前言：我們從哪里來

我們從哪里來？這是人類在對自身的思考中一定會提出的問題。不管是哪個人類種群，也不管是在什么時代，提出這個問題時人類的知識水平如何，都一定會想到這個問題，并且會在當時人類的認識水平上來回答。我們不能準確地知道人類是從什么時候開始問這個問題的，但是毫無疑問都是開始于人類在科學知識上還相當有限，而且相信和崇拜神的力量的年代。在這些時代背景下給出的答案自然會充滿神話色彩，譬如中國的女媧造人，古希臘的普羅米修斯造人，古希伯萊的《圣經》中的創(chuàng)世紀等等。
這些故事都是先有神，后有人，而且是神按照自己的形象創(chuàng)造了人。用泥捏人也很容易理解。用水調和的泥細膩可塑，干后形狀固定，早已經被人用來燒制磚瓦和陶器，而且被用來塑造神像和人像�？纯磸R里那些栩栩如生的用泥塑的人物和神靈，就知道人類不僅能夠用泥土塑造出人，而且還根據人的形象塑造出神。這些體型巨大，色彩鮮艷的神的塑像一經造成，也就被賦予了精神的力量，使得無數(shù)人相信它們具有超自然的神力，而對它們頂禮膜拜。而且東方人造的神像東方人，西方人造的神像西方人。即使在今天，你如果到寺廟去，仍然可以看香火鼎盛，有大量拜神的人。所以神造人的想法，實則是人造神想法的逆向思維。
不過神創(chuàng)論并不是對生命起源這個問題真正的回答。既然神能夠創(chuàng)造人和各種生命，神就比人神通廣大，不僅有人的智慧和能力，而且有超過人的智慧和能力。神其實就是在想象中被擴大了的人。要想知道人的來源，也就必須知道神的來源。這只不過是把我們從哪里來的問題推到神從哪里來的問題而已。
人的生命是短暫的。即使人能夠活到100歲，也不容易察覺到生物物種的變化。種瓜得瓜，種豆得豆，人老年時吃的蔬菜和年輕時并無不同，老年時從河里撈出來的魚也和小時候一樣，老年時看見的雞也和小時看見的雞相同。人一代一代地繁衍，生出來的還是人，就連人們供奉的神也多少年不變。這自然會使人覺得物種是不變的。就是相信人和各種生物是神創(chuàng)造的人，也認為他們被神創(chuàng)造出來后，就一直是這樣，只有繁衍，沒有變化，就像《圣經》里說到那樣，人被創(chuàng)造出來就是管理海里的魚，空中的鳥，地上的牲畜，和全地，并地上所爬的一切昆蟲。至于人本身，和人管理的魚、鳥、牲畜、昆蟲，都是不會變的。
既然物種不會改變，對于我們從哪里來？的問題，也可以有另一種思考，就是各種生物，包括人，不是誰創(chuàng)造出來的，而是自來就有，一直這樣，也就是沒有起始的。佛教就是這樣認為的。按照佛教的說法，這個世界是沒有起始，也沒有結束的，只有因果循環(huán)。生命也是這樣，一切世間如眾生、諸法等皆無有始（《佛光大辭典》），所以根本沒有我們從哪里來的問題。
所以無論是神造人，還是佛教認為的人自來如此，根本不去想各種生物是怎樣來的，都覺得物種是不變的。但我們只要多思考一下，就會發(fā)現(xiàn)事實和這個看法相反。只要看看我們周圍的許多動物和植物，就會發(fā)現(xiàn)它們不可能是自來就有的。例如人們喜愛的金魚，就有150多個品種。顏色有紅、橙、紫、
藍、黑、銀白、五花等；頭型有虎頭、獅頭、鵝頭、高頭、帽子頭和蛤蟆頭；眼睛有正常眼、龍眼、朝天眼和水泡眼。多數(shù)金魚的尾巴還是雙尾，雙尾中每片尾巴的形狀、結構和鯽魚的單尾基本一致，說明它是由單尾加倍而來的。有這些特點的金魚顯然不是自來就有，存在于自然界中的，它們在野外也根本不能生存�？茖W研究表明，金魚起源于我國食用的野生鯽魚。金魚*初產于中國浙江，然后傳至世界各地。它首先由黑灰色變?yōu)榧t黃色，成為金鯽魚，然后再經過不同時期的家養(yǎng)，由金鯽魚逐漸變成為各個不同品種的金魚。金魚的例子表明，物種是可以變化的。
與金魚類似的是錦鯉。錦鯉有9大品系，100多個品種。野生的鯉魚和野生鯽魚一樣，是黑灰色的，而且背部的顏色比腹部顏色深，這樣無論是從水上看還是從水下看，都不容易被發(fā)現(xiàn)，所以是一種保護色。而錦鯉卻因為色彩鮮艷而成為觀賞魚。但是錦鯉鮮艷的顏色并不適于在野外生存，因為極易被天敵發(fā)現(xiàn)。所以錦鯉和金魚類似，是由野生魚類在人工飼養(yǎng)的條件下變化而來的。與金魚不同的是，錦鯉和野生鯉魚一樣，都是單尾，說明金魚從單尾到雙尾的突變在錦鯉形成過程中未曾發(fā)生過。
狗的種類也很多。世界犬業(yè)聯(lián)盟（FCI: Federation Cynologique Internationale）公認的狗就有337種。它們在大小、形狀、毛色、習性上相差極大，按功能分可以分為牧羊犬、狩獵犬、工作犬（帶路、追蹤、畜牧、運輸、警衛(wèi)等）和玩賞犬。這么多種狗也不可能是自來就有的，而是人類從狼培育而來的。除了金魚和狗以外，其他家畜家禽如牛、羊、馬、豬、兔、雞、鴨、鵝、鴿，人類栽種的莊稼、果木、花卉，也都有許多自然界中沒有的品種。
比起人工養(yǎng)殖的動物和植物變異的例子，自然界中生物物種的變化要大得多。這可以從不同時期生物留下的化石看出來。這有點像城市的考古發(fā)掘�，F(xiàn)在中國就是一個大工地，人們在開挖地基的時候，常常會挖掘到過去城市的遺址。越是接近地表的地層，年代和現(xiàn)代越接近，越在下面的地層，時代越久遠。比如*上層的是清代的街道遺址，下面是明代的，再往下依次是元代、宋代、唐代、隋代、漢代、甚至秦代的。生物的化石也一樣，越是往下的地層，埋藏的生物化石越古老。如果檢查不同地質時期的生物化石，就會發(fā)現(xiàn)它們隨著地層的變化而變化。越古老的地層中，生物的形式越簡單。*古老的生命形式埋藏在約38億年前的地層中；單細胞的真核生物（具有細胞核的生物）出現(xiàn)在16億至21億年前的地層中；簡單的多細胞生物出現(xiàn)在約10億年前；復雜的生命形式在約5億年前出現(xiàn)；而人類的*古老的化石只有約200萬年的歷史。這說明物種不是不變的，而是從簡單變成復雜，從低級變成高級，*后產生了哺乳類動物，其中又產生了靈長類動物，*后才產生了人。既然鯽魚可以變成金魚，狼可以變成各種不同的狗，野生稻可以變成高產水稻，為什么復雜的生物就不可以從比較簡單的生物變來呢？1859年，英國生物學家查爾斯·達爾文（Charles Robert Darwin，18091882）根據他在航�？疾熘袑Υ罅可�物及其變種的觀察，提出了生物演化的觀點。在他的《物種起源》（The Origin of Species）一書中，達爾文認為地球上的生物是由少數(shù)的共同祖先，經過變異和自然選擇而來的。這個理論闡明了地球上所有生物之間的發(fā)展關系，是理解生物多樣性的基礎。達爾文當時主要是根據各種生物的外形和構造來推斷出他的結論的，隨后發(fā)現(xiàn)的生物的細胞結構和在分子水平上高度的一致性有力地支持了他關于生物演化的思想。
在神造生物的故事中，人與其他生物之間，以及其他生物的不同種類之間，是不需要什么共同性的，神造它們什么樣就是什么樣。孔雀和菊花，蝴蝶和菠菜之間，好像就完全沒有共同性。而如果復雜生物是由簡單的生物演變而來，那么復雜生物就一定會帶有簡單生物的一些特點，也就是生物之間有共同性。所以生物之間有沒有共同性，也是檢驗神創(chuàng)論和生物演化論的一個指標�？茖W研究表明，地球上的生物是有共同性的，首先被發(fā)現(xiàn)的共同性就是細胞構造。
在顯微鏡發(fā)明之前，人們是不知道細胞的。細胞的大小從1微米到幾十微米，而在30厘米的距離（人們觀察物體細節(jié)的距離，也是閱讀時離書或屏幕的距離）上，人眼的分辨率是100微米左右，自然看不見細胞。在這種情況下，人們也會認識到高等動物（如牛、羊、狗、貓、兔等）和人的構造有相似之處，比如都有四肢，都有頭部，頭部都有兩只眼睛、兩只耳
朵、兩個鼻孔、一個嘴巴，而且位置安排和人相當。它們也有心、肺、腸、肝、腎等器官。但是人和蝴蝶好像就沒有什么共同之處，和花草樹木好像更是完全不同的生物。但是到了16世紀中期，顯微鏡出現(xiàn)了，人們才發(fā)現(xiàn)原來地球上所有的生物，無論大小形狀，簡單還是復雜，都是由大小類似的細胞組成的。細胞的形狀和功能雖然不同，但是基本的結構卻是相同的。對于真核生物來講，就是都有細胞膜，細胞核，細胞器，比如所有的真核細胞都含有線粒體作為細胞的動力工廠。
就憑這一點，神造人就有點麻煩了，決不是像神話里面說的，神往人泥胚的鼻孔里吹一口氣，有了靈，人就活了那么簡單。比如人就是由大約60萬億個細胞組成的，而且這些細胞還分為200多種類型，包括神經細胞，皮膚細胞，肌肉細胞，肝臟細胞等等。要讓泥胚變成活人，必須在吹氣的那一霎間，泥土變出億萬個結構精細，功能各異的細胞來才成。
不僅如此，泥土的成分主要是硅酸鹽，組成泥土的元素主要是氧、硅、鈣、鋁。而組成人體的元素卻主要是氧、碳、氫和氮。這四種元素就占人體重量的96%。神要從泥土造人，不僅要從泥土變出細胞來，還必須有在吹氣的那一瞬間，把硅、鈣、鋁變成碳、氫、氮的本事。這是現(xiàn)今***的科技也辦不到的事情。
生物化學和分子生物學的發(fā)展，更是從分子水平上揭示了地球上生物的高度統(tǒng)一性。例如地球上所有的生物都用磷脂組成細胞膜；都用脫氧核糖核酸（DNA）作為遺傳物質；用同樣的四種核苷酸（脫氧腺苷酸、脫氧鳥苷酸、脫氧胸苷酸和脫氧胞苷酸）組成DNA；用同樣的密碼子為蛋白質中的氨基酸序列編碼；遺傳單位都是基因（為蛋白質編碼的DNA片段和它的開關）；使用同樣的20種氨基酸來組成蛋白質，從DNA的序列到蛋白質中氨基酸的序列都使用信使核糖核酸（mRNA）作為中介；都使用三磷酸腺苷（ATP）作為能量通貨，都用葡萄糖作為主要的燃料分子，都使用三羧酸循環(huán)作為化學反應的中心樞紐等。所有這些共同性都證明了達爾文當年的想法，即地球上所有的生物都出自同一個祖宗，因此所有的生物都是或近或遠的親戚。
說到這里，神造人的故事就越來越難以成立了。要真的變泥胚為人，不僅要用泥變出億萬個細胞來，把泥土中的硅、鈣、鋁變成碳、氫、氮，還必須讓泥土變出DNA、蛋白質和人體的2萬多個基因。即使神也是偉大的科學家，通曉所有這些知識，但是要讓泥土做這樣的轉變，在科學上還是不可能的事情。當然相信神創(chuàng)論的人可以說，神是**的，這些困難都不在話下，宇宙中的自然規(guī)律也可以隨意被神打破，神想做什么就可以做什么。我們尊重他們的意見，因為這已經不是科學上的爭論，而是信仰的問題。我們寫這本書的目的，也不是去思考神怎樣造人和其他生物，而是從**的科學知識的基礎上，探討生物和它們復雜的結構和功能是怎么產生的。在過去的幾十年中，人類對于宇宙形成和生命現(xiàn)象的研究取得了極大的進展，已經使得我們可以在分子水平上詳細地論述生命的產生和演化的過程，回答我們從哪里來這樣的問題。
在過去的幾十年中人類對生命研究的一個重要進展，就是可以去研究各種生物的設計手冊，即DNA中包含的全部遺傳信息。這是生物*核心的機密，因為它規(guī)定了一個生物體該如何建造。在過去，對于DNA和蛋白質的研究雖然也取得了很大的進展，但是這些信息畢竟是片段和局部的。要更進一步研究不同生物之間的關系，就要全面系統(tǒng)地比較它們的全部遺傳信息。這個設計手冊在英文中叫做genome，在中文中叫做基因組。比較不同生物的基因組，看哪些基因保留了，哪些基因新出現(xiàn)了，哪些基因變化了，哪些基因消失了，就可以判斷出生物之間的內在關系。
不過要測定一種生物，特別是復雜生物的基因組（即全部DNA序列）決非易事。比如人的基因組含有30億對核苷酸，相當于人的設計手冊是由30億個字母寫成的。這30億對核苷酸分存在23對染色體中，相當于這本設計手冊分為23本分冊。1990年，美國的國立衛(wèi)生研究所（NIH）出資30億美元來進行這項計劃，相當于每測1個字母預期要花1美元。按照當時的技術水平，一次DNA測序只能讀出幾百個字母，要把30億個字母讀完，還要把這些片段序列按照正確的順序連接在一起，工作量可想而知。經過科學家們持續(xù)不懈的努力，這項工作終于在2000年完
成，并且作為對人類研究史上的里程碑，在2000年6月26日由當時的美國總統(tǒng)比爾·克林頓（Bill Clinton）和當時的英國首相托尼·布萊爾（Tony Blair）一起宣布。
隨著DNA測序技術的不斷改進，對人類和其他生物基因組的測定速度也越來越快。據美國生物和醫(yī)學數(shù)據庫（NCBI）的記載，目前已經完成測序的真核生物的基因組有2,491個，包括人、已經滅絕的尼安德特人、黑猩猩、大猩猩，長臂猿、短臂猿、狒狒、牛、馬、貓、大鼠、小鼠、蜜蜂、果蠅、蚊子、線蟲等動物的基因組，擬南芥、大米、田芥菜、葡萄、膠楊、紅藻、綠藻等植物的基因組，以及酵母等真菌的基因組。初步完成的真核生物基因組有607個，正在進行的有4,427個。已經被測定的細菌基因組有11,506個、初步完成的有5,216個、正在進行的有12,702個。這就為系統(tǒng)地比較生物之間的遺傳物質準備了條件。
對這些設計手冊的比較分析表明，從低等生物到高等生物，所使用的蛋白質和為這些蛋白質編碼的基因是一脈相承的，生物的發(fā)展在基因水平上有清楚的脈絡。比如肌肉被認為是動物特有的，但是組成肌肉的基本成分，肌球蛋白（myosin）和肌纖蛋白（actin），在單細胞的酵母和變形蟲中就有了。在這些單細胞的生物中，這些蛋白質就具有產生機械拉力的功能，用于細胞運動，細胞內的物質運輸，以及在細胞分裂時形成環(huán)，環(huán)的收縮把細胞勒斷為兩個。動物的肌肉系統(tǒng)，不過是在這些基本的機制上發(fā)展出來的。我們現(xiàn)在的任務，就是要探討生物*初的基因和功能是如何產生和發(fā)展的。
對隕石和星際塵埃的研究表明，它們上面常常含有許多有機物，包括組成DNA所需要的堿基和組成蛋白質所需要的氨基酸，說明生命所需要的分子可以在地球以外形成。作為地球上生命的介質，水，在宇宙中也普遍存在。比如彗星的核常常含有大量的水。木星的衛(wèi)星歐羅巴（Europa），在表面的冰層下面有深達100公里的海洋。地球的兄弟火星上曾經有大量的水，還曾經在火星表面沖出數(shù)公里深，幾十公里寬的河谷。就是在干燥的星球如月球上，水也在極地被發(fā)現(xiàn)。這些研究結果說明，生命的種子和形成生命的條件在宇宙中廣泛存在。
許多生物演化史是根據年代先后，詳細列出不同生物出現(xiàn)的時間點，例如什么時候魚類出現(xiàn)，什么時候鳥類出現(xiàn)等。本書的目的不是要詳盡地敘述這個過程，而是從分子及其相互作用的基礎上，論述生命分子的出現(xiàn)和生物功能的形成，所以是從生命的內部來看生物的形成和發(fā)展。作者希望，從這個角度出發(fā)的論述能夠帶給讀者對生命現(xiàn)象新的理解。在本書的附錄中，我們還給出各章的主要參考文獻，方便讀者進一步閱讀。附錄中還有索引，幫助讀者迅速找到感興趣的內容。