以获取能量。这些工厂如今广泛存在于植物和动物细胞里，但在遥远的过去，它们也许是独立活动的。30亿年前，某种突变阻止了单个细胞在一分为二后继续分裂，一些单细胞植物聚集在了一起。就这样，第一个多细胞生物诞生了。你体内的每个细胞都是社群成员，它们曾经自由生活，却为了共同的利益团结起来，这样的100万亿个细胞组成了你——我们每个人都是一个群体。

性别的出现要追溯到20亿年前。更早的时候，生物种类若要推陈出新，只能依赖不断累积的突变。靠遗传信息一个字母一个字母地随机变化，自然演化的速度一定极其缓慢。然而性别出现后，两个生物可以交换整段、整页、整册的DNA代码，产生新的种类以供筛选。很显然，大自然选择了那些有性别的生物，因为那些对性兴趣不大的生物很快就灭绝了。这种选择，不仅决定了20亿年前的微生物的命运，也让我们人类至今依然热衷于交换DNA片段。到10亿年前，植物的相互合作使地球环境发生了天翻地覆的变化。绿色植物能产生氧分子，而海洋充满了原始的绿色植物，因此氧气就成了地球大气的主要成分。它们不可逆转地改变了原来的富氢环境，结束了地球历史中生命“从无到有”的阶段。问题在于，氧气也会使得有机分子分解。不论我们多么喜欢氧，它对未受保护的有机物来说无疑都是一剂毒药。大气氧含量逐渐增加，导致绝大多数不能适应氧气的生物灭亡。而一些原始的生命，比如肉毒杆菌和破伤风杆菌，至今只能在无氧环境下生存。地球大气里的氮是惰性化学物质，比氧温和得多，但它同样是生物造就的。99%的地球大气源自生物。可以说，生命创造了天空。

生命诞生的这40亿年里，统治时间最长的物种是微型蓝藻，它们一度覆满了整个海洋。大约6亿年前，大量新生命出现，打破了蓝藻的霸权，史称“寒武纪大爆发”。地球诞生不久生命随即出现，这表明类地行星上出现生命很可能是必然。但之后的30亿年里，除了蓝藻没有诞生别的生命形式，意味着具备特殊器官的大型生物并不容易出现，甚至比生命的起源还要难。也许宇宙里有许多星球上存在大量微生物，但没有大型动物和植物。寒武纪大爆发后，海洋里很快出现了各种各样的生物。5亿年前，三叶虫大量繁衍，它们如同大号昆虫，成群结队地在海底狩猎。三叶虫体态优美，眼里长着用来探测偏正光的晶体。但现在找不到活的三叶虫了；实际上，它们在两亿年前就走向了灭绝。那些曾经存在于世的动植物今天都没了踪影。当然，我们今天所见的一切物种当时也不存在，在古老的岩石里找不出像人类的化石。没有物种可以永存，它们存世的时间或长或短，总归要走向消亡。

寒武纪大爆发之前，物种的演化速度似乎相当缓慢。其中部分原因在于我们探究的历史越久远，所能掌握的信息就越少；生物在草创阶段，几乎没有坚硬的部分，柔软的肢体又难以变成化石；从另一方面来讲，化石只能记录生物的外部形态，细胞结构的艰苦演化无法通过化石反映出来。寒武纪大爆发之后，新的物种层出不穷。第一批鱼类和脊椎动物很快出现；以前只生长在海洋里的植物终于登上了陆地；昆虫和它们的后代成了动物在陆地上拓殖的先驱；有翼昆虫登场的同时，类似肺鱼的早期两栖类也出现了，它们能同时在水里和陆地生存；接下来是最早的树木和最早的爬行动物；恐龙的时代来临了；哺乳动物登台亮相，然后是鸟类；第一朵花绽开；恐龙灭绝；鲸目动物——海豚和鲸鱼的祖先——出现；同一时期，我们人类和猴子共同的祖先灵长类动物初露头角。不到1000万年前，自然演化出了第一批长得像人类的物种，他们的大脑容量在短时间内暴涨；几百万年前，真正的人类终于出现了。

人类在森林中长大，对树木有天然的亲近感。树木是向天空伸展的可爱生命，用叶子进行光合作用，主要通过屏蔽邻里的阳光展开生存竞争。如果仔细观察，你常常能发现两棵紧挨着的树在有气无力地推推搡搡。这些优雅而美丽的机器由阳光提供动力，从大地吸取水分，在空气中汲取二氧化碳，再把这些物质转化成食物，供给自己……和我们。生成的碳水化合物是植物展开其绿色业务的能量来源，而我们动物只有窃取这工作成果才能生存繁衍。消化植物的过程中，碳水化合物和血液中的氧结合，产出供我们行动的能量，而我们呼出的二氧化碳被植物再度吸收，制造出更多的碳水化合物。植物和动物呼吸着彼此的气息，浑然一体。整个地球上的生命在相互复苏，而这个优美的循环由1.5亿千米外的恒星提供动力，多么神奇的协作！目前我们已知的有机分子种类多达数百亿，但其中作用于生命基本活动的只有大约50种。同样的分子被一而再、再而三地使用，巧妙应用在许多不同方面。深入地球生命的核心——控制细胞化学的蛋白质，以及携带遗传信息的核酸——我们会发现这些分子在所有动植物身上都基本相同。橡树和人类由同样的材料构成，我们有同一个祖先。

细胞的复杂和优雅不亚于银河与群星。这精巧的机制是40亿年艰苦演化的产物。它们能吸收食物碎片，把碎片转变成细胞结构。昨天你吃的奶油菠菜，是怎么在今天变成白细胞的？究竟怎么做到的？细胞的内部结构错综复杂、如同迷宫，它们转换分子、储存能量，随时准备自我复制。如果深入细胞，我们能看到许多蛋白质分子斑点，有的疯狂活动，有的静静等待。蛋白质里最重要的是酶，它们控制着细胞化学反应，每个酶都有明确分工，就像流水线上的工人：比如流水线的第四步是构建鸟嘌呤核苷磷酸盐，或第十一步是分解糖分子以提取完成作业所需的能量。

虽然酶极其重要，但它们并非掌控全局的角色。对它们发号施令的分子叫作核酸——实际上，酶就是遵照核酸指令构建的。核酸隐居在细胞核内的深宫里。如果通过孔隙进入细胞核，你会觉得自己走进了一家忙乱的意面工厂——到处是乱糟糟的线圈和链条。那是两种核酸：知道该做什么的DNA，以及向细胞其他部分传达DNA命令的RNA。它们是40亿年演化后大自然最绝妙的作品，包含了如何让一个细胞、一棵树，或者一个人得以存在的全部信息。人类DNA里的信息如果用普通语言书写出来，得有一百卷那么厚。更重要的是，DNA知道怎么才能精确地复制这些信息，纰漏最多不过几处。它们真的很厉害。

DNA是双螺旋结构，两条缠绕的链条如同螺旋形的楼梯。所谓生命的语言，就是沿链条排列的核苷酸顺序。DNA浸泡在细胞核内的黏稠液体里。繁殖过程中，双螺旋会在一种特殊解旋蛋白的帮助下分离，每条螺旋都会使用漂浮在近旁的核苷酸，合成另一条螺旋的完美副本。解旋过程开始后，DNA聚合酶会参与进来保证复制过程近于完美。如果出现错误，就会有酶来进行裁剪，把写错的核苷酸替换成正确的。这些酶作为分子机器，有着惊人的能力。