《生物學之書》：生物演進的智慧
光量薦書，2018年繼續推薦好書給大家。2018年第一期光量薦書，為大家推薦《生物學之書》，作者邁克爾? C. 傑拉爾德，重慶大學出版社出版。
本書探討了生物學發展歷史上250個令人著迷的里程碑事件。從生命的起源到實驗胚胎學，涵蓋了細胞理論、遺傳學、進化學、生理學、熱學、分子生物學、生態學等。涉及亞里士多德、希波克拉底、查爾斯?達爾文、卡爾?林奈等著名人物。作者邁克爾? C. 傑拉爾德（Michael C.Gerald）博士是美國康涅狄格大學藥學院教授，退休前是該學院的院長，亦曾是世界衛生組織的顧問。
本書適合對生物學感興趣，但生物學基礎知識並不充分的讀者。也適合跨學科的讀者們隨手翻閱。此書雖然在知識體系的系統性上存在不足。但在解讀生物學發展背後的故事及觸發讀者的聯想上很有特色。下面為讀者分享一下筆者對幾個里程碑事件的看法。
一、觀察工具發展帶來的認知飛躍
荷蘭科學家安東尼·范·列文虎克是第一個觀察木塞切片的人，並據此創造了「cells」（細胞）一詞。1674年，列文虎克觀察了原生生物、1676年觀察了細菌，隨後觀察了毛細血管、肌纖維、植物組織及各種生物的精子。而這些觀察所依賴的觀察工具正是列文虎克自己研磨的透鏡。終其一生，列文虎克手工製作了400-500面透鏡，以及大約25台顯微鏡，其中最大放大倍數達到了275倍。因為觀察工具的進步，帶來了巨大的認知進步。同樣X射線衍射、電子顯微鏡的發明也給跟人們的認知帶來巨大飛躍，無論是生物學、還是材料科學。
二、細胞老化與程序性死亡
1961年，美國細胞生物學家海佛烈克向人們證明了大多數人類細胞都有一個複製的自然極限，在開始衰老走向死亡之前，它們可以複製40至60次。這被稱為海佛烈克極限。在染色體頂端的端粒與細胞鐘相連，細胞鍾為細胞的壽命和死亡設定速率。一個正常細胞每經歷一次有絲分裂，端粒就會縮短一點，到足夠短時，細胞就死去了。細胞的有規律的死亡，可以維持身體總細胞數的一致，這一機制也被稱為細胞程序性死亡（PCD）。相反癌細胞在每次分裂後，因為端粒酶的活性端粒都會生長。因此激活端粒酶的活性，可以用來抗衰老。當然也可能會引發癌症，長生不老總與癌症相伴。
三、減數分裂——進化得以發生
大多數的真核生物都採取的是有性生殖。二倍體的生殖細胞經過兩次分裂周期，使染色體數目減半，得到配子的單倍體。每個配子都包含一套完整的染色體，在受精過程中與另一性別的配子融合，形成新的二倍體，即受精卵。減數分裂過程中雙方融合的直接作用是基因重組，等位基因被重新組合。這種遺傳多樣性使生物後代在自然選擇過程中擁有了改變的機會，得以成功適應時時改變且處處艱辛的環境。減數分裂導致的多樣性，促使進化的發生。生物如此，社會亦是如此。多樣性的社會，才有活力，才會有創新性。從這個角度上看，移民城市（如深圳）和移民國家（如美國）是有多樣性優勢的，其創造力和活力也是最好的。
四、擬南芥：一種模式植物
擬南芥是生物學家們用來研究植物生物學、遺傳學和進化常用的模式植物。它的體型很小，可以在很小的場地內培養數千株。它的生命周期很短，從種子到長大成熟只需要6周時間。2000年，它成為第一種被測定基因序列的植物，共有27400個基因。跟擬南芥類似，大腸桿菌、黑腹果蠅、秀麗隱桿線蟲、小家鼠都被當做特定原型，用來分別研究細菌、昆蟲和無脊椎動物等。模式生物的存在和可以被廣泛使用的基礎，是因為所有的生物體都有共同的起源，它們共享著極其相似的代謝途徑，並且基因中都由DNA攜帶著共同的遺傳信息編碼。人類本質上，與這些模式生物或其他生物，都有著共同的基因編碼機制——「本是同根生」。
五、質粒——生物製藥的基礎
1952年，喬舒亞·萊德伯格提出「質粒」這一術語，用它指染色體外的離散DNA分子。因為基因可以從一個物種轉移到另一個物種。質粒成為基因工程、基因克隆、基因治療、重組蛋白的重要工具。1978年，博耶將外源的胰島素基因拼接成質粒，將質粒注入細菌細胞。質粒在細菌細胞內複製，生產出大量重組胰島素的分子拷貝。質粒技術現在也被大量應用於CAR-T細胞的生產中。可以說質粒成為嫁接基因的重要工具，成為現代生物製藥的基礎。
六、存在缺陷的中心法則
在沃森和克里克提出DNA雙螺旋結構的五年後，克里克提出了分子生物學中心法則，指出遺傳信息只能單向流動即從DNA到RNA，再從RNA到蛋白質。但是1970年，霍華德·特明和戴維·巴爾的摩分別獨立發現了逆轉錄酶，顛覆了中心法則。逆轉錄酶存在於逆轉錄病毒中，比如人類免疫缺陷病毒（HIV），它就可以將RNA轉化成DNA。另外，並不是所有的DNA都參與蛋白質的合成，這也和中心法則相悖。大約97%-98%的人類DNA是非編碼DNA，其生物功能尚未確定。人類目前對基因和對DNA的認知，才僅僅是冰山一角而已。
七、病毒突變與大流行病
病毒幾乎與包括人類在內的生物體形影相隨。病毒將自身的蛋白質結合於宿主細胞表面，並將遺傳物質（DNA或RNA）注入宿主細胞內，借用宿主細胞的場地和裝置進行複製。宿主的免疫系統則與之對抗。DNA在複製遺傳密碼前，會仔細檢查所有的差錯，並進行校對和修正。所以以DNA作為遺傳物質的病毒，宿主的免疫系統可以產生有效抗體，殺死病毒。但是流感病毒之類的RNA病毒省略了耗時的校對過程，直接複製遺傳密碼，出現錯誤也不會修正，導致其突變速度特別快。以至於宿主的免疫系統完全無法跟上新病株的出現速度。H1N1病毒就是結合了豬流感後，又傳染給了人類。雖然豬自身不會感染得病，但人類的免疫系統卻無法抵抗。
我們可以看到基因在所有生物中採用相同的遺傳密碼機制，及基因和病毒可以跨物種轉移。生物學是一門與我們人類自身的生命息息相關的學科。生物學是探究造物主的造物機制的學科，生物學本身蘊藏著大量的巧妙設計。
光量薦書，推薦《生物學之書》給你，了解生物本身的精妙所在。
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