DNA是双股螺旋结构,以四种硷基排列组合形成,带有生物遗传的所有奥秘,是生物的设计图。
市面上有很多介绍DNA型态功能的书,却很少深入DNA从何而来。本书希望借由深入探讨DNA的分子结构,研究DNA的「起源」,从原始的地球开始,介绍专家学者对DNA起源的研究成果,企图解开生命「诞生」的奥秘。书中从分子层级。详细描述DNA在遗传过程中如何复制,传递遗传讯息,以及在复制过程中与DNA结构相似的RNA作用,以了解生命如何自我复制。
第1章 隐藏在DNA中的生命架构
第2章 DNA的原始材料
第3章 原始地球从RNA开始
第4章 氧原子的消失与稳定化
第5章 DNA的演进
第6章 复制方法的进化,与生物未来的走向
本书特色
地球原始生命从何而来?
DNA为何成为生命最重要的物质?
人类能自由操控DNA吗?
DNA是构成基因的基本物质,随着人类基因组计画的实现,如今我们已了解DNA的构造与功能。但对于DNA如何出现在地球上,如何发展生命现象并衍生各种遗传功能,本书企图提出符合遗传学演化的假说,以挑战DNA诞生的谜团,祈使能够引发人们对DNA的兴趣。
【学术指导】
日本横滨国立大学小林宪正博士
日本东京药科大学山岸明彦博士
法国巴斯德研究所派屈克.佛特尔(Patrick Forterre)博士
美国国家卫生研究院尤金.库宁(Eugene Kunin)博士
作者简介
武村政春
1969年生于三重县津市。1998年修毕名古屋大学研究所医学研究系博士课程。曾任名古屋大学助教、三重大学助教,现任东京理科大学研究所科学教育研究系副教授。专攻生物教育、分子生物学、复制理论。着作有《生命中心法则》、《DNA的复制与变形》、《简单明了的DNA与分子生物学》、《写给文组人的DNA入门书》、《大众的一般生物学》等,其中《世界第一简单生物化学》、《世界第一简单分子生物学》已由世茂出版发行繁体中文版。
审订者简介
张俊哲博士
在国立台湾大学农化系、生化科学研究所毕业后,公费留考赴英国剑桥大学遗传系取得博士学位。目前任教于台大昆虫学系 (副教授)、台大生物科技研究所、基因体与系统生物学学位学程等单位。张老师专长为发育生物学与分子遗传学,「分子生物学」是他在台大的主授课,2007 年迄今曾五度获得校级教学优良之荣誉 (2007, 2010, 2011, 2012, 2013)。在研究方面,曾荣获台大生农学院年轻学者学术研究奖与学术奖励,亦曾担任国科会初、复审委员。除了专业课程,张老师还开授「新生专题」与相关科普课程,并担任台大教学发展中心电子报主编,是位很乐于分享与帮助同学的科学家。详细资讯请参考其个人网页 (lgdntu.blogspot.com/)。
译者简介
陈文涵
文藻外语学院英文科副修日文、二技部翻译系毕业,曾至日本鹿儿岛交换留学一年,毕业后就职于日商。在学期间即开始接触技术文件等翻译案件,本书为第一本正式译作。
前言
第1章隐藏在DNA中的生命构造
D.N.A
基因
基因的真面目.DNA的发现
DNA的结构
DNA是由许多「核酶酸」联结形成的
DNA已可轻易复写
第2章集齐材料很困难
生物不会自然发生
那么,世界最初的生物是?
原始的地球发生了什么事
宇宙掉下来的礼物
胚种论
DNA的材料是「拼拼贴贴」而成的
米勒的实验中,先形成的是胺基酸
核酶酸也可以自然合成?
第3章以RNA为中心扩展的世界--原始地球
核醣核酶酸
DNA的材料来自于RNA的材料
何谓RNA
三种RNA
万能的RNA
RNA世界
核醣核酶酸是如何联结才形成RNA的
前RNA世界
RNA也作为酵素运作
让核酶酸聚合的RNA
自我复制的RNA
「垃圾袋」与「垃圾」
第4章氧原子的消失与安定化
氧原子(O)与核醣核酶酸
剪接
剪接时2-OH的运作
RNA容易自我分解
中间的阶段
2-OH的有无与作为核酸的双链DNA的意义
第5章DNA的「开发」
胸腺嘧啶与尿嘧啶
试行错误的结果产生的DNA
使用尿嘧啶的DNA
三个嘧啶硷基
胞嘧啶的脱胺作用与尿嘧啶
胸腺嘧啶的「开发」
现在的「RNA世界」
何谓病毒?
最初的DNA病毒,现身!
当初「开发」DNA的是谁?
病毒进行的DNA开发
第6章复制方法的进化与之后生物的命运
复制方法的进化
RNA聚合酶与DNA聚合酶
胺基酸与蛋白质
DNA聚合酶是因为RNA聚合酶的突然变异而诞生的吗?
祖先是相同的
引发酶即为RNA聚合酶
DNA以前没在复制?
DNA复制是从转录失败开始的?
复合核酸假说
RNA引子诞生之谜
安定性与「复制」的副作用
DNA复制并不完美
可以自由操作DNA的人类的未来
索引
推荐序
“Ask Why”,让学习变得更有趣!
在台大教授分子生物学 (分生) 的过程中,我经常挑战学生两件事:
(1) 请扪心自问,有没有把握将 ”DNA” 与 ”RNA” 的英文全名正确地写出来?
(2) 请扪心自问,背了那么多的专有名词 (含缩写) ,对于实际从事实验工作,到底有多少的帮助?
让我惊讶的是:就算已经明白地表示写出 DNA 和 RNA 的英文全名,将是期中考的必考题,但仍有为数不少的同学无法将 “deoxyribonucleic acid (DNA)” 或是 “ribonucleic acid (RNA)” 一字不差地答出。更令人百思不解的是:就算明知死背专有名词无助于实验的设计与进行,许多同学仍在考试前囫囵吞枣地记了一堆不知所云的英文专有名词,希望脑中的暂存记忆,能提高猜中答案的机率。当然,这样的学习态度不可能获致令人满意的成绩。但更大的副作用还在后头:同学们对分生渐行渐远,不仅萌生退意,甚至产生了敌意!
为何同学们不愿脚踏实地治学,以及主动釐清分子反应机制?重要的关键之一,在于兴趣缺缺。实际上,这样的问题并非仅存于分生一科,许多科目的学习瓶颈亦颇为类似。究其个中原因,我发现同学们仍把大一、大二、大三,当作高四、高五、高六,沿袭被动的学习方式,习惯「等待标准答案」,而非主动发掘答案。讲得更明白些,同学们已习于、惰于、甚至惧于 “Ask Why (问为什么)”。因为 “Ask Why” 在准备升学考试的过程,似乎效用不大,甚至曾经试着想 “Ask Why” 而被老师泼冷水的同学,亦不乏其人。就我个人的观察,一旦在学习的过程停止 “Ask Why”,接下来连思考 “Why Me (为何是我?)” 的动力都会大幅下降。如此一来书读不懂,又逃避面对自己、面对人生,自然而然地会选择 「面对电脑」。然而,对于解决学习和人生的问题却几乎没有助益。
我很高兴看到武村政春博士继《世界第一简单分子生物学》,又推出《3 小时读通 DNA 诞生之谜》这本极富创意的大作。这本书最大的特色,就是不断地以 “Ask Why” 引导读者了解 DNA 的真面目。同时,借由不断地 “Ask Why”,启发大家想更进一步探索 DNA 的强烈动机。不约而同地,近几年改版的分生或遗传学原文教科书,纷纷以更显着的篇幅介绍科学家与他 (她) 们的科学贡献,甚至在每章另辟专栏作颇为详尽的介绍。武村博士这本新着,乃是以更生动的笔触,佐以最亲切活泼的插画,将从事 DNA 与 RNA 研究的科学家以及其研究成果,呈现于读者眼前。难能可贵的是:借由 “Ask Why”,把科学家们曾经想过,或还正在构思的理论,和读者们分享。
由于教育的普及,大部分的同学在国中阶段就学到了 DNA,接着高中再多学一些;到了大一的普通生物学和大二的生物化学又再学了一遍 “进阶英文版的 DNA”。因此,到了大三的分生课程,许多同学们一开始对于学习 DNA 的构造和化学特性都掉以轻心,以为只是炒冷饭。等到察觉有许多的重点是以前未曾釐清和吸收,不幸为时已晚,第一次的期中考自然惨遭滑铁卢,只能等待第二、三次的期中考败部复活。面对如此之 “学习疲乏症候群”,唯有改以经常 “Ask Why” 的学习方式,才能让自己更加积极、更加谦卑地面对遗传密码的奥祕。武村博士这本饶富创意的大作,相信对于治癒 “DNA冷感症” 或是 “DNA恐惧症”,应颇具疗效。对于 DNA 的初学者,我相信您们一开始就会被武村博士 “Ask Why” 的学习方式启发,再也不敢轻看 DNA 双螺旋,并且产生浓厚的兴趣,把具有超过三十亿年历史的 DNA,在三小时内先睹为快!
当然,我更期待读者们接受、享受 “Ask Why” 这样的学习方式后,能够无所畏惧地挑战 “Why Me” 的这个大哉问,进而开创更真诚积极的人生!
台湾大学昆虫学系/生物科技研究所
张俊哲
2013年4月
前言
DNA相关书籍虽然可以堆成一座山,但却几乎没有关于DNA「诞生」的书籍。这类书籍鲜少出版的原因,简单地说,是因为对于DNA的「诞生」尚未明暸。
DNA是遗传基因的真面目,是在高中会教授的物质,近来也经常运用在犯罪调查及个人身分鑑定等方面。说到这里,一般人在形容个人的能力或企业的风气时,也会以「谁谁谁的DNA」、「怎样的DNA」来比喻。以生物学用语来说,DNA算是脍炙人口。
当然,不单单是名称,DNA在原本「归属」的分子生物学领域中,研究亦显着进展,目前人类基因组计画已大致完成,此「物质」的形状、结构及运作方式等等,许多部份皆已可得到解释。但是……
不知为何,DNA的「诞生」,即DNA是如何制造出来的,并且如何成为遗传基因的真面目运作的,此方面却绝大部份都尚未明了,仍然是个谜团。
如同地球及宇宙都有「起源」,DNA自有其「诞生」。DNA的名字虽然广为人知,但是关于起源的科普解说书却少之又少。的确,在这个领域的知识尚未足够到可以完全解说的程度,但是笔者经常思考:就此止步即可吗?虽说尚未完全明暸,但截至目前为止,众多研究人员的足迹,都以论文的形式留下。笔者就暂且在这里介绍这些足迹,向DNA诞生的谜团挑战吧!这样的想法是为本书执笔的动机。
因此,本书介绍的内容,大多都还在假说阶段。如果时光机开发成功,可以回到DNA诞生时期的地球,使用化学分析装置分析DNA的形成,或许会发现本书的内容「并非完全想像」。
本书针对DNA的「诞生」,以及生命的「起源」,一方面介绍研究人员(本书介绍的研究人员仅为一部份)目前为止的想法,一方面着力于DNA所具的化学特征,以及作为遗传讯息物质的实际运用。本书并非介绍关于生命起源的「最新消息」,内容也并非DNA「诞生」相关学说的全部;碍于篇幅,只能囊括其中一小部份。虽然内容并「不完整」,但是笔者认为,透过阅读本书,希望读者能对这个未知的领域产生兴趣。
本书内容出现许多化学式,但笔者撰写时认为,即使忽略这些化学式,只阅读本文,也可以充分理解,有时会书中会出现披着白色实验服的胖宅男,请随意想像此人身份,不必太过在意,敬请读到最后。
本书由日本横滨国立大学的小林宪正博士及东京药科大学的山岸明彦博士给予专业范围的校正及意见。法国巴斯德研究所的帕垂克?福特拉(Patrick Forterre)博士及美国国家卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)的尤金?库尼(Eugene Koonin)博士则指导本书介绍的假说内容与参考文献。在此致上深深的谢意。
武村 政春 博士
這次拿到《3小時讀通DNA誕生之謎》這本書,說實話,我其實有點猶豫。我一直覺得DNA這種東西,要嘛就是大學生物課本裡那些密密麻麻的圖表和術語,要嘛就是紀錄片裡講的「生命的藍圖」,但具體怎麼個「藍圖」法,又說不上來。這本書的標題聽起來很直接,也很吸引人,尤其是「誕生之謎」這幾個字,總覺得裡面藏著什麼不為人知的秘密,或者說,是什麼樣的契機讓DNA這麼重要的東西在地球上出現。我平常是比較喜歡那種能引人入勝,有點像推理小說一樣,一層一層揭開真相的故事。不知道這本書在講述DNA的起源時,會不會加入一些科學家們的探索過程,他們的靈感火花,甚至是當時的時代背景?如果能把科學研究的過程描寫得像電影情節一樣扣人心弦,那閱讀體驗絕對會大大提升。而且「3小時讀通」這個概念,我一直認為是很難得的,要把一個這麼複雜的科學議題,濃縮成可以在短時間內理解的精華,這對作者的功力要求非常高。我希望它不是那種為了壓縮時間而犧牲內容深度的書,而是真的能夠將複雜的概念化繁為簡,用清晰易懂的方式傳達給讀者。總之,我期待它能給我帶來一場既有趣又長知識的科學之旅,讓我對DNA有更深刻的認識。
评分最近在誠品書局晃蕩,無意間瞥見這本《3小時讀通DNA誕生之謎》,封面設計挺吸引人的,黑白對比強烈,又有點神祕感,感覺能挖到不少驚奇。我對生命起源、遺傳密碼這些話題一直很有興趣,但又怕太過學術化,看了就頭昏腦漲。這本書名強調「3小時讀通」,聽起來就很友善,好像真的能把複雜的東西講得很清楚,而且時間上也很緊湊,適合我這種生活節奏比較快的人。我喜歡那種能夠快速吸收新知,又不至於造成太大壓力的閱讀體驗。《DNA誕生之謎》這個副標題本身就充滿了懸念,讓我很想知道DNA究竟是如何誕生的,中間又有什麼樣的曲折離奇的故事。很多時候,我們對科學的認識都停留在表層,知道「是什麼」,卻不知道「怎麼來的」。這本書如果能補足這方面的空白,那就太棒了。光是書名就勾起了我滿滿的好奇心,不知道書裡會不會有那些科學家們為了解開DNA結構而奮鬥的精彩故事,還是會從更宏觀的角度去探討DNA的演化歷程。總之,光是衝著這個書名和「3小時」的承諾,我就覺得值得去翻翻看,即使只是作為睡前讀物,也能稍微滿足一下對科學的渴望。
评分《3小時讀通DNA誕生之謎》這個標題,直接戳中了我的好奇心。我一直覺得,我們對DNA的了解,很多時候都像是對「結果」的認識,知道它是遺傳物質,知道它決定了我們的性狀,但很少去思考,這麼複雜又精密的結構,究竟是怎麼「誕生」的?是什麼樣的條件,讓這樣一個生命奇蹟得以在地球上出現?我喜歡那種能夠引導讀者進行深度思考,同時又能提供清晰答案的科普讀物。如果這本書能夠從宏觀的宇宙演化,到微觀的化學反應,一步步推演DNA誕生的可能性,那麼這將會是一場非常精彩的知識探索。我非常希望書中能夠穿插一些歷史上的科學爭論,或者是不同的假說,以及最終哪個假說被證明是正確的,這樣能夠讓整個講述過程更加豐富和有層次感。而且,「3小時讀通」這個概念,在我看來,代表著作者有能力將極為複雜的科學知識,轉化成易於理解的語言和架構,這本身就是一種很高的學術素養和表達能力。我期待這本書能夠讓我驚嘆於生命的奧妙,並且對DNA的起源有一個全新的、深刻的理解,不再僅僅是課本上的一個名詞,而是生命演進史上一段充滿智慧和運氣的傳奇。
评分這本《3小時讀通DNA誕生之謎》,光聽名字我就覺得很有潛力。我平常是那種喜歡看科普雜誌,偶爾也會關注一些科學新聞的人,但對於DNA這種比較基礎又重要的概念,我總覺得自己好像只知其一不知其二。尤其是「誕生之謎」這幾個字,聽起來就很有故事性,好像DNA的出現不是一蹴可幾,而是經歷了一個漫長又曲折的演化過程。我喜歡那種能夠將複雜的科學概念,用貼近生活、或者有故事性的方式講述出來的書。例如,如果書裡能介紹一些關鍵的科學家,他們是如何提出假設、如何進行實驗,以及在當時的技術條件下,他們是如何克服困難的,那一定會讓整個過程更加生動。而且,「3小時讀通」這個承諾,對於我這樣一個常常被厚重的科學書籍嚇退的讀者來說,簡直是一道曙光。它暗示著作者已經將龐雜的資訊進行了精煉,提煉出了最核心、最關鍵的部分,讓讀者能夠在短時間內獲得一個清晰的概念。我期待這本書能夠給我一個全面又易懂的DNA起源故事,讓我對這個生命最基本的組成單元有更深入的認識,不再覺得它只是個冷冰冰的化學分子。
评分說真的,看到《3小時讀通DNA誕生之謎》這本書,我第一反應就是「這真的可能嗎?」我過去對於DNA的理解,大概就停留在課本上的A、T、C、G鹼基配對,還有像愛因斯坦這樣偉大科學家的名字。但「誕生之謎」這個詞,就好像在說DNA的出現不是理所當然,而是有個充滿挑戰的開端。我對歷史上的重大科學發現一直很有興趣,那種科學家們如何從一片混沌中找到線索,一步一步逼近真相的過程,總讓我感到振奮。如果這本書能描寫一些當時科學界對於遺傳物質的種種猜測,甚至是錯誤的方向,以及最終是如何突破重圍,發現DNA的關鍵作用,那肯定是非常引人入勝的。我希望這本書的敘述方式能夠生動有趣,能夠讓讀者感覺像是親身參與了這場科學的探索。而且,「3小時」這個時間點,我認為是個非常聰明的定位,它告訴讀者,這不是一本需要花費大量時間啃讀的艱澀學術著作,而是可以在一個下午的時間裡,就能對DNA的起源有一個不錯的了解。這對於很多時間有限但又渴望學習新知識的讀者來說,無疑是一個巨大的誘惑。我期待這本書能帶給我一種「原來如此」的豁然開朗的感覺,解開我心中對DNA起源的一些困惑。
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