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进化是通过突变和选择来实现的。在复制过程中，如果DNA聚合酶出差错的话，就可能发生突变。但是DNA聚合酶极少发生差错。辐射、太阳紫外线照射、宇宙射线或环境中的化学品等也会引起突变，所有这些东西部能够使核苷酸发生变化，或者使核酸打结。如果突变率过高，我们就不可能有40亿年来在极其缓慢的进化过程中遗传下来的生物。如果突变率过低，适应未来环境变化的新品种就不可能出现。生物的进化要求突变与选择之间保持某种程度的平衡，随着平衡的实现，非凡的适应性也越产生了。
一个DNA核苷酸分子的变化会引起受该DNA遗传密码控制的蛋白质内一个氨基酸分子的变化，欧洲血统人的血液里的红细胞呈球形，某些非洲血统人的血液里的红细胞则呈镰刀形或新月形。镰刀形细胞携带的氧比较少，结果遗传一种贫血症，但是它们又是抵御疟疾的主要因素。毫无疑问，贫血症总比死亡好。这种对血液功能的重大影响（在红细胞的照片上一目了然）是典型人体细胞的DNA中，上百万个核苷酸分子中有一个核苷酸分子发生变化的结果。我们现在仍然不知道大多数其他核酸的变化会引起什么样的后果。
我们人类看上去跟树木大不相同。无疑地，我们对世界的认识也跟树木不一样。但是在最深处，在生命的分子核心，树木跟我们本质上是相同的。两者都用核酸进行遗传，两者都用蛋白质为酶来控制细胞的生化过程，最重要的是，两者都用完全相同的电码本将核酸的信息翻译成蛋白质的信息——实际上我们这个行星上的所有其他生物使用的也都是这个电码本③。对这种分子统一性的一般解释是：我们人类，例如树木、人类、鮟鱇鱼、粘液霉和草履虫等，都是在我们行星历史的早期源自一个共同的祖先。那么，关键分子又是如何产生的呢？
在康奈尔大学，我的实验室里，除了研究其他项目以外，我们还研究生物前有机化学，谱写了一段生命的乐章。我们将原始地球的气体混合在一起，然后用电火花辐照。这些气体包括：氢、水、氨、甲烷、硫化亚氢等，它们碰巧都存在于现代的木星上和整个宇宙里。电火花相当于闪电（在古代的地球和现代的木星上也有）。反应器皿起先是透明的，因为原始气体是看不见的。但是电火花辐照10分钟之后，我们看到一种奇特的棕色的东西顺着器皿壁慢慢地往下淌，器皿逐渐地变得不透明了，盖上了一层厚厚的煤油。假如我是用紫外线照射的话（模仿早期的太阳），其结果会大致相同。这种焦油是复杂有机分子（包括蛋白质的组成部分和核酸）的浓缩。生物竟然是非常容易制造的。
上述这种实验是五十年代早期斯坦利·米勒最先做的。他当时还是化学究哈罗德·尤里的研究生。尤里有力地论证了地球早期的大气层里充满了氢（就象宇宙中大多数的星球那样）；后来氢慢慢地从地球上散发掉，但是没有从巨大的木星上散发掉；生命在氢丧失之前就产生了。当尤里建议用火花辐照这些气体的时候，有人间他想通过这个实验制造什么东西，他回答说：“Beilstien。”Beilstien是德国的一部28卷的巨著，里头罗列了化学家所知道的所有有机分子。
只要用早期地球存在的最丰富的气体和几乎所有能够解开化学键的能源，我们就能够制造生命的基本领制构件。但是在我们的器皿里出现的只是生命的乐谱，还不是生命的音乐。分子预制构件必须正确地排列在一起。生命绝不仅仅是组成蛋白质的氨基酸和组成核酸的核苷酸。但是即使在将这些预制构件排列成长键分子方面，我们的实验工作已经取得了重大的进展。氨基酸已经在原始地球的条件下被组合成类似蛋白质的分子，共中有些分子象酶一样微弱地控制着有用的化学反应。核苷酸已经被组合成几十个单位长的核酸链。在适当的条件下，短核酸在试管里能够与跟它们相同的复制品结合征一起。
直到现在，还没有人能将原始地球的气体和水混合在一起并在实验结束的时候让什么东西从试管里爬出来。最小的已知生物，类病毒，是由不到1万个原子组成的。这些病毒能导致栽培植物的若干种不同疾病，而且很可能是最近刚从更复杂（而不是更简单）有机体演化来的。确实很难想象还有更简单的、不管从什么意义上说部是活的生物体。类病毒是单纯出核酸组成的，而病毒却有一层蛋白质膜。类病毒只不过是单一的RNA链条，其几何图形不是一条直线，就是一个闭合圈。不管类病毒多小，它们总是生机勃勃的，因为它们是彻头彻尼的寄生虫。跟病毒一样，它们只是接管一个功能完善的大细胞的分子机器，然后特这个制造细胞的工厂改造成制造类病毒的工厂。
已知最小的独立生存的生物体是PPLOC类胸膜肺炎生物和类似的小生物，它们大约是由5000万个原子组成的。因为这种生物必须在较大的程度上依赖自己，所以它们比类病毒和病毒更复杂。但是现在地球的环境条件对简单的生物体并不那么十分有利，因为你非得自食其力不可，非得防范敌手不可。然而，在我们行星的早期历史里，当大量的有机分子在充满氢的大气层里由阳光孕育的时候，很简单的非寄生生物都有竞争的机会。最初的生物体可能就象独立生存的类病毒那样，只有几百个核苷酸分子串起来那么长。到本世纪末的时候，我们就可以用实验的方法重新开始创造这种生物。关于生命的起源，我们还有许多东西要了解，其中包括遗传密码的起源。但是这种实验我们才不过做了30年左右，而大自然却已经先行了40亿年。总的来说，我们的成绩还是不错的。
这样的实验并不是地球上所独有的，最初的气体以及能源在整个宇宙都有。星际空间的有机物和在陨石上发现的氨基酸，可能是由像我们实验器皿里的那类化学反应所引起的，一些类似的化学现象在银河系的10亿个其他星球上一定发生过。生命的分子充满了整个宇宙。
但是即使另一个星球上的生命跟我们这里的生命都有相同的分子化学现象，我们也没有理由认为那里的生物就一定跟我们所熟悉的生物相类似。试想一下，地球上的生物是多么的繁杂，它们都生活在同一个星球上，都有相同的分子生理。在另一个星球上，动植物很可能跟我们在这里所了解的任何生物体完全不问，那里可能会聚进化（扫校者注：疑为convergence，即趋同进化），因为对某种环境问题可能只有一种最佳解决办法，例如两只眼睛是为了使双目视觉能够适应光频。但是总的来说，进化过程的随机性可能会使地球外的生物跟我们所知道的任何生物都大不相同。
我说不清楚地外生物会是什么样子，我的知识是非常有限的，我只知道一种生物，即地球上的生物。有些人，例如科幻小说家和艺术家，已经对其他星球上的生物进行了猜测，我对那些地外生物的幻想表示怀疑，因为它们似乎过多地以我们已知的生物体为幻想的依据。任何特定的生物体都是经过一个个意外的步骤长期演变而成的，我想其他任何地方的生物都不会象爬行动物、昆虫或人类那个样子，即使象绿皮、尖耳和触角这样的小化妆也不会一样。但是假如你强迫我的话，我也可以想象出一种颇不相同的东西。
在一个木星那样巨大的气体星球上，大气层里充满了氢、氦、甲烷、水和氨，星球表面没有可着陆的地方，而是一个密集的云状气层，象我们实验器皿里的生成物那样的有机分子可能不断地从空中降落到这个云层里。但是这样的行星对生命的形成存在着一种特殊的障碍：表层湍急，深处炎热。生物体必须时刻小心，免被拖向受煎熬的深渊。
为了说明生命在这样极其不同的行星上并不是不可能的，我和我在康奈尔的同事E。E。萨尔彼得做了一些计算。当然，我们不可能准确地了解生命在这种地方会是什么样子，但是我们要弄清楚在生物和化学法则的范畴内这种星球是否可能有生物。
在这样的条件下，生存的方法之一是在你受煎熬之前就进行繁殖，并指望空气的对流能够把你的一部分后代带到大气层高处较凉爽的地方。这种生物体可能极小，我们把它们叫做坠子。但是你也可以是浮子——抽掉氦和重气体而只留下最轻的气体氢气——的大氢气球，或者是热气球，通过保暖和利用食物等方法维持漂浮状态。就象我们所熟悉的地球上的气球一样，浮子越往下拖，它回弹到高层大气较凉爽的安全地带的浮力就越大。浮子可能会把预制的有机分子吃掉，或者象地球上的植物那样，通过阳光和空气将预制的有机分子化为己用。达到一定高度的时候，浮子越大，它的功效也越越大。我和萨尔彼得设想浮子有几公里宽，比最大的鲸鱼还大。
浮子可能会象冲压式喷气发动机或火箭那样，用迸发的气流将自己推到行星天气以外。我们设想它们懒散地群集在一起，大得一眼望不到边。在它们的表皮上有花纹，这是一种适应性伪装，同时也说明它们遇到了问题。因为在这样的环境里至少还有一个小的生态环境：狩猎。狩猎者行动迅速，动作灵敏。它们吞食浮子，一方面是为了补充自身的有机分子，一方面是为了储存纯氢。最初的浮子可能是由空坠子演变来的，而最初的狩猎者则可能是由浮子进化来的。狩猎者的数量不可能很多，因为如果它们把浮子都消灭掉的话，它们自己也要毁灭。
物理和化学容许这样的生物形态存在，艺术则赋予它们一定的魅力，然而自然却不以我们的臆测为转移。但是，如果在银河系里有几千亿个住着生物的星球，恐怕也会有几个住着我们根据物理和化学的法则想象出来的坠子、浮子和狩猎者的星球。
与其说生物学象物理学，不如说生物学象历史学。你要了解现在，你就得了解过去，并且要极其详细地了解它。正如至今还没有历史学的先验论一样，至今也还没有生物学的先验论，理由是相同的：两个学科对我们来说仍然太复杂。但是我们可以通过了解其他的东西来增进对自身的了解。对地球外某种生物的研究，不管如何粗浅，都会推动生物学的进步。生物学家将会首次弄清楚什么样的其他生物可能存在。当我们说探索其他地方的生物很重要时，我们并没有说很容易找到，我们只是说值得一找。
迄今为止，我们仅仅听到一个小星球上的生命之声，但是我们终一起开始注意收听宇宙乐曲中的其它声音。
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①译注：平家物语，日本镰仓时代初期著名战记小说，相传为13世纪初信浓前司行长所著，共12卷。后经多人增补修订，现有异本多种。描写1132～1213年平代和源代两个封建宗族争夺政权的斗争，最后源代胜利，并掌握政权。
②译注：在玛雅的《圣经》里，各种生物形态的产生被说成是神着意创造人类时失败的尝试。由于早期的试验差，结果创造了那些低级动物；由于创造人类之前的那一次试验失之毫厘，结果创造了猴子。在中国的神话里，人类是由盘古神身上的虱子产生的。18世纪，德·布丰认为：地球的年龄比《圣经》上所说的要大得多，生物的形态几千年来缓慢地变化着，但是类人猿却是人类不幸的后代。虽然这种看法与达尔文和华莱士的进化论不完全符合，但它们都是进化论的前身——迪莫克里特斯、恩佩多科斯和其它古代爱奥尼亚科学家的观点也是如此（见第七章）。
③译注：但是地球上不同的生物体在不同部位使用的遗传密码不尽相同。至少有几个例子可以证明，将DNA信息翻译成蛋白质信息的时候，线粒体内使用的电码本与同一细胞的细胞核里的基因使用的电码本是不一样的。这表明，线粒体和细胞核遗传码的分离经历了一个长期的进化过程，而且与下述见解是一致的，即线粒体曾经是一种自由生存的生物体，它们是在数十亿年前的共生过程中并入细胞的。它们共生的成熟关系的发展和日趋完善偶然地回答了这样的问题，即在寒武纪爆炸的时候，在细胞的形成和多细胞生物体的剧增之间发生了什么样的进化。
第三章 宇宙的和谐
第三章 宇宙的和谐
你知道天的定例吗？
能使地归在天的权下吗？
《约伯记》
一切人间祸福来自7行星12宫。按照宗教的说法，黄道12宫掌管光明的一面，7行星则掌管黑暗的一面；7行星压抑方物并将其向死亡（和万恶）过渡：因为黄道12宫和7行星支配着世间的命运。
《琐罗 亚斯 德教圣经》（新版）
告诉我们说万物都有行为和效应的超然特性，等于自诉我们一句空话；但是根据现象推引出二三条运动的原理，然后再告诉我们一切有形物质的特性和行为怎样成为这些浅显原理的必然结果，则会是一个十分重大的进步。
艾萨克·牛顿《光学》
我们并没有问鸟儿唱歌有什么目的，因为唱歌是它们的乐趣，它们主来就是要唱歌的。同样的道理，我们也不应该问人类为什么要挖空心思去探索天国的秘密……自然现象之所以这样千差分别，天国里的宝藏之所以这样丰富多彩，完全是为了不使人的头脑缺乏新鲜的营养。
约翰尼斯·开普勒《宇宙结构之秘密》
假如我们居住在一个永无变化的行星上，我们就无所作为，无所用心。假如我们居住在一个变幻莫测的星球上，我们就不可能理解事物，也不可能有科学这样的东西。这里的事物在变化着，它们的变化遵循着一定的模式、规则或所谓的自然法则。如果我们把一根竹竿抛到空中，这根竹竿总是要下落。如果太阳从西边落下，它在第二天早晨总是要从东边升起来。因此我们有可能理解事物，我们可以从事科学研究，并用科学来改善我们的生活。
人类善于理解世界，我们一向如此。我们会狩猎或生火，因为我们明白了一些事理。在电视、无线电、书籍发明之前，我们经历了一个历史时期，人类存在以来的大部分时间是在这个时期里度过的。在无月光的夜晚，我们围着营火的余烬，注视着天上的星星。
夜空是饶有趣味的，那里有各式各样的图案。你可以不假思索就想象出不同的图画。例如，在北方的天空上有一个图案（即星座），看上去有点像熊，有些人把它叫做大熊星座，另一些人看到的则是完全不同的形象。当然，夜空里并不是真有这些图画，它们是我们自己安排的。我们是狩猎的民族，我们看到的是猎人、狗、熊和年轻的妇女以及一切引起我们兴趣的东西。当17世纪的欧洲水手第一次见到南方的天空时，他们就把17世纪人们感兴趣的东西放上去，如杜鹃、孔雀、望远镜。显微镜等。如果这些星座是在20世纪命名的话，我想我们就会在空中见到自行车和电冰箱星座，见到摇摆舞星座，甚至见到蘑菇云——人类寄托在群星中的一种新的希望和恐惧。
我们的祖先偶然间会见到一个非常明亮的带着尾巴的星星从天空中一掠而过，他们把它叫做流星。但是这个名字取得不好，因为流星下落之后，原来的那些星星依然还在那里。在某些季节里有很多流星，在另一些季节里流星就很少。这里同样也有一种规律性。
跟太阳和月亮一样，星星总是从东边升起来，从西边落下去。如果它们从我们的头顶上经过的话，它们就要用整夜的时间跨过天空。不同的季节有不同的星座。譬如同样的星座总是在初秋出现，新的星座从来不会突然从东方地平线上升起来。星星有它们的规律性、可预测性和永久性，从某种意义上说，它们基本上是靠得住的。
有些星星比太阳稍早一点升起来或稍迟一点落下去，它们升落的时间和位置随着季节的变化而不同。如果你长年累月地仔细观察并作记录的话，你就会预告季节的变化。你还可以通过观察每天太阳从地平线升起的位置来估量季节。天空是一个大日历，凡是有事业心、有能力、有办法作记录的人都可以使用。
我们的祖先构筑了测量季节变化的设施。在新墨西哥蔡科峡谷有一个11世纪建造的没有屋顶的大礼堂，6月21日——一年最长的一天，一柱阳光在黎明的时候从一个窗户射进来，最后慢慢地覆盖了一个特设的壁龛。但是这种现象只有在6月21日左右才发生。我猜想那些自豪的阿纳萨齐人（他们自称“古人”）每年6月21日都聚集在大礼堂里，他们披戴着羽毛。拨浪鼓和绿松石，坐在长凳上庆祝太阳的威力。他们还监视月亮的视运动，