序
一部精采绝伦的星球生命传奇 对读者来说,前言的功用有时是对一本书的评论,或者是预先提示他们书中值得注意的地方。在阅读这本书之前,除非读者对近代微生物学、古生物学以及演化生物学领域一直有所接触,否则将不可避免有一连串的惊奇,甚至震撼。
人定胜天?
这本书的内容是介绍有关这个星球上,所有生存在过去、难以计数的生命与现存生物之间复杂的关联性。马古利斯及萨根提出了不同于我们过去数十年接受的新世界观。这个新观点是以全球各实验室实际的研究成果为基础,经过整合及串连之后,所导出的结论:自然界本身完整而不可分割;生物圈本身就是一个整体,一个巨大、完整的生命系统。
记得很久以前,我曾出席一场由大学举办,名为「人类在自然界的地位」之系列专题讨论。其中大部分提及了人类如何能对自然界整顿、修理一番,以让世界上的事物可以更依照我们的理想运作:如何榨取更多的地球资源;如何保存某些荒野地区以供我们游憩;如何避免污染水系,如何控制人口⋯⋯等等。事实上,它整体的意念是:自然是遗留给人类的财产,是人类所拥有且能够支配的公园、动物园及自家的果菜园。
这些观点就是我们传统的想法。可是您一定不满足,而想再深究下去。毫无疑问,人类在占领地球的大部分时间里,一直是以强势物种的外貌宰制地球。也许在人类形成初始,刚从树上跃下来时,还是脆弱、可能犯错的动物,除了拇指能和其他四指对合以及夸张的大脑额叶之外,实在没有什么足以夸耀的东西,顶多藏身洞穴中研究如何取火。
但我们终究接管了地球。现在的我们似乎无所不在,操纵着每件事物。从北极到南极,山巅到深海,甚至登陆月球,放眼太阳系。我们永远都是地球的主宰、演化的顶点、生物成就的极致。
其实,如果您抱持着漫不经心的态度,这的确是看待这个世界的简单方式。
然而,我们还有另一种看待自己的角度—这本书正是这种观点的指引。
以演化的历史来看,我们在地球上才刚刚出现不久,也许仍有其他比我们更年轻的物种,但牠们散播的范围,尚及不上我们所达到的程度。再者,让我们确认人类实实在在出现的铁证,诸如语言、歌唱、工具制作、升火取暖的能力以及喜欢安逸及好战的人性,一共只能追溯数千年而已;再往前看,人类的历史无异于其他动物的历史。以物种观点而言,我们还年轻,也许才刚开始发展,仍处于学习成为「人」的阶段。我们是未成熟的物种,仍然容易受伤、出错,甚至还冒着核战后,徒留薄薄一层放射性化石的风险。
弄清楚自己在演化谱系中的位置,有助于改变我们的观点。过去我们曾认为人类由上帝所创,于宇宙形成之初,就已占有一席之地,准备好要成为其他动物的主宰,虽然连衣服都还没穿上身,却已经热心为其他动物命名了。然而,在达尔文提出演化论之后,我们却必须面临「大猿是我们演化家谱的一部分,黑猩猩是我们的表亲」的窘境。
许多孩子在青春期,都同样会经历一段痛苦的日子。他们总不满意父母,希望自己的父母与众不同,最好像对街某家父母一样。其实,祖先是外表古怪的原始人,并不是真的那么可耻。但如果可以重新选择的话,大部分的人仍情愿自己拥有王公贵族的血统,而且最好到此为止,不必再追本溯源了。
现在看看,是什么让我们左右为难。我们在演化线上的起点,是大约三十五亿年前的细菌,它是所有生命最古老的祖先。地球上所有的事物都得回溯到「它」。
尤有甚者,尽管我们大脑额叶发达、辩才无碍、具有音乐涵养、俨然优雅大方,但这些微生物老祖先始终与我们同在,也是我们的一部分;用另一个角度来看,我们是它们的一部分。
一旦我们勇敢面对这个事实,将惊叹它是一个伟大的故事、一首波澜壮阔、不可思议的史诗、一部精采绝伦的星球生命传奇。但请注意,故事还没结束⋯⋯。
马古利斯花了她职业生涯的大部分时间研究这个故事,她本身的研究成果更为这个故事加入许多重要的细节。现在,她和萨根以文学的形式,把这些成果一起放在这本非凡的书中,使它完全不同于我过去读过有关演化的一般书籍。
生物演化史中绵延最久的事蹟,是引人入胜的题材:二十五亿年的漫漫岁月,我们的微生物祖先自己釐出了一条共存共荣的生存规则。我们人类必须研究这些习性,探求使我们继续生存的线索。
大部分流行的演化题材及问题,都只从数亿年前开始讲起。对于最早的多细胞生物形式大多只略为提一提,然后就快速转到嵴椎动物的蓬勃发展。好像「原始的」、「简单的」细胞在地球漫长的演化时间里什么事都没做,只等待着其他生物形式的好戏开演。马古利斯及萨根修正了一般人对真实生命的误解。他们揭露出今天我们所学习到的每项生存技能,其实最古老的细菌早就熟知那一套了。
教我们要谦逊
或许我们早已预知自己真正的起源。从隐藏在「语言化石」中、关于「人类」这个字的古老字根,可以一窥究竟。数千年前的初期印欧语系(没有人确知其年代)将地球拼成dhghem。这个字意味着由泥土(earth)变成沃土(humus),代表着我们是土壤细菌的杰作。同时,它也教导我们谦逊(humble),人性(human)及人道(humane)。
在这里我只是概略的提一提。其中所蕴含的哲学深意,则在本书有详细的阐述。
汤玛士
〔本文作者汤玛士(Lewis Thomas, 1913-1993),曾任史隆凯特林癌症纪念研究中心(MSKCC)名誉理事长〕
再版导读
走在微生物铺好的道路上 由马古利斯与萨根这对母子档合着的《演化之舞:细菌主演的地球生命史》,第一版于1986年出版,迄今已有三十年;而中译本在台湾由天下文化出版,也已经是二十年前的事了。这次天下文化决定重新再版,并邀请我来撰写本书的导读,身为一位教育工作者兼科普人,除了感谢天下文化授予我这份重责大任之外,也担心自己无法胜任。在此首先要向大家推荐:上一版由程树德老师所做的导读非常精采,建议读者在阅读完这篇新的导读文后,一定要再好好品味程树德老师的导读。
马古利斯以她独特的视角──微生物的观点,来看这四十亿年来地球上种种生物的演化历程。在当年容或有些惊世骇俗,但以最近这些年的研究发现看来,马古利斯的确是有先见之明。
就算从猿人开始算起,人类不过占据了地球生命的四十六亿年中的四百万年,而人类的活动真正开始对地球产生剧烈的影响,也不过就是最近的一、两万年之间的事而已。若将地球的生命以二十四小时来划分,四百万年不过是七十五秒;而人类就在不到最后半秒钟的时间里学会农耕、让地球产生剧烈的变化!
我们人类总是认为自己与众不同。「万物之灵」,这是人类给自己的称唿。人类甚至在分类上刻意将自己与其他已绝种的猿人,归类在「人属」(Homo)之下,忽略人与猩猩在基因上的差别其实极为微小。
我们并非天子骄子
人类果真与其他生物完全不同吗?看看我们气管与小肠里的纤毛:为什么摆动我们纤毛的构造,与细菌的一般无二,都是旁边九对,中间二个呢?而我们的遗传信息,也一样由五种核苷酸组成与传递;连构成我们蛋白质的标准胺基酸,也是二十一种。
或许就像叛逆的孩子,不愿意承认与父母有太多连结一样,人类总爱把自己摆在一个与万物有相当距离的位置,认为自己可以驾驭自然,「人定胜天」。实则近年来的气候变迁,以及在微生物体(microbiome)研究上的种种发现,在在都告诉我们:我们只是地球上无数生物的一种,唯有切切实实认知我们仅仅只是「构造较复杂」,而非「演化较高等」的生物,并学会与其他生物共生息,才有可能在这个地球继续生存下去。
要认知我们无非只是地球上的生物之一,先让我们跟着马古利斯一起回顾一下地球的生物史。一百三十七亿年前,大霹雳发生。在大霹雳发生后的一百万年里,宇宙中最简单的元素「氢」出现。四十六亿年前地球形成,原始的地球是一团火球,要等到四十亿年前(也就是地球形成的六亿年后)细菌才开始出现。这些细菌没有被核膜包围的细胞核,人类过去认为它们是低等的、不进步的;事实上没有核膜使它们得以自由的与其他细菌交换遗传物质,甚至可以与病毒、植物交换遗传物质。四十亿年后,人类还要费尽苦心才能进行与其他生物的遗传物质交换。
这些没有核膜的生物,还要在地球上继续生活二十亿年,有核膜的真核生物才会出现。当时的地球可能还没有地壳,或开始有一层薄薄的地壳形成;我们现在熟悉的五大洲还不见踪影。
从元素形成到细菌出现,中间究竟发生了什么事?生命究竟是来自太初浑汤,或是外太空?即便最初的有机分子的确来自于外太空,他们仍要能在当时炎热如地狱般的地球上存活下去,才有可能在四十亿年前形成初始的生命。诚如达尔文说过的,「化石只是演化的断简残篇」,没有坚硬构造的原始生物化石已极难发现,要发现有机分子则更加不可能。从四个胺基酸到(去氧)核糖核酸,再到细菌,中间发生的种种事件,绝大部分我们也只能推想罢了。
微生物打造地球环境
这些我们曾一度想要除之而后快的微生物,现在已证明是与我们共存共荣、不可或缺的一部分了。不论在数目上它们是我们的十倍,或与我们等量齐观,我们与这些细菌之间的共生关系绝对无法抹去。也是这些微生物改变了地球的样貌,成为我们现在熟悉的样子。
醣解作用与发酵作用可能是最早出现的能量产生方式,而固氮作用的出现,提供了全世界所有生物稳定的氮来源;由于氮不寻常的稳定键结,全世界所有的生物也只有固氮菌发展出打断键结的机制。若没有固氮菌,地球上的生物不可能如现今一般欣欣向荣。
为地球带来最大变化的反应首推光合作用。由不产氧的硫菌到产氧而裂解水的蓝绿菌,等到地壳中的铁终于被蓝绿菌所释放的氧气消耗殆尽后,终于产生了「氧气大浩劫」(Great Oxygenation Event, GOE)事件。
因为没有足够的化石资料可以评估,我们无法精确得知究竟氧气大浩劫事件有多严重;由于地球形成时的大气并不含氧气,可以想见的是,绝大部分的微生物都在氧气大浩劫时灭绝了。侥倖存活下来的微生物,只能在氧气无法到达的环境(包括我们的消化道)中生存下去。
真核细胞的诞生,宣示了进一步共生状态的发生。随着粒线体与色素体进入细胞,不同生物间的合纵连横愈趋复杂,有些细胞也从与螺旋菌的跨界合作获取了运动的能力。究竟这种种共生关系是如何发生、又如何发展为稳定的伙伴?
或许由细菌所构成的生物膜(biofilm)是多细胞生物的滥觞。在1986年,微生物体的研究方兴未艾,三十年后的今天,包括生物膜以及植物的内部信息传递等相关研究已突飞勐进,有兴趣的朋友可以到各科普网站寻找相关的资料。
大部分微生物的基因体都是单倍体,生物究竟从何时开始出现双倍体呢?是双倍体以及减数分裂的出现,使生物出现了另一种交换遗传物质的形式:有性生殖。有些人认为有性生殖可以使细胞恢复活力,但如耳草履虫的例子,似乎又在告诉我们,使细胞恢复活力的,是减数分裂与细胞核融合的过程,与是否导入新基因无关。
由单细胞到多细胞生物,是否也是由共生而来呢?过去已知植物里的地衣的确是藻类(或细菌)与真菌的共生体,而最近又发现一种生长在北美的地衣是子囊菌、藻类与担子菌三种生物的共生体。这些发现都让我们意识到多细胞生物始于共生生物的可能性。
不过,即便如马古利斯能以微生物的视角来重新审视生物演化、具真知灼见成一家之言的学者,谈论到植物时,还是不免有些落入人类中心的窠臼。由于植物无法与动物一样,以具体的行动(逃跑)来躲避敌害;因而植物发展出卓越的再生能力与全能性(totipotency),使得它在遇到掠食者时,可以以牺牲部分器官的策略,来换得个体继续存活的权利。而这全能性在一万到两万年前人类开始农耕之后,很快的便被人类充分应用、甚至即使在无意中得到不具有性生殖能力的作物品系时,也能以无性繁殖法使作物永续(如脐橙)。若说是植物为了要让人类为它们进行无性繁殖,而把自己演化得很美味,难免有些自作多情的嫌疑。而近年来对植物生理学方面的研究,在在都提醒了我们:植物并非是柔弱无助的,它们与动物一样,为了生存与繁殖演化出许多不同的策略,而这些策略都记录在它们的基因体之中。
而动物比植物晚了三千五百万年才「登陆」,笔者认为可能的原因或许与叶绿体无关,而是因为植物无法行动。当陆地逐渐变得干燥之后,生活于水域边缘的植物便被迫得逐渐适应陆地生活。马古利斯认为饥饿是驱使演化的动力,笔者则认为除了饥饿之外,生存更是推动演化的幕后之手。如近年来大量使用除草剂导致野草快速演化,也是生存推动演化的极好例证。
演化主角更迭替换
最后,在面临环境急遽变化的此时此刻,许多人心中的大哉问可能是:人类是否会灭绝?地球是否会成为毫无生气的天体?前者笔者没有答案,但对后者的答案却是否定的!纵使人类灭绝殆尽,地球上的生命仍将继续繁衍。过去四十亿年来,厌氧菌、三叶虫、恐龙等先后登上演化的舞台、成为一时之选;看这些生物得意洋洋的正待引吭高歌,却是一曲不及唱罢,便灰头土脸偃旗息鼓的被拉到台下慌忙退场。或许人类也不免有此结局,但在此风雨飘摇之际,还是有许多人试图力挽狂澜。不过,正如马古利斯所说,演化总是退一步、进两步,大破之后才能有大立。更或许,如果人类真能理解到,唯有与万物共生,而非企图征服万物,如此人类才真能避免灭绝一途;否则我们仍将会如过去的厌氧菌、三叶虫、恐龙一般,仅仅成为演化长流中的一个点;而我们的存在,也只能留待后世「子孙」从化石证据上去确认罢了!
叶绿舒