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我们总是想沐浴在阳光下，是因为我们与太阳都在闪光。

你可能不知道，你的能量和光亮，在效率上远胜过太阳。

第二章 左右生命的力量：质子动力与生命起源

线粒体生成能量的方式是生物学中最奇妙的机制之一。它的发现可与达尔文或爱因斯坦的伟业比拟。线粒体泵送质子穿过膜，在数奈米的距离之间，产生相当于一次闪电的电压。这些质子动力被生命的基本微粒（一种位在膜上，形状像蘑菇的蛋白质）导引用来生成能量，并以ATP的形式输出。这项基本机制对生物的重要性就像DNA一样，它还指引我们洞悉地球上的生命起源。

能量与生命携手共进。如果停止呼吸，你就无法生成生存所必需的能量，并会在几分钟之内死亡。好，请你继续呼吸。现在你吸入的氧气正被运送到全身几乎每一个细胞（约有一兆五千亿个），在那里，氧气透过呼吸作用，被用来燃烧葡萄糖。你的身体是具机器，它耗费的能量超乎你的想像。甚至当你舒适地坐在那里时，身体每单位质量每秒转换能量的速度也高达太阳的一万倍。

听来很难以置信吧！如果要以温和一点的方式表达，就让我们来研究一下数字问题。太阳的亮度约是4×1026瓦特，而其总质量是2×1030公斤。在太阳的预估年限（约一百亿年）之中，每克的太阳成分会制造约六千万千瓦的能量。然而这些能量不会一口气爆发出来，而是缓慢而稳定的产生，提供速率均匀而长久的能量输出。在任一时刻，巨大的太阳中只有一小部分的质量参与核融合，而且这些反应只发生在致密的核心部分。这就是为什么太阳可以燃烧得如此之久。如果你将太阳的亮度除以它的质量，每克的太阳质量可分到约万分之二毫瓦，也就是每秒每克千万分之二焦耳（○.二微焦耳/克/秒）的能量。现在，假设你的体重是七十公斤，如果你跟我一样，那你每天会吃进大约一万两千六百千焦耳（约等于三千卡）的食物。这些能量的转换平均分给体重，是每秒每克二毫焦耳（二毫焦耳/克/秒），或约是每克二毫瓦——这个数字是太阳的一万倍。有些耗能的细菌，如固氮菌属的成员，生产力高达每秒每克十焦耳，是太阳的五千万倍。

就细胞的显微层次来说，所有的生物都是生气勃勃的，就算是外观看来固着不动的植物、真菌和细菌也是如此。细胞像机器一般嗡嗡运转，导引能量用来处理特定的任务，不管任务内容是移动、复制、建造细胞材料，还是泵送分子进出细胞。细胞就像机器一样，充满活动的零件，而零件要靠能量才能活动。无法自行产生能量的细胞很难和无生物作出区别，至少在哲学上很难。病毒「看起来」像活物，只是因为可以从它们的组织方式看得出经过设计的痕迹，但它们的地位暧昧地介于生物和非生物之间。它们拥有复制自己所需的一切资讯，但是直到感染某个细胞之前它们都必须保持无生命状态，因为它们得利用受感染细胞的能量和细胞装置才能自我复制。这意味着病毒不会是地球上第一个有生命的东西，它们也不可能把生命从外太空带到这个星球上的：它们完全仰赖其他的生物，没有其他生物它们不可能存在。它们的单纯不是因为原始，而是一种精炼的，删减过的复杂。

尽管生物能对生命的重要性显而易见，它获得的关注却远低于它应得的。在分子生物学家眼里，讯息就是生命的一切。讯息被编写在基因上，成为建构蛋白质、细胞和个体的说明书。基因的材料，DNA的双股螺旋，是这个讯息时代的象征符号，发现这个结构的华生与克里克，则是家喻户晓的人物。基因之所以会得到如此的地位，综合了个人面、实际面和象征面的因素。克里克和华生杰出又耀眼，如魔术师般泰然自若地揭开了DNA结构的面纱，华生记述这段发现的知名着作《双螺旋》定义了一个时代，改变了一般大众对科学的理解；他也从此成为一名热情而直言不讳的基因研究鼓吹者。在实际面，定序基因密码使我们得以将自己和其他物种做比较，得以窥看自己的过往，以及生命的故事。人类基因体计画的成立是为了揭开人类疾病中还未发现的秘密，基因疗法则为受遗传性疾病所苦的人们带来一线光明。然而最重要的是，基因是个有力的象征。我们可能会争论天性还是教养孰轻孰重，并抵抗基因的力量；我们可能会担心一些现象，像是基因改造作物，复制生物的弊病，或是订制的婴儿；但不管这些事情是对是错，我们会忧虑是因为我们发自内心深深知道，基因很重要。

或许是因为分子生物学对于现代生物学太过重要了，轮到生命的能量时我们就只有口头上承认它重要，就像我们也承认工业革命是现代这个讯息时代不可或缺的前导。电力对于电脑运作的重要性这么明显，这个观点太平凡了，几乎不值一提。电脑很重要是因为它的资料处理能力，而不是因为它是电子产品。我们可能只有在电池没电时会珍惜电源的重要性。同样的，能量必须供应细胞所需，相当重要，但细胞内的讯息系统控制它，应用它，它分明只是陪衬。没有能量的生命就是死亡，但不受讯息控制的能量，破坏性可能等同一座火山、一次地震，或是一场爆炸。但真的是这样吗？来自太阳，赋予生命的大量光线说明未受控制的能量未必是灾难。

相对于我们对遗传学的忧虑，我怀疑有多少人费心想过生物能学的不良影响。它所使用的术语简直就是过去苏联的那套蒙蔽主义用语，跟巫师长袍一样，覆满神秘的符号。即使学生有志研习生物化学，看到「化学渗透学」和「质子驱动力」这类的术语也会却步。虽然这些观念造成的影响比起遗传学可能不遑多让，但大家对此几乎一无所知。米歇尔，生物能学的英雄，一九七八年诺贝尔化学奖得主，远远称不上家喻户晓，尽管他应该要像华生和克里克一般知名。米歇尔和华生与克里克不同，是位古怪而孤独的天才，他将自己的实验室设在康沃尔乡间，一座由他自己设计，自己修复的老房子里。曾有一段时间，他部分的研究资金来自他靠一群奶牛所赚得的收入，他的鲜奶油甚至还因品质优良得过奖。他的文笔比不上华生的《双螺旋》——除了依常规进行的枯燥学术论文（米歇尔写的甚至可能比一般论文更晦涩），他还写了两本《小灰书》阐述他的理论，由他私人出版，并在一些感兴趣的专业人士之间流传。他的想法无法像双螺旋那样，包装成引人注目的象征符号，唤醒大众对科学的重视。但是多亏米歇尔阐释并证明生物学最伟大的真知灼见，才颠覆了长久以来的想法，掀起一场真正的（并且奇异的）革命。正如杰出的分子生物学家欧尔格所言：「继达尔文之后，生物学界再也没有出现过这么违反直觉的想法，其程度直逼爱因斯坦、海森堡和薛丁格……他的同代人很可能会问：『你说真的吗，米歇尔博士？』」

本书的第二章，大致上是米歇尔关于生命生成能量方式的所见所得，以及这些想法所隐含的，有关生命起源的提示。在接下来几章中，这些想法会帮助我们看见线粒体为我们做了什么：为何它们是高等生命形式演化的基本要件。我们将会看见，正是这种能量生成的机制左右着生命：它限制着那些开放给生命的机会，并在细菌和真核细胞身上造成了完全不同的结果。我们会看见，正是能量合成的机制让细菌永远只会是细菌，排除了它们演化成复杂多细胞生物的可能性；同时它却给予真核生物无限的可能性，允许它们变得更大更精细，推动它们爬上通达复杂性的斜坡，成就我们身边的这些奇迹。但这个机制同样也束缚着真核生物，尽管方式完全不同。我们将会看到，同样的这个产能形式也造成了限制，而这些限制解释了性甚至是两种性别的起源。除此之外我们还会看到，我们晚年的衰退，老化与死亡，也写在二十亿年前我们与线粒体签订的合约上。

若要了解这一切，我们首先必须领会米歇尔的生物能量见解的重要性。只看梗概的话，他的想法再简单也不过了，但如果想感受这些想法的真正力量，需要更深入理解细节。为了要做到这点，我们将采取历史的角度切入，走进人人都是诺贝尔奖得主的生物化学黄金年代。而当我们循路前进，就能感受到那些难题，以及与之搏斗的卓越人才。我们将会沿着这条熠熠生辉的发现之路，看见细胞怎么能产生这么多的能量，连太阳都为之失色。

2024-07-06 16:34:44