了得網圖書_生命通史

精彩書摘

對外星生物的猜想
因為外星是“天外之物”，離我們最近的地球樣行星（圍繞紅矮星旋轉的Wolf 1061c）也在14光年之外，光是銀河繫就有10萬光年大小，更不要說數以億萬計的其他星繫。人們對外星生物的猜想，也容易類似於人們對神仙的想像，即外星生物神通廣大，無所不能。例如美國電影E.T.中，外星人可以手指一點，人身上的傷口就立即愈合，而且騎上自行車還可以飛起來。外星人的飛船也被描述為素周期表以外的金屬做成的”，所以有地球上的物質不可能具有的奇特性質。
人們有這種想法是很自然的。由於我們的宇宙極其廣大，也許什麼事情都可能發生。外星生命可以使用與地球上的生命完全不同的形成原理和演化路線，我們似乎可以不受任何限制地任意想像這些外星生物的構造和他們使用的材料。
但在實際上，外星生物和地球上的生物一樣，也要受到我們宇宙中自然規律的制約。按照一些科學家的想法，我們的宇宙不是唯一的，而隻是眾多宇宙中的一個。每個宇宙有自己的運行規律，之所以在我們的宇宙中產生了生命，是我們這個宇宙運行規律作用的結果。其他宇宙如果有不同的運行規律，例如有不同的物理和化學定律，它們就不可能形成我們宇宙中的生命。而我們的宇宙，無論它有多大，起作用的物理和化學定律在這個宇宙的各個地方都是一樣的，外星生命也因此必須受以下兩個規律的制約：
（1）我們宇宙中的所有的常規物質（暗物質以外的物質），包括生命物質，都是基本粒子（電子、質子和中子）按照同樣的物理原素周期表中的近100素組成的。無論我們探測的星繫多麼遙遠，光譜所顯示素都素周期表的範圍。所以外星生命和地球上的生命一樣，也素周期素組成，不可能由周期表素組成。外星生命所使用的材料（包括自己身體的建造和工具的建造）也不素周期表的範圍。
（2素也按照同樣的物理和化學定律形成原子和分子並且進行化學反應。無論我們探測多麼遙遠的星雲，裡面的化學物質都可以用同樣的化學規律進行解釋並且在地球上實驗室中的模擬條件下被生產出來。無論在我們這個宇宙的哪個“角落”，隻要化學反應的條件相同，反應形成的產物也是一樣的。
從這些基本事實出發，再加上地球上生命發展的歷程對我們的啟示，我們就可以對外星生命做一些猜想。
很可能也是以水為介質的
外星生命以水為介質，首先是因為在我們的宇宙中，水幾乎無處不在。恆星中的熱核反應會形成大量的氧，使氧成為氫和氦以外最豐富的物質。而氫又是這個宇宙中最素，二者的結合自然會形成大量的水，而且幾乎無處不在。
水的特性也使它特別適合作為生命中化學反應的介質。水分子是極性分子，水分子之間和局部帶電的眾多其他分子之間可以形成氫鍵，因而可以溶解宇宙中自然
形成的化合物，例如碳水化合物、嘌呤、嘧啶等，而且水分子可以活躍地參與各種化學反應。小分子形成聚合物，例如氨基酸形成蛋白質，單糖形成多糖，核苷酸形成核酸，都是通過縮水反應完成的。反過來，水分子也可以被加回去，讓聚合物變回單體，即水解。
由於水分子之間可以形成氫鍵，水分子雖小，沸點卻很高，在一個大氣壓下，低於100攝氏度即可以變為液體，不像碳氫化合物要在低得多的溫度下纔能為液體。例如甲烷的相對分子質量（16）與水的相對分子質量（18）相近，但是要在-161攝氏度纔能從氣體變為液體。由於化學反應的速度是隨溫度升高而加快的，液態水的溫度可以使化學反應以比較快的速度進行，能夠滿足活躍的生命活動的需要。
水還有另一個神奇的特性，就是在4攝氏度時密度最高，低於4攝氏度時密度反而降低。這是由於4攝氏度時水分子的排列最緊密的緣故，溫度再降低水分子逐漸按照冰中水分子的排列，分子之間的空間反而更大。水的這個特性使得海洋和湖泊在結冰時，冰浮在水面，液態水反而在冰層下。這就可以保護冰層以下的生物不會被凍在冰裡。如果水的密度隨溫度降低而降低，海洋湖泊就會從底部凍起，最後使整個水體凍透，裡面的生物也難以生存了。
從這些事實出發，可以認為外星生命應該也以水為介質。科學家在提出“宜居帶”的概念時，也是以液態水的存在為標準。
土星的衛星土衛六表面也有湖泊，但是湖泊裡面的液體不是水，而是液態的甲烷。土衛六的大氣98.4%為氮氣，1.4%為甲烷，氫占0.1%~0.2%，密度是地球大氣的1.45倍。土衛六的表面溫度為-179.2攝氏度。在這樣的環境中是否能夠形成生命，是一個有趣的問題。
甲烷分子是非極性的，和水分子這樣的極性分子不同，所以要在土衛六上形成生命，所使用的機制應該和以水為介質的生命相反。例如地球上的生命使用磷脂組成雙層細胞膜，親脂的脂肪酸碳氫鏈在膜內，親水的磷酸根在膜表面與水環境接觸。如果要以甲烷為介質，膜的構造應該反過來，親水的部分在膜內，親脂的部分在膜表面。出於這個想法，有人提出了“反轉的磷脂膜”（inverted phospholipid bilayer）的想法。但是在土衛六極端低溫的條件下，十幾個碳長的碳氫鏈會變得異常僵硬，反轉的磷脂膜會失去柔韌性，細胞膜必須由比較小的分子構成。用化學模擬的方法，美國科學家提出用存在於土衛六的大氣中（大約10 ppm, 1個ppm為百萬分之一，part per million）的丙烯腈（acrylonitrile）組成細胞膜的想法。丙腈眼分子由於一頭帶部分正電，另一頭帶部分負電，它們能夠以頭尾顛倒排列的方式組成膜和小囊。理論計算表明，由丙烯腈在甲烷液體中形成的膜具有磷脂膜在水中相似的柔韌性，有可能起到甲烷液體中細胞膜的作用。
土衛六的大氣中還含有大量的氰化氫（HCN，200 ppm），可以聚合成多種形狀的長鏈聚合物，其骨架由不同比例的碳原子和氮原子組成。這些長鏈化合物能夠溶解在液態甲烷中，成為可能的生命大分子。更有趣的是，這些化合物還能夠吸收可見光，因而可以利用太陽光的光能驅動化學反應。這些研究結果似乎表明，以非水液體為介質的生命也是可能的（圖14-2）。
但是土衛六上極低的溫度使得化學反應不可能以比較快的速度進行，難以支撐活躍的生命活動。即使這樣的生命真能形成，其新陳代謝也會是極其緩慢的，很可能不能超越單細胞生物的階段。而且甲烷湖泊下面就是深達幾十千米的水的海洋，這些水是有可能通過冰層上的裂縫與甲烷接觸，從而干擾以甲烷為介質的生命的生成。在以水為介質的生命中，高能化學物是以磷酸根為基礎的，而在甲烷的介質的生命中，含磷酸根的化合物不能被溶解，因此難以成為這些生物的高能化合物。在這些生命形式中用什麼分子形成高能化合物，也是一個難以回答的問題。因此，以上的設想雖然具有一定的理論意義，但是在土衛六的甲烷湖中形成生命的可能性不是很大。
外星生命很可能也是以碳為基礎的
生命需要的復雜大分子以儲存遺傳信息和催化多種化學反應。而復雜分子需要穩定的“骨架”，問題素纔能形成這樣的骨架。周期表內目前有118素，其中天然存在素有94種，其餘24種為人工素。百種素，好似選擇很多，其實原子能夠彼此相連，形成穩定的長鏈或者環形素少之又少。在天然存在的素中，絕大多
數素，素是無法形成鏈狀或者環狀骨架的。素中的惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙、氡）根本不發生化學反應，自然不用考慮素（氟、氯、溴、碘）隻能以單化學鍵與其他原子相連，也不能連成鏈或環。氧、硫、硒的原子是二價的，即使能夠連成鏈，也無法再連上別的原子，形成有生物功能的分子，況且在實際上，它們也並不能形成長鏈。這樣餘下的素就隻有硼、碳、氮、硅、磷、砷6種。其中氮、磷、砷的原子不能形成長鏈。硼原子可以彼此相連或者通過氫原子相連，形成籠狀的骨架，上面再連上氫原子，形成硼烷（Borane，例如六硼烷B6H10）（圖14-3），但是這樣的分子構造簡單且封閉，數量也有限，不大可能成為組成生命的分子，也不見於地球上的生物體中。於是剩下可以考慮的就隻有碳和硅。
碳原子位於第二周期的中央，外層有4個電子（兩個s電子和兩個p電子），說多不多，說少不少，既不容易完全失去電子，也不容易完全獲得電子，而是可以用化學鍵（通過s電子和p電子的雜化軌道）與其他原子形成共價鍵，也能夠彼此相連形成長鏈和環狀骨架。由於碳原子能夠以共價鍵與別的原子相連，除了碳原子彼此相連外，還可以和其他的原子或者功能基團相連，形成具有各種功能的復雜化合物，因此碳原子最適合作為生物大分子的骨架。地球上的生命分子就
是最好的例子。葡萄糖、脂肪酸、氨基酸的分子都是以碳為骨架的。看看煤和石油，就可以實際感受一下地球上的生命以碳為基礎的事實。煤和石油就是過去地球上的生物被埋在地下，經高溫高壓分解，所遺留下來的碳骨架。
碳也是宇宙中含量素。由於質量大於3個太陽質量的恆星就可以通過熱核反應合成碳，碳是宇宙中含量第素（0.46%）。除含量最高的氫（73.9%）和氦（24.0%）以外，碳的含量僅次於氧（1.04%）。在星際塵埃中發現的各種化合物，大部分是含碳或者以碳為骨架的分子。例如糖類、氨基酸、脂肪酸、嘌呤和嘧啶。在其他星球上原始生命形成時，這些化合物，由於含量豐富，自然也容易被當作生命分子中的首選。
由於這些原因，外星生命有極大可能也是以碳為基礎的。當然以碳為基礎的生命不一定要采用現在地球上生命的模式。比如遺傳物質就不一定是DNA或RNA，執行催化功能的分子（酶）也不一定是蛋白質。但是具有類似功能的生物大分子很可能也是以碳為骨架的。
應該是由細胞組成的
生物體內部的物質組成和外部無生命的環境的物質組成有極大的不同。要形成生命，最基本的條件就是要把生物體的內容物與外界環境分開。換句話說，最初的外星生命也應當是以細胞的形式出現的。
在地球上，這是通過細胞膜來實現的。細胞膜是兩性構造，內部的親脂環境阻礙水溶性分子通過，而外部的親水部分又能夠與水環境密切接觸。如果外星生命也是在水環境中形成的，類似的細胞膜也是需要的。當然外星生物的細胞膜不一定是由磷脂所組成，隻要能夠形成親脂的內層和親水的外層，類似的膜也可以在水中形成。例如2001年，美國航空航天局（NASA）和加州大學桑塔·克魯茲分校（UC Santa Cruz）的科學家合作，模擬太空中的狀況來產生有機物。他們

按照星際冰中物質的比例，混合了水、甲醇、氨、一氧化碳，在類似星際空間的溫度（15K，即絕對溫度15度，相當於零下258攝氏度）下用紫外線照射這個混合物。當被照射過的混合物的溫度升到室溫時，有一些油狀物出現。當把這些物質提取出來，再放到水中時，它們就會形成囊泡，直徑10~50 微米，正好是真核細胞的大小。這個結果說明，在太空中形成的有機物可以自發在水中形成囊泡結構，這就使得原始細胞的形成成為可能（圖14-4，參看圖1-8）。
當然隻有膜結構還不夠。為了與環境進行物質交換，生物所需要的分子必須要有某種方式通過膜進入細胞內，細胞內形成的廢物也必須以某種方式被排除到細胞外。這就需要膜上有各種分子通道幫助這些分子通過細胞膜，這些通道也不一定是蛋白質。
細胞膜的形成意味著細胞內外的物質交換隻能通過擴散過程來完成。生物所需要的分子必須通過在水中擴散到達細胞膜，再進入細胞內所需要的地點。由於擴散是一個緩慢的過程，這就要求細胞的體積不能太大，以保證細胞有足夠大的相對表面積（細胞的表面積和細胞體積之比）來接收外界的分子，同時進入細胞的分子也可以很快到達所需要的位置。由於分子在液態水中擴散的速度在宇宙的各處都應該是類似的，這也決定了外星生物的細胞也不能太大，很可能也是微米級的。
出於同樣的原理，外星生物要變得更大，也應該走地球上多細胞生物的道路，而不是單個細胞自身變大。也就是說，大型的外星生物的身體也應該是由細胞組成的（見第四章第二節）。多細胞意味著生物體有內環境。位於身體內部的細胞也必須有某種方式獲得所需物質的供應，某種形式的輸送繫統是必要的。
隻要有光就會有會光合作用的生物
生命活動是靠能量來驅動的。雖然各種星球上有各種能量形式，例如放射性同位素的衰變、磁場、物體移動的動能（例如風能，水流和波浪的動能）、勢能（物體從高處落下釋放的能量）、熱能（由溫度梯度提供），這些能量形式都難以被生物所利用。能夠被生物利用的，隻有跨膜離子梯度、氧化還原反應釋放的化學能，以及來自恆星的電磁輻射能。
膜兩邊不同濃度的離子分布本身就是能量儲存的一種方式。在地球上，海底熱泉可以在膜狀結構的兩邊形成氫離子梯度，而這是生物可以加以利用的能量形式。地球上生命起源的假說之一，就是生命最初在海底熱泉周圍形成。如果其他星球上也有類似的海底熱泉，生命也有可能在那裡形成。

如果星球上有可以被氧化的物質，例如氫氣，甲烷，也有能夠接受電子的物質，例如硝酸鹽，它們之間的氧化還原反應也可以被生物所利用。地球上最初的生物可能也是通過這種方式獲得能量的，至今一些微生物仍然用這種方式獲得能量。
但是海底熱泉畢竟有限，還原物和氧化物的供應也有限，也不是隨處都有。生物最穩定可靠，隨處可得的能源，還是來自恆星的電磁輻射，而且能夠接收這些輻射的能量的分子可以多種多樣。在最初的生命形態出現後，能夠進行光合作用的生物早晚會出現。地球上能夠
進行光合作用的藍細菌是地球上最古老的生物之一，估計能夠進行光合作用的外星生物也會在生命誕生後不久就出現。而且由於它們有穩定的能源供應，比用氧化還原反應獲得能量的生物更有優越性，因而容易發展起來。
由於不同的恆星發出的電磁輻射光譜不同，用來吸收這些電磁波的色素分子構造也會不一樣，因此進行光合作用的外星生物不一定是綠色的。
異養的生物也應該出現
由於適於進行光合作用的光輻射能量密度很低，通過光合作用積累有機物質的速度是很慢的。地球上的植物經過億萬年的演化，光合作用的效率已經達到極限，但也需要長時間的光照纔能合成有限的有機物，例如每株小麥就需要幾個月的光照，纔能合成那十幾粒麥粒。而異養的生物隻是把別的生物（歸根到底是進行光合作用的生物）現成的有機物拿來，而且拿的數量不受限制，異養生物積累有機物的速度就會快得多，也能夠進行需要消耗大量能量的生命活動，包括神經活動。例如人一天就需要大約500克有機物，這些有機物就需要大約1平方米的小麥幾個月的光合作用纔能形成，但是通過異養方式，這些有機物一天就被消耗掉了，因此異養是比自養更有效的生活方式。地球上生物的物種中，絕大部分是異養生物。
如果在外星上光合作用能夠大規模地進行，形成大量的有機物，就會給那些“拿現成”的外星生物提供了機會。在這種條件下，外星的異養生物（相當於地球上的動物）多半會出現，外星的智慧生物也會從這些異養生物中產生。
儲存遺傳信息的分子和催化化學反應的分子應該彼此分開而又互相聯繫
外星生物應該和地球上的生物一樣，也是由復雜的化學反應繫統組成的。其中的許多反應，特別是需要能量的合成反應，需要特殊的催化劑來完成。在地球上，這個任務是由具有催化功能的蛋白質（酶）來執行的。外星生物不一定要有由氨基酸組成的蛋白質來催化各種化學反應，但是也需要有由簡單“零件”組成的復雜分子來執行這個任務。
外星生物和地球上的生物一樣，也不可能是永遠不死的“金剛不壞之身”，要生命能夠持續下去，必須要有生成下一代的能力，也就是外星生物必須要進行繁殖。這就需要有分子來儲存身體構造信息的分子，以便把這些信息傳遞給下一代。換句話說，外星生物也必須有遺傳物質。這種物質不一定是DNA，但是也必須穩定而且能夠被復制。
對遺傳物質的要求應該是穩定，即應該不受每“日”生命活動的干擾；而對催化物質的要求應該是動態，這樣纔能使生命活動不斷調整自己以應對外界條件的變化。為了使這兩類分子各司其職，達到高效率，這兩類分子應該逐漸彼此分開，類似於地球上的DNA和蛋白質。後者應該由前者編碼，前者則由後者合成和復制。
也可能通過自然選擇來演化
如果外星生命的遺傳物質不是一成不變，而是像地球上的DNA那樣也會由於各種原因而逐漸改變的話，外星生命很可能也要遵循達爾文提出的演化規律，即遺傳物質變化的後果會通過自然環境進行選擇，能夠適應環境條件變化的纔能生存下來，不能適應的就被淘汰。這樣外星生命也會有一個從簡單到復雜，從低級到高級的發展過程。
外星生物演化的快慢取決於各個星球具體的條件。如果資源不是很豐富，環境的變化又極其緩慢，也許外星生物會長期停滯在比較低級的階段上。特別是圍繞紅矮星旋轉的行星，環境也許比類似太陽繫的繫統簡單和缺少變化。紅矮星由於熱核反應進行的速變比較低，壽命極長，可以在幾百億甚至上千億年的時間內穩定地發光。由於紅矮星質量小，形成行星的雲盤也比較小，也許隻形成一顆行星，也沒有被大的隕石踫撞的事件。在這樣的繫統中生物演化的“動力”要比在地球上小得多，估計那裡的生物演化也相對緩慢。地球從誕生之日起，經歷了多少“驚心動魄”的事件，多次造成物種大規模的絕滅，同時也使地球上的生物不斷演化，最後產生了人這樣的智慧生物。
自然選擇也包括生物之間對資源的競爭，因為生物

也是自然的一部分。在地球上，捕食與避免被捕食是促使生物演化的強大動力，如果有異養的外星生物出現，外星生物也會有捕食者和被捕食者之間持續不斷的鬥爭，促使雙方都不斷完善自己。鬥爭的行為也會最終進入遺傳物質而被固定下來，以便每一代都能夠以同樣的行為行事。所以如果有外星“人”造訪地球，他們對人類不一定是友好的。當然也有另一種可能性：能夠造訪地球的外星人一定擁有極為先進的科技，在“思想”的發展上可能也遠超過人類的發展階段。他們也許已經能夠理性地消除彼此之間的戰爭，對地球上的人類也可能非常友好而且提供幫助。到底是哪種情況，隻有外星人真的到來那天纔能知道。
也可能分雌雄兩性
如果外星生物的遺傳物質像地球上的DNA一樣，也是不斷變化的，那麼他們也會遇到遺傳物質是否能夠共享的問題。在地球上，從病毒、細菌到人類，都通過各種方式共享同種或類似生物個體之間的遺傳物質，以使遺傳物質多樣化，更好地適應環境的變化。有性生殖就是融合兩個生物體的遺傳物質，立即共享雙方的遺傳資源，是地球上多數生物，特別是高級生物的繁殖方式。但是有性生殖是以減數分裂為前提的，如果外星生命能夠發展出自己的減數分裂機制，估計外星生物也會逐漸分化出雌雄兩性。
有性生殖需要雌雄兩性的配合，受精卵也通過不斷的一分為二的方式發展出新的生物體。外星生命是否可能是三性的呢？三性不僅使得尋偶、求偶、交配更為復雜，而且還會由於個體的密度過低時找不齊三方而無法生殖。由於三方都有否決權，成功的概率會大大降低。而且三性也需要受精卵分為三份的機制，這也是非常復雜和困難的。出於這些原因，估計外星生物即使實行有性生殖，性別也不會超過雌雄兩性。
智慧外星生物的出現
由於宇宙的年齡是137億年，而地球的歷史隻有45.4億年，會有一些行星形成的時間比地球早得多，上面的生命也更早開始發展，其中一些星球上生物演化的階段也就可能大大超越地球上生物的演化階段，也就是有可能演化出遠比人類先進的智慧生物，他們的科學技術水平也可能是目前地球上的人類難以想像的。
在地球上，智力是以神經繫統為基礎的。動物最偉大的貢獻就是發展出了神經細胞和神經繫統。這不僅大大提高了信息傳輸的效率，也從神經活動中產生了感覺，再在感覺的基礎上發展出了自我意識和情緒。意識的進一步發展就是智力，即“我”主動地分析處理通過感覺獲得的信息（包括即時的和記憶的），從各種行動可能中選擇出最佳方案。人類的智力就是這個發展過程的最高成就。
但是我們不知道外星生物是否也會發展出用同樣機制工作（神經衝動，即膜電位的變化以接力的方式傳輸）的神經繫統。如果他們有不同的信息傳輸繫統，即不使用神經衝動的方式，也許他們也不會產生地球上動物，特別是人類這樣的動物的感覺和意識，他們處理信息的方式可能也和地球上動物的方式不同。如果智慧從這些外星生物產生，我們很難想像它是什麼樣的，和地球上人的智慧有什麼不同。
計算機和人腦都能夠處理信息，但是計算機處理信息的原理是基於晶體管的，是沒有意識的。而人對信息的處理是基於神經網絡的，是有感覺和有意識的。但是通過界面，計算機和人類能夠進行溝通。如果外星生命有和人類不同的處理信息的方式，他們的智力和我們的智力就會有本質的差別，但是也有可能彼此溝通。外星生物的生理構造會極大地促進人類對生命現像的理解，而外星生物的智力對人類的影響更是不可估量的。

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前言/序言

前言：我們從哪裡來

“我們從哪裡來”？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，也不管是在什麼時代，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，並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麼時候開始問這個問題的，但是毫無疑問都是開始於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《聖經》中的“創世紀”等等。
這些故事都是先有神，後有人，而且是神按照自己的形像創造了人。用泥捏人也很容易理解。用水調和的泥細膩可塑，干後形狀固定，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。看看廟裡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，而且還根據人的形像塑造出神。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。
不過神創論並不是對生命起源這個問題真正的回答。既然神能夠創造人和各種生命，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”其實就是在想像中被擴大了的“人”。要想知道“人”的來源，也就必須知道“神”的來源。這隻不過是把“我們從哪裡來”的問題推到“神從哪裡來”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”，人老年時喫的蔬菜和年輕時並無不同，老年時從河裡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造的人，也認為他們被神創造出來後，就一直是這樣，隻有繁衍，沒有變化，就像《聖經》裡說到那樣，人被創造出來就是“管理海裡的魚，空中的鳥，地上的牲畜，和全地，並地上所爬的一切昆蟲”。至於人本身，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，對於“我們從哪裡來？”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，隻有因果循環。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“我們從哪裡來”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。但我們隻要多思考一下，就會發現事實和這個看法相反。隻要看看我們周圍的許多動物和植物，就會發現它們不可能是“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”，存在於自然界中的，它們在野外也根本不能生存。科學研究表明，金魚起源於我國食用的野生鯽魚。金魚最初產於中國浙江，然後傳至世界各地。它首先由黑灰色變為紅黃色，成為“金鯽魚”，然後再經過不同時期的家養，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大品繫，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，都不容易被發現，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並不適於在野外生存，因為極易被天敵發現。所以錦鯉和金魚類似，是由野生魚類在人工飼養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生過。
狗的種類也很多。世界犬業聯盟（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、警衛等）和玩賞犬。這麼多種狗也不可能是“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掘。現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，年代和現代越接近，越在下面的地層，時代越久遠。比如最上層的是清代的街道遺址，下面是明代的，再往下代、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，就會發現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。最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）出現在16億至21億年前的地層中；簡單的多細胞生物出現在約10億年前；復雜的生命形式在約5億年前出現；而人類的最古老的化石隻有約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，最後產生了哺乳類動物，其中又產生了靈長類動物，最後纔產生了人。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，為什麼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，1809—1882）根據他在航海考察中對大量生物及其變種的觀察，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展關繫，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，隨後發現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於生物演化的思想。
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，是不需要什麼共同性的，神造它們什麼樣就是什麼樣。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，那麼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，也是檢驗神創論和生物演化論的一個指標。科學研究表明，地球上的生物是有共同性的，首先被發現的共同性就是細胞構造。
在顯微鏡發明之前，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釐米的距離（人們觀察物體細節的距離，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，頭部都有兩隻眼睛、兩隻耳
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麼共同之處，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，顯微鏡出現了，人們纔發現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。對於真核生物來講，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，決不是像神話裡面說的，神往人泥胚的鼻孔裡“吹一口氣，有了靈，人就活了”那麼簡單。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，肝髒細胞等等。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，功能各異的細胞來纔成。
不僅如此，泥土的成分主要是硅酸鹽，組成素主要是氧、硅、鈣、鋁。而組成素卻主要是氧、碳、氫和氮。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。這是現今最先進的科技也辦不到的事情。
生物化學和分子生物學的發展，更是從分子水平上揭示了地球上生物的高度統一性。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”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。
說到這裡，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。當然相信神創論的人可以說，神是萬能的，這些困難都不在話下，宇宙中的自然規律也可以隨意被神打破，神想做什麼就可以做什麼。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，而是從最新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麼產生的。在過去的幾十年中，人類對於宇宙形成和生命現像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“我們從哪裡來”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。這是生物最核心的“機密”，因為它規定了一個生物體該如何建造。在過去，對於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繫，就要全面繫統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繫。
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，相當於人的“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，相當於這本“設計手冊”分為23本分冊。1990年，美國的國立衛生研究所（NIH）出資3來進行這項計劃，相當於每測1個“字母”預期要。按照當時的技術水平，一次DNA測序隻能讀出幾百個“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。經過科學家們持續不懈的努力，這項工作終於在2000年完
成，並且作為對人類研究史上的裡程碑，在2000年6月26日由當時的美國總統比爾·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。據美國生物和醫學數據庫（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。這就為繫統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，用於細胞運動，細胞內的物質運輸，以及在細胞分裂時形成環，環的收縮把細胞“勒”斷為兩個。動物的肌肉繫統，不過是在這些基本的機制上發展出來的。我們現在的任務，就是要探討生物最初的基因和功能是如何產生和發展的。
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。木星的衛星歐羅巴（Europa），在表面的冰層下面有深達100公裡的海洋。地球的“兄弟”火星上曾經有大量的水，還曾經在火星表面衝出數公裡深，幾十公裡寬的河谷。就是在干燥的星球如月球上，水也在極地被發現。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後，詳細列出不同生物出現的時間點，例如什麼時候魚類出現，什麼時候鳥類出現等。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展。作者希望，從這個角度出發的論述能夠帶給讀者對生命現像新的理解。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。

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