線(xiàn)粒體生成能量的方式是生物學(xué)上最詭異的機(jī)理之一。它的發(fā)現(xiàn)可與達(dá)爾文和愛(ài)因斯坦的相媲美葵孤。線(xiàn)粒體將質(zhì)子泵出一層細(xì)胞膜，在幾納米的空間內(nèi)形成如同閃電般強(qiáng)大的電勢(shì)差。這一質(zhì)子電勢(shì)由生命的基本粒子——膜上蘑菇一樣的蛋白質(zhì)所利用——以ATP的形式產(chǎn)生能量惊橱。這一根本原理在生命中的基礎(chǔ)作用可以與DNA相媲美，它給了我們得以洞悉地球上生命起源的機(jī)會(huì)箭昵。
能量與生命如影隨形税朴。如果你停止呼吸，你就不能生成維持生存的能量家制，并在幾分鐘之內(nèi)死亡正林。請(qǐng)保持呼吸。現(xiàn)在你呼吸進(jìn)的氧氣被轉(zhuǎn)移到你身體中15萬(wàn)億細(xì)胞中的每一個(gè)颤殴，在那里它們被用來(lái)在細(xì)胞呼吸過(guò)程中“燃燒”葡萄糖觅廓。你是一部無(wú)與倫比的能量機(jī)器。按克計(jì)算的話(huà)涵但，即使舒服的坐著杈绸，你每秒轉(zhuǎn)換的能量也是太陽(yáng)的10000倍。
這聽(tīng)上去不大可能矮瘟，為了婉轉(zhuǎn)一點(diǎn)來(lái)闡述這個(gè)問(wèn)題瞳脓，讓我們用數(shù)字來(lái)說(shuō)明吧。太陽(yáng)的光度大約是4X10 26瓦特澈侠，它的質(zhì)量是2X10 30千克劫侧。按照它的預(yù)期壽命，大概是100億年，每克太陽(yáng)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大概6千萬(wàn)千焦耳的能量烧栋。能量的生成不是爆炸性的写妥，而是緩慢而穩(wěn)定的，從而保證了均一的長(zhǎng)期的能量輸出审姓。在任何時(shí)刻耳标，太陽(yáng)巨大的質(zhì)量中僅有一小部分會(huì)進(jìn)行核聚變，這些反應(yīng)僅僅在致密的核里進(jìn)行邑跪。這就是為什么太陽(yáng)能燃燒如此之久的原因次坡。如果你用太陽(yáng)的光度除以它的質(zhì)量，每克太陽(yáng)物質(zhì)大概能產(chǎn)生0.0002毫瓦的能量画畅，也就是每秒鐘每克0.0000002焦耳（0.2μJ/g/sec）的能量≡依牛現(xiàn)在讓我們假設(shè)你大概重70公斤，如果你想我一樣大概每天吃12600千焦（大概3000卡路里）的食物轴踱。假設(shè)僅僅30%的能量轉(zhuǎn)換效率症脂，這一數(shù)量的能量轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換成熱量或者功，或者脂肪層）等于每秒鐘每克2毫焦（2mJ/g/sec）或者每克2毫瓦——這一數(shù)值比太陽(yáng)大10000倍淫僻。一些能量旺盛的細(xì)菌诱篷，例如固氮菌，能產(chǎn)生多達(dá)每秒每克10焦耳的能量雳灵，超出太陽(yáng)5千萬(wàn)倍棕所。
在細(xì)胞的微觀水平，所有生命都是活躍的悯辙，即使是明顯的固定的植物琳省、細(xì)菌和真菌。細(xì)胞像機(jī)器一樣沿著路徑躲撰，將能量引導(dǎo)到特定的任務(wù)中针贬，無(wú)論是移動(dòng)、復(fù)制拢蛋、制造細(xì)胞材料桦他，或者將分子泵進(jìn)或者泵出細(xì)胞。像機(jī)器一樣谆棱，細(xì)胞充滿(mǎn)了移動(dòng)部件快压，它們需要能量來(lái)移動(dòng)它們。任何不能自己生成能量的生命形式都很難和無(wú)生命物質(zhì)區(qū)分開(kāi)來(lái)础锐，至少在哲學(xué)意義上來(lái)說(shuō)是這樣嗓节。病毒僅僅“看上去”是活的，因?yàn)樗鼈円砸环N看上去暗示了造物主之手的形式來(lái)自我組織皆警，但是它們占據(jù)的是生命與非生命中間的灰色地帶拦宣。它們擁有所有用于復(fù)制自我的信息，但是直到它們感染一個(gè)細(xì)胞之前都是沒(méi)用的，因?yàn)樗鼈儍H僅能夠利用被感染細(xì)胞的能量和細(xì)胞裝置來(lái)復(fù)制自我鸵隧。這意味著病毒不可能是地球上第一個(gè)有生命的東西绸罗，也不會(huì)是它們將生命從外太空帶到我們的星球：它們完全依賴(lài)于其他生命組織，沒(méi)有這些生命組織它們就不能存活豆瘫。它們的簡(jiǎn)單性并不意味著初始珊蟀，而是精煉，削減的復(fù)雜性外驱。
盡管它對(duì)生命顯而易見(jiàn)的重要性育灸，生命能量受到的關(guān)注遠(yuǎn)比它應(yīng)得的少。根據(jù)分子生物學(xué)家的觀點(diǎn)昵宇，生命全部是關(guān)于信息的磅崭。信息在基因中編碼，并拼出了構(gòu)建蛋白瓦哎、細(xì)胞和軀體的指令砸喻。DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，基因的物質(zhì)基礎(chǔ)蒋譬，是我們信息時(shí)代的一個(gè)象征符號(hào)割岛，它的結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者，沃森和克里克犯助，都是家喻戶(hù)曉的名字癣漆。能獲得這一地位的原因是個(gè)人特質(zhì)、適用性和象征性的一個(gè)結(jié)合也切∑嗣模克里克和沃森都是聰明且?jiàn)Z目的腰湾，像沉著的戲法般揭示了DNA的結(jié)構(gòu)雷恃。沃森的著作《雙螺旋》敘述了其發(fā)現(xiàn)過(guò)程，定義了整個(gè)時(shí)代费坊，并改變了大眾看待科學(xué)的方式倒槐；從那時(shí)起，他就一直是一個(gè)直率的熱情的基因研究倡導(dǎo)者附井。實(shí)際上讨越，對(duì)基因進(jìn)行測(cè)序使我們可以拿我們自己與其他生命進(jìn)行比較，窺視我們的過(guò)去永毅，以及生命的故事把跨。人類(lèi)基因組工程為了揭示人體秘密而開(kāi)展，基因療法為那些患有嚴(yán)重基因疾病的人們帶來(lái)了希望之光沼死。但是最重要的是着逐，基因是一個(gè)強(qiáng)有力的象征。我們可能爭(zhēng)論先天與后天孰輕孰重，反抗基因的力量耸别；我們可能擔(dān)心轉(zhuǎn)基因作物健芭，以及克隆或者設(shè)計(jì)嬰兒的罪惡；但是無(wú)論對(duì)錯(cuò)秀姐，我們?nèi)绱藫?dān)心是因?yàn)榇嚷酰覀冊(cè)谏钌畹男牡妆灸艿闹溃蚴侵匾摹?/p>
可能是因?yàn)榉肿由飳W(xué)對(duì)于現(xiàn)代生物學(xué)如此重要省有，就像我們承認(rèn)工業(yè)革命是現(xiàn)代信息時(shí)代的必要前驅(qū)步驟一樣痒留，我們也同樣在口頭上承認(rèn)生命的能量也是信息的前驅(qū)步驟。電力對(duì)于電腦來(lái)的運(yùn)行來(lái)說(shuō)是如此顯而易見(jiàn)的重要蠢沿，以至于這一點(diǎn)如此老生常談而不值一提狭瞎。電腦的重要性在于他們處理數(shù)據(jù)的能量，并不是因?yàn)樗麄兪请娮拥牟琛Ｎ覀兛赡軆H僅在電池耗盡并且找不到插座的時(shí)候才會(huì)意識(shí)到電力供應(yīng)的重要性熊锭。同樣的，能量對(duì)于供應(yīng)細(xì)胞所需也是很重要的雪侥，但很顯然是從屬于控制并利用它的信息系統(tǒng)的碗殷。沒(méi)有能量生命將死亡，但沒(méi)有信息來(lái)控制的能量可能像火山速缨、地震或者爆炸一樣災(zāi)難性锌妻。它真的是這樣嗎？從太陽(yáng)發(fā)出的賦予生命的光線(xiàn)洪流暗示旬牲，不受控制的能量流并不總是災(zāi)難性的仿粹。
與我們對(duì)我們基因的擔(dān)心相對(duì)的，我懷疑有多少人費(fèi)心想過(guò)生命能量的兇險(xiǎn)之處原茅。它的術(shù)語(yǔ)是蘇聯(lián)曾經(jīng)稱(chēng)呼反啟蒙主義者的吭历，就像巫師的長(zhǎng)袍一樣充滿(mǎn)神秘的象征。即使樂(lè)于接受的生化專(zhuān)業(yè)學(xué)生也對(duì)像“化學(xué)滲透“和“質(zhì)子動(dòng)勢(shì)”這樣的術(shù)語(yǔ)抱有警惕擂橘。盡管這些思想的蘊(yùn)涵其實(shí)可能最終被證明就和基因的一樣重要晌区，它們也很少為人所知。生命能量的英雄通贞，彼得.米切爾在1978年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)朗若，但卻肯定不是一個(gè)家喻戶(hù)曉的名字，即使他本應(yīng)該和沃森與克里克一樣出名昌罩。和沃森與克里克不同哭懈，米切爾是一個(gè)古怪且隱遁的天才，他在康沃爾一個(gè)老舊的鄉(xiāng)下住宅建立了自己的實(shí)驗(yàn)室茎用，并依據(jù)自己的設(shè)計(jì)翻新了這所住宅遣总。曾經(jīng)你虹，他的研究經(jīng)費(fèi)部分來(lái)自于一群奶牛，他甚至因?yàn)樗龅哪逃偷馁|(zhì)量而得獎(jiǎng)彤避。他的著作不能喝沃森的《雙螺旋》相比傅物，在通常的枯燥的學(xué)術(shù)文章以外（甚至比米切爾自己的更加晦澀難懂），在兩本“灰色小書(shū)”里面解釋了他的理論琉预，自己印發(fā)并在一小部分感興趣的教授中擴(kuò)散董饰。他的理論不能像雙螺旋一樣濃縮在一個(gè)形象醒目的符號(hào)中，在社會(huì)中也不能獲得嘉獎(jiǎng)圆米。盡管如此卒暂，米切爾在清晰的闡述并證明一個(gè)生物學(xué)上最偉大見(jiàn)解方面功不可沒(méi)，這是一個(gè)真正的詭異的變革娄帖，顛覆了長(zhǎng)久以來(lái)的思想也祠。就像杰出的分子生物學(xué)家萊斯利.奧格爾所評(píng)價(jià)的：“自從達(dá)爾文以來(lái)，生命科學(xué)就沒(méi)有過(guò)這樣一個(gè)違反直覺(jué)的理論近速，它能和愛(ài)因斯坦诈嘿、海森堡或者薛定諤的理論相提并論，但是他的同時(shí)代的人可能會(huì)問(wèn)過(guò)“你是認(rèn)真的嗎削葱，米切爾博士奖亚？””
這本書(shū)的第二部分大部分是關(guān)于米切爾發(fā)現(xiàn)的生命產(chǎn)生其能量的方式的，以及他的理論對(duì)于生命起源的隱藏含義析砸。在后面幾章昔字，這些思想會(huì)使我們看到線(xiàn)粒體為我們做了什么：為什么它們對(duì)于所有高等形式的生命都是必須的。我們將會(huì)看到首繁，能量生成的精確機(jī)制是至關(guān)重要的：它約束了誕生生命的幾率作郭，它確實(shí)在原核和真核細(xì)胞中做的不一樣。我們將會(huì)看到能量生成的精確機(jī)制將細(xì)菌排除在進(jìn)化到超出細(xì)菌的水平之外——即變成復(fù)雜的多細(xì)胞生命——而同時(shí)弦疮，它使真核生命不受大小和復(fù)雜度的限制夹攒，推動(dòng)它們走上了獲得復(fù)雜性的躍升之路，一直到我們現(xiàn)在所看到的周?chē)囊磺衅孥E挂捅。但是能量的這同一機(jī)制芹助，也同樣限制了真核生物，但是是完全不同的方式闲先。我們會(huì)看到，性无蜂，即使是兩性的起源伺糠，也是由這同樣來(lái)自能量生成的限制所解釋的。在這之上斥季，我們將會(huì)看到训桶，我們最終不可避免的走向衰老與死亡累驮，同樣根源于遠(yuǎn)在20億年前我們就與我們的線(xiàn)粒體簽訂的合同細(xì)則中。
為了理解所有這些舵揭，我們首先需要抓住米切爾對(duì)于生命的能量的遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)中的重點(diǎn)谤专。他的觀點(diǎn)概括的講很簡(jiǎn)單，但是為了感受它們的完整力量午绳，我們需要深入看看它們的細(xì)節(jié)置侍。為了這樣做，我們將會(huì)進(jìn)行一個(gè)歷史展望拦焚，隨著展望的進(jìn)行我們會(huì)給這些困境加點(diǎn)料蜡坊，也給那些在生化的黃金時(shí)代與這些困境相搏斗的偉大思想者加點(diǎn)料，這些伴隨著數(shù)個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)的誕生赎败。我們將會(huì)跟隨發(fā)現(xiàn)的閃光大道秕衙，這些將會(huì)顯示細(xì)胞是如何生成如此多的能量以至于使太陽(yáng)都黯然無(wú)光。
