序言

許多書已經描述了生命的起源、基因、細胞、演化、生物多樣性、人類的出現、腦、意識、社會、環境、生命的未來、生命的意義、缺少生命的後果。沒有任何人曾經輕率地同時討論上述所有問題，理由很簡單，因為沒有人可以同時精通其中一個或二個以上的問題，所以只能一個一個來討論。雖然這種侷限沒有例外，我仍努力超越我能力所及的範圍，大膽去做了，因為我認為假使我們想要了解宇宙和我們在宇宙中的地位，就必須進行這種嘗試。生命是我們所知最複雜的現象，而我們人類是目前為止生命所創造出來最複雜的生物體。

在這整本書裡，我試著遵守一條主要的準則，將生命當作是一種自然的過程，生命的起源、演化和表現，包括我們人類，都受到支配無生命過程的相同規律所支配著。我反對三種「論」，第一是生機論，生機論認為生物體是由物質組成的，而由某種有精神賦予它生命；第二是目的論或神學論，主張在生物形成的過程的原因是需要達到某種目標；第三是創世論，意味著完全接受聖經的解釋。我的論點必須要讓地球上生命的起源和生命發展的每一步驟都能利用前例和物理、化學的直接原因來解釋，而不是利用事件發生時尚未出現的結果來解釋，雖然這些結果我們今天已經瞭解。

在這種情況下，本書試圖追溯地球生命四十億年的歷史，從最早的生物分子到人類心靈甚至更高階的發展。讀者會經歷七種連續的「年代」，對應著七種複雜度不同的階段：化學年代、訊息年代、原型細胞年代、單細胞年代、多細胞生物年代、心靈年代，以及挑戰我們領悟力的未知年代，包含了未來和永恆。

化學年代直接引領我們進入生命的本質，即生命體共通的一面。生命是一種化學過程，得用化學來理解。生命是通過廣泛散布在宇宙中的微小有機物質自發地形成和互動而開始的。只要給定前生物期的地球上主要的物理和化學條件，這些分子就會被日益複雜的反應捕捉到，最後產生今天支配著生命的核酸（RNA和DNA）、蛋白質以及其他複雜的分子。這張化學反應網絡幾乎已經形成有四十億年了，現在它還在繼續提供所有生命現象的藍圖。

雖然這本書到處都是化學，讀者將會發現書中沒有什麼分子式會比H2O或CO2更複雜。我所著重的是能通用於地球上所有生命形式的原理。從中所得到的重要結論是：原型代謝作用（最早將生命推上正道的一套化學反應）和代謝作用（目前維持生命的一套化學反應）必定相當類似。因此，今天我們對代謝作用的理解可以幫我們洞察到生命的開始。

化學年代的另外一課是生命為決定論力量下的產物。生命注定會在當時的環境下產生出來，而且無論何時何地，只要有相同條件，類似的生命就會產生。生命得以開始的那些多重步驟，幾乎沒有留給「幸運的意外」任何空間。如果一個人把生命的發展當成一種化學過程來考慮，那他就不得不做出這種結論。

訊息年代介紹了分子的互補性，即鎖和鑰匙的關係，它是生物識別的一種普遍機制，支配著(酉每)的專一性、自我組裝、細胞間的交流、免疫、荷爾蒙效應、藥物作用，以及其他的生物反應等等多種現象。分子互補性最重要的表現是鹼基配對，即核酸的主要組成元素成雙成對結合，華生與克里克首先發現這樣的配對是DNA雙螺旋結構的關鍵所在，而現在我們已經確定它能控制所有形式的基因訊息傳遞。

回顧生命發展的這項決定性階段時，我強調基本機制。鹼基配對是與訊息傳遞毫無相干的化學活動產生出來的。鹼基配對所衍生的分子複製，是前生物期的化學反應的附帶功能，不過分子複製一旦出現，就開啟了遺傳連續──因為能正確複製基因訊息──與演化──因為有訊息突變和天擇淘汰──的道路。然而在此之前，必須先有個架構讓訊息得以表達出來，並且可配合天擇作用。建造這種機制的每個步驟都是既定化學反應的產物，受到天擇力量調節。

在訊息年代最先起作用的一個重要因素是偶然性。突變是機率事件，往往有人會說這件事實意味著演化是受控於機率。雖然我不否認偶然性對演化有所影響，但我要指出那種機率的運轉受到許多約束──物理的約束、化學的約束、生物的約束、環境的約束──它們限制了機率的自由表現。受到約束的偶然性這種見解一直是我所重建之地球上生命歷史的主旋律。

原型細胞年代是一段長時期，細胞結構的重要特性在此期間逐漸組裝起來，結果產生了一種生物體，是今日地球上所有生命的祖先。所有活生物體都是從一個共同祖先衍生而來，這種論點有絕對的根據，此生物體出現的時間大約在三十八億年至三十七億年前。

單細胞年代被兩件偶發事件控制了，一件是細菌或原核細胞的演化和多樣化，它們現在幾乎佔據了我們地球上所有可用的生態區位。在這個演化過程中，一種決定性的事件是出現了許多生物體，它們能夠利用太陽能從水中攝取建構生物體所需的氫，從而釋放出氧分子。大氣中的氧含量在二十億年至十五億年前的增長得歸功於這個事件，此事對那時佔據地球的厭氧生命體造成威脅，因為這些生物體暴露在數量日增的有毒氧分子下，必須適應或消失。許多細菌死於「氧災」，存活下來的物種進行了革新，對未來演化發揮很大作用。

單細胞年代的第二件重要事件從原核細胞到真核細胞的過渡，古老的細菌細胞轉變成較大、較複雜的細胞，產生了藻類、變形蟲、酵母菌和許多其他單細胞生物體，還有植物、真菌、動物，包括人類。這項創世紀的轉變所需的時間或許長達十億年，引發了早期吞噬細胞（phagocyte）的發展，吞噬細胞是一種巨大而高度組織化的細胞，能夠吞吃和消化細菌以及其他體積大的物體。這類細胞偶爾會與被吞吃的細菌建立互利的良好關係，留住細菌成為永久性的住客，或稱內共生物（endosymbionts），被吞吃的細菌演化為有特殊功能的細胞構件，例如粒線體和葉綠體。適應氧氣的需要，或許加速了這項演化過程。

在多細胞生物體年代，生命成為我們最熟悉的情況。在此之前約三十億年，地球只有許多看不見的微生物，這時逐漸被大量且日益複雜的植物和動物佔據了，先是水域，後來到陸地。這個階段的演化特徵是持續改進生殖策略以適應變化的環境，發展有性生殖是重要的一步驟。在植物界，這種發展的過程是從孢子進展到種子再進展到花和果實。在動物界，則是從無計劃的水中受精發展成交媾；受精的卵細胞先是被安置在水域任其發育，後來到了陸地上，則是在蛋殼裡、受到羊膜保護，最後演化到受精卵在子宮內發育，先是有袋動物，發育所需的時間短，後來出現了胎盤動物，發育所需的時間較長。

這段演化似乎主要以生物多樣化為主，出現了繁多的物種，來自特定環境內正好佔優勢的隨機突變。不過，在多變的演化裡面還是存在一種趨勢，即由簡單走向複雜。我們可以用兩種特徵說明「生命樹」的結構，第一是生命樹有一主幹，它是由一系列的「分叉生物體」形成的，每一類分叉生物體帶有一種突變，生物軀體的圖樣明顯改變，愈來愈複雜。然後又有蔓生的分支體系，表現出利用既定的軀體圖樣所進行的較細微的變化，而它是每一大類的生物產生多樣化的主要來源。這種區分調和了對生命的兩種看法，以前這兩種看法一直是互相抵觸的；它讓我們能用正確的觀點來看待機率和必然。還有重要的一點是這株樹就像一張日漸增大、相互聯繫的網絡，不僅將活生物體彼此之間結合起來，還將生物體與日益複雜之生態系的環境連接起來。

動物演化的同時還發展了腦。一旦神經元出現（神經元很早就出現了），它們就結合成愈來愈複雜的精密網絡，每一次的結合都受到演化優勢的推動。腦中出現了意識，以一種令人幾乎無法理解的方式，展開了心靈年代。在這段演化中最後的幾個階段發展之快速令人驚異，僅在數百萬年內就使得靈長類動物轉變成人類。

這件事戲劇性地改寫了了地球生命的歷史，以人類主導的文化快速演化過程，取代了以天擇為主而緩慢進行的達爾文式演化過程，藝術、科學、哲學、倫理、宗教是這個新階段的產物。還有醫學和科技，在幾個世紀就改變了地球的面貌，製造出很多緊急的問題，挑戰人類的創造力與智慧。倘若我們在最近的未來不能好好對付這些問題，特別是所有問題的根源──人口膨脹，天擇就會替我們對付這些問題，不過隨之而來的後果可能對人類以及對大多數的活生物體是很悲慘的。當我們利用對生命歷史現有的瞭解去窺探未知年代時，這就是我們收到的訊息。

無論發生什麼事，生命會復甦的，就像以前一樣，生命已經多次從重大的行星災難中復元過來，非常有可能會繼續向更複雜的方向演化，我們沒有理由應該認為人類已是演化過程的最頂點，還有另外五十億年的路要走。生命的下一步形式是什麼、在哪裡且如何發生、甚至是會涉及到哪一種物種等等，都是無法回答的問題。未來將被視為是生命樹上的一枝主要分叉的生物體，現在只是樹上的一支尾椏。

我在最後一章嘗試把所有的說法放在一起。決定論和「受到約束的偶然」遍及我所重建的生命歷史，從這個角度來看，生命和心靈的出現並非是古怪意外的結果，而是物質自然而然的表現，寫在宇宙的結構裡。我認為這個世界不是一種「宇宙開的玩笑」，而是有意義的實體，它是這樣設計的，因此一定會產生生命和心靈，一定會誕生有思考力的生物，能識別真理、領會美感、感受愛、渴求善、阻止罪惡、經歷神秘。我沒有明確地提及上帝，因為這個名詞有好多種不同的解釋，與不同的信仰系統有關聯。我是科學家，選擇提出有用的證據摘要，以及個人對此證據的解釋，留給讀者們去做自己的結論。為了不讓大家誤解，讓我再次強調關鍵在於** 化學**，而不是事情理應如何的某種既定之見。

這本書是寫給誰的？是寫給每一個人的。此書的主題包括了我們的天性、起源、歷史、在宇宙中的地位，應該會引起所有人的興趣。面對著許多影響地球生命之未來的急迫問題，甚至可能是人類的生存問題，我們非常迫切地需要從自然的角度來思考這些問題。我們必須學習「用生物學來思考」，並且採取相應的行動。

本書如同大多數歷史書一樣，其中有些部份或許讓某些讀者比其他人更感興趣。雖然整本書的描述是連續性地貫穿七大部分，然而每一部份的寫法是鼓勵讀者可以隨興趣翻閱的。

此書大部份內容來自我的個人閱讀與反思。我萬分感謝許多作家，他們經過仔細地思考、做了完整的記錄，呈現自己的研究結果，對我大有啟發。在注腳和延伸閱讀之中，我盡力將這些作者的功勞公平顯現出來。

序言

許多書已經描述了生命的起源、基因、細胞、演化、生物多樣性、人類的出現、腦、意識、社會、環境、生命的未來、生命的意義、缺少生命的後果。沒有任何人曾經輕率地同時討論上述所有問題，理由很簡單，因為沒有人可以同時精通其中一個或二個以上的問題，所以只能一個一個來討論。雖然這種侷限沒有例外，我仍努力超越我能力所及的範圍，大膽去做了，因為我認為假使我們想要了解宇宙和我們在宇宙中的地位，就必須進行這種嘗試。生命是我們所知最複雜的現象，而我們人類是目前為止生命所創造出來最複雜的生物體。

在這整本書裡，我試著...

序
引言
生命都一樣／生命樹／古老的生命體／生命的溫床／出現生命的機率／沒有先見之明／生命發展的年代

第1部 化學年代
第1章 尋找起源
第2章 最早的生命催化劑
第3章 生命從物質中浮現
第4章 RNA出現

第2部 訊息年代
第5章 RNA接手處理
第6章 遺傳密碼
第7章 發展出基因
第8章 自由與約束

第3部 原細胞年代
第9章 被膜包住的生命
第10章 如何利用細胞膜
第11章 適應細胞膜
第12章 所有生物的祖先
第13章 生命體都一樣

第4部 單細胞年代
第14章 細菌征服了世界
第15章 真核細胞的形成
第16章 原始的吞噬細胞
第17章 逗留不走的客人

第5部 多細胞生物年代
第18章 集體生活的優勢
第19章 綠色的地球
第20章 原始的動物
第21章 動物遍佈海洋
第22章 動物遷離海洋
第23章 生命之網
第24章 無用的DNA的好處

第6部 心靈年代
第25章 邁向人類
第26章 腦
第27章 心靈活動
第28章 心靈的傑作
第29章 價值

第7部 未知年代
第30章 生命的未來
第31章 生命的意義

序
引言
生命都一樣／生命樹／古老的生命體／生命的溫床／出現生命的機率／沒有先見之明／生命發展的年代

第1部 化學年代
第1章 尋找起源
第2章 最早的生命催化劑
第3章 生命從物質中浮現
第4章 RNA出現

第2部 訊息年代
第5章 RNA接手處理
第6章 遺傳密碼
第7章 發展出基因
第8章 自由與約束

第3部 原細胞年代
第9章 被膜包住的生命
第10章 如何利用細胞膜
第11章 適應細胞膜
第12章 所有生物的祖先
第13章 生命體都一樣

第4部 單細胞年代
第14章 細菌征服了世界
第15章 真核細胞的形成
第16章 原始的吞噬細...