前言
這是一本帶你了解生命科學、和你一起理解地球生命和人類智慧的書。
在我看來，在人類所有的科學領域中，生命科學是最謙卑、也是最自負的一門科學。
說它謙卑，是因為幾乎所有的生物學發現都在提醒我們：生命和智慧其實只是演化的產物。
我們居住的地球形成于46億年前的星云涌動，最早的地球生命誕生于40億年前的一系列化學反應，我們整個人類世界和全部人類文明都來自一場跨越40億年時間的偉大冒險，我們生活中習以為常的一切，我們身上的優勢和弱點，我們引以為豪的智慧，都是這場偉大冒險的產品。面對生物學規律，我們必須保持謙卑。
說它自負，是因為現在的生命科學讓地球人類站在了一個極其重要的歷史拐點上。伴隨著過去兩千多年來人類對生命現象和人類智慧的深入探究，伴隨著過去幾十年來人類對生物學技術的持續開發，我們迎來了一個史無前例的機會，那就是可以借助生命科學的力量，主動參與到生命演化的過程中，從看客和產品，變成命運的指揮官和主人，去影響、改變甚至主導未來人類演化的方向。這是生命科學帶給我們最大的自負和野心。
因此，不管是理解我們的過去，還是規劃我們的未來，生命科學都是思想軍火庫里必不可少的武器。只有借助生命科學，我們才能真正看清我們是誰，從哪里來，向何處去。
我們的過去：生命的無奈
回望過去，生命其實一直都是漫長演化歷史中的看客和產品，是一場持續了40多億年的無可奈何。今天我們擁有的一切，無論是我們的身體、智慧，還是人類的衰老、死亡，其實都是演化的產物。
首先，對于我們的身體，我們并沒有絕對的話語權。
你可能聽說過鐮刀型貧血癥這種病。這是一種很嚴重的遺傳病，簡單來說，就是人體負責生產血紅蛋白的基因（HgB）上出現了一個微小的遺傳變異，導致人體血管里的紅細胞非常脆弱，很容易破碎，從而阻塞血管并影響很多器官的工作。如果沒有精細的治療和醫療維護，這些病人一般40歲出頭就會死亡。直到現在，全世界每年都會有10萬多人死于這種疾病，還有4000萬人攜帶這種疾病的變異基因。你可能會問，既然這種遺傳變異這么危險，為什么沒有在生命演化過程中被淘汰掉呢？
其實，如果仔細觀察世界范圍內鐮刀型貧血癥突變基因的地理分布情況，就會發現這種病并沒有平均散布在各個大陸上，在撒哈拉以南的非洲和南亞次大陸分布得非常集中。而且，它與世界范圍內瘧疾發病的地理分布有很高的重合度。為什么鐮刀型貧血癥和瘧疾這兩種看起來八竿子打不著的東西，地理分布居然很相似呢？
背后的原因特別耐人尋味。雖然鐮刀型貧血癥是一種很嚴重的疾病，但是導致這種疾病的基因突變居然也是有好處的——它可以幫助抵抗瘧疾！我們知道，每個人體內都有兩份DNA遺傳物質，一份來自父親，一份來自母親。當兩份DNA上的血紅蛋白基因都出現變異時，人就會患??；如果只有一份血紅蛋白基因出現了變異，生活就是完全正常的。而如果感染了瘧疾，瘧疾的真兇瘧原蟲進入人體后會入侵人的紅細胞。這時候，那些攜帶了一份血紅蛋白變異基因的紅細胞就會顯出脆弱的一面，更加容易破裂死亡，這樣反而歪打正著地讓瘧原蟲跟著死掉了，從而讓這些人對瘧疾有了一定程度的抵抗力。
在現代抗瘧疾藥物（特別是奎寧和青蒿素）發明之前，瘧疾是一種非常可怕的疾病。亞歷山大大帝很可能就是死于瘧疾，康熙皇帝也差點因此而死。因此，在漫長的人類演化歷史上，血紅蛋白基因的突變雖然會導致嚴重的鐮刀型貧血癥，但是它是我們的祖先對抗瘧疾的唯一武器。雖然這件武器“殺敵一千，自損八百”，但還是長期保留在了現代人的遺傳物質中。
今天，對于疾病或健康，盡管有些因素我們已經能夠自主控制，但是在最底層的生物學邏輯里，控制疾病或健康的，仍然是生物演化的歷史。對于我們的身體，我們沒有絕對的話語權。
其次，對于人類智慧的形成，我們也沒有話語權。
雖然我們創造了燦爛的文明，產生了理性的思考，但這一切很難說是我們人類自己的功勞。
以人類語言為例。語言是復雜的人類社會最重要的基石之一。依靠語言，人類個體之間才可以高效率地交流經驗和思想，才可能產生神話傳說、政治思想和科學技術，才可能組成社會，建立國家。
在地球上數百萬種動物中，人類的語言是獨一無二的。雖然不少動物也發展出了語言，也能傳遞簡單的信息，但是只有人類語言才發展出了語法。所謂語法，就是把各種單詞按照一定規則、隨心所欲地拼接在一起的能力。然而，人類這種獨特的語言功能可不是自己努力學習的成果。
有不少證據顯示，人類基因組上一個名為FOXP2的基因很可能和人類語言的形成息息相關。如果這個基因出了毛病，人就無法靈敏地控制自己的舌頭和嘴唇，無法說出清晰的語句，即便說得出話，也基本是詞匯的無意義堆積，沒有正確的語法。那么，這么重要的基因，在分子層面，是不是人類和其他動物有著特別明顯的區別呢？可惜沒有。和我們的近親黑猩猩相比，人類的FOXP2基因僅僅存在極其微小的突變。所以，人類擁有獨特的語言能力是一個意外。
而且，演化生物學的模擬分析顯示，人類特有的FOXP2基因大概出現在距今10萬～20萬年前。這可能恰恰是現代人出現在非洲大陸、打敗所有的人類親戚、走出非洲的時間。根據這些線索，生物學家估計，人類特有的FOXP2基因與人類出現語言機能、形成人類社會和人類文明存在著緊密的聯系。
再比如我們的學習能力，我們的愛情，我們對同類的關心愛護，我們的自尊心和責任感……這些我們引以為榮的智慧火花，也都不是人類憑空創造出來的。它們的背后其實是冷冰冰的生物學規則，是漫長演化歷史進程中的塑造。
所以，人類之所以成為今天的人類，不是因為人類多么奮發圖強，多么聰明勤奮，僅僅是因為幾十萬年前一些偶然的遺傳變異，才讓我們從一大堆猿猴和人類親戚里脫穎而出，君臨天下。
最后，在衰老和死亡這個終極問題上，我們更加沒有話語權。
我們都厭惡死亡，但是死亡是我們每個人生命的必然終點。而且生物演化不排斥死亡，甚至在某些條件下，它會主動選擇讓我們死亡。
比如，如果一個遺傳變異能夠幫助生物在年輕的時候更好地發育、成熟、求偶、交配、繁殖，那么這個生物就會被自然選擇所青睞，更容易在嚴酷的生存競爭中存活下來。哪怕在之后的歲月里，這個遺傳變異會讓這個生物很快地生病、衰老和死亡，也無所謂，畢竟它傳宗接代的使命在此之前就已經完成了。
一個經典的例子是男性的睪酮。這是人體里一種特別重要的雄性激素，它的功能非常重要。男性器官的形成、精子的發育、生殖能力、肌肉力量、反應速度……這些都和睪酮有關系。打個不太嚴謹的比方，我們常說一個男人看起來有沒有“男子氣概”，這件事和他體內睪酮的多少就有很大關系。所以，那些在年輕的時候充滿戰斗力和交配欲望的男性，就會被自然選擇所青睞，就更容易留下自己的后代。
然而，睪酮可算不上什么好東西，它和人類許多疾病都有著密切的關系。男性的睪酮含量越高，得癌癥的概率就越大。特別是前列腺癌，這是男性發病第二多的癌癥。也有證據顯示，睪酮的水平和人類壽命是成反比的。這個能讓年輕男性充滿男子氣概的東西，也能讓他迅速衰老和死亡。
所以，對于生存還是死亡這個大問題，選擇權也不在我們手里。我們來過，我們生活過，我們又衰老和死亡，這一切都是生命演化歷史造就的必然歸宿。
無論是我們引以為豪的身體、智慧、文明，還是我們深惡痛絕的疾病、衰老和死亡，歸根結底都是40多億年演化的結果。生命只是看客和產品，從來都不是自己的主人。在自然法則面前，生命科學只能保持謙卑，一點點小心地揭開大自然的密碼本，偷看幾眼生命的設計圖。
而當我們掌握了生命科學，了解了更多自然和生命的秘密之后，就會本能地想要追求更長的壽命和更高的生命質量，想要改變演化的進程和方向，做自己生命的主人。
我們的未來：生命的主人
放眼未來，隨著人類對生命活動的理解越來越深，隨著生物技術突飛猛進的發展，人類開始嘗試運用生命科學這一有力的武器，逆轉生命演化的巨輪，從演化的看客和產品，真正變身為生命的主人。
首先，基因編輯技術的發展，讓我們有可能主動掌控自己的身體。
我們繼續以鐮刀型貧血癥為例。這種疾病是人體內血紅蛋白基因出現了區區一個位點的微小變異導致的。這個微小變異以犧牲一部分人的健康為代價，換來了更多人對瘧疾的天然抵抗力。這是漫長的生命演化過程對人類身體的塑造，也是留給人類的苦難（和財富）。
但是在今天，人類居然可以拿起手術刀，主動參與生命演化的進程了。在最近十幾年時間里，一類名為“基因編輯”的技術取得了突飛猛進的發展。該技術的核心在于，能夠在生物龐大的基因組信息中精準尋找到出現問題的DNA位點，然后把錯誤的位點剪切，再替換成正確的位點。
可以想象，有了這把“上帝的手術刀”，人類就可以在受精卵里精確地修改鐮刀型貧血癥的致病基因，讓嬰兒完全擺脫這種疾病的困擾，讓這個基因突變從此在這個家族里消失。這個小嬰兒及其未來所有的子孫后代，就可以永久地走上另一條演化道路了。
雖然這件事難度很大，目前仍面臨很多技術問題，還沒有真正地推向實際應用，但是很多研究已經充分證明了該技術的可行性。比如，2015年，中山大學的黃軍就實驗室利用一種名為CRISPR/Cas9的全新基因編輯技術，在人類胚胎中嘗試進行了人類血紅蛋白基因的修飾。這項研究一經問世就引發了全球范圍內的巨大爭議和熱烈討論。畢竟，這可能是人類歷史上第一次主動而且有目的地修改人類自身的遺傳物質，永久性地改變生物演化歷史的進程！
所以，人類已經不再滿足于僅僅做演化歷史的看客和產品了，我們已經可以親自走上手術臺，運用神話傳說里只有上帝才擁有的力量，創造我們自己的演化歷史了！
沿著這個邏輯推演下去，如果可以對人體遺傳物質進行隨心所欲的修改和設計，那么人類未來就有可能有針對性地設計自己的下一代，讓他/她智力超群，貌美如花，永遠贏在起跑線上。那么，這樣會不會破壞人類千姿百態的多樣性，讓世界從此千篇一律呢？有錢人和特權階級會不會利用這項技術，率先改造自己的子女，實現財富和地位的遺傳，甚至造成永久性的社會撕裂和不平等？更可怕的是，會不會有人將這項技術開發成武器，毀滅敵人的遺傳物質，制造地球末日呢？但是無論如何，基因編輯技術是人類開始主導演化進程的第一次嘗試。
其次，人類開始利用生物學技術破解智慧的秘密，主導智慧演化的進程。
我們知道，語言能力是人類智慧的重要組成部分，而這很可能源自10萬～20萬年前的一次偶然的基因突變。從那時起，我們成為了語言天才，并且憑借這項獨門絕技建造了人類社會，創造了獨一無二的人類智慧和偉大文明。
而今天，神經生物學家已經不再滿足于被動地接受這個結果，開始主動破解智慧的秘密了。我們正在逐漸理解大腦的工作原理，并且嘗試主動影響大腦的運轉，讓人類學得更快，記憶力更強，更有智慧。
比如，2013年，美國麻省理工學院的科學家就做了這樣的嘗試。他們通過解析小鼠大腦中特定區域的活動規律，從中獲得了記憶的存儲信息。然后，他們通過隨心所欲地改變神經細胞的活動，就可以擦除這段記憶，甚至人工虛擬出記憶，讓老鼠產生身臨其境的幻覺。
此外，還有人試圖利用計算機芯片來改變和創造記憶。2015年，美國南加州大學的神經科學家嘗試在人腦中植入芯片，采集大腦神經細胞的活動信息，然后利用計算機從中提取出信息，再轉換為記憶，重新植入大腦。換句話說，他們已經試圖人工創造出學習和記憶的過程了。
這些技術最早會用于治病救人，幫助病人恢復正常的大腦功能。但是相信未來這些技術一定會逐漸應用于健康人和普通人。那么人類將可以直接在人腦中虛擬現實、移植記憶、拷貝知識、創造智慧。這也就意味著，人類將會迎來利用生物學技術主導智慧演化的全新歷史。
最后，現代生物學技術可以讓我們更接近生命的真相，甚至改變人類的終極宿命。
在過去數十年里，生物學家在衰老問題的研究上傾注了大量的心血。如今，科學家通過改變遺傳基因和生活環境，可以讓實驗室里的生物活得更長久、更健康。
研究證明，有些方法能有效延長動物的壽命，比如節食。少吃能讓動物活得更長久，衰老更慢。這可能是通過影響胰島素相關的生物信號來影響動物衰老過程的。胰島素是一種重要的激素，它和糖尿病有關，也是治療糖尿病的藥物。因此，有生物學家設想：治療糖尿病的藥物是不是可以幫助人們延緩衰老、延長壽命？如今，世界各地都有很多這樣的臨床試驗。
還有一種方法是換血。人們在70年前就發現，如果把年輕動物的血液輸入老年動物體內，就能實現“返老還童”——老年動物的毛發會重新泛起光澤，心臟血管的機能也會重新煥發生機。只要能夠找到其中的生物學機理，人類就可以利用同樣的方法實現長生不老了。
所以，雖然衰老和死亡看起來是人類無法抗拒的最終宿命，但是借助現代生物學技術，人類已經開始慢慢接近這個終極宿命的真相，甚至有可能改變這種宿命了。
因此，無論是身體、智慧，還是生死，今天，我們確實已經站在了人類歷史的拐點上。曾經的我們在演化歷史的長河中隨波逐流，是無數個機緣巧合造就了今天獨一無二的我們和燦爛輝煌的人類文明；而未來的我們，雖然僅知曉生命秘密的冰山一角，但是已經開始躍躍欲試，試圖操控智慧和愚笨、健康和疾病，甚至衰老和死亡，試圖取代自然選擇，成為自身命運的主宰者！
此時此刻，我們比以往任何時候都更需要了解生命科學，更需要深刻地理解地球生命和人類智慧。也許，這些生物技術在短時間內還只能出現在科學新聞或者科幻電影里，但是很可能在一兩代人的時間內就會變成現實。屆時，我們人類將要親手打開的，是阿拉丁的神燈，還是潘多拉的魔盒？不管是歡欣鼓舞還是憂心忡忡，是恐慌畏懼還是心如止水，我們都應該在頭腦中裝備好生物學的研究方法和思維模型，從而更好地應對即將到來的未來。
用生物學思維理解生命
地球上的生命現象和活動紛繁復雜，千差萬別。理解生命最大的難題，很可能是尺度問題。
首先，生命在空間尺度上存在著巨大的差異。例如，對于地球上最大的生命藍鯨來說，它的尺寸是用“米”或者“十米”來計量的，藍鯨的一條舌頭就有人類制造的卡車那么大；而對于人眼看不見的單細胞生物來說，它們的尺寸是用“微米”來計量的。這兩者之間相差了差不多七個數量級。
其次，移動距離的衡量尺度也有著天差地別。比如，有一種叫北極燕鷗的小鳥，每年都要在地球的北極和南極之間飛一個來回，一生之中飛翔的距離長達數百萬千米，足夠在地球和月球之間往返三次。相反，有很多生物從出生到死亡所發生變化的距離幾乎為零。比如，很多苔蘚植物一生能夠生長的高度也不過是毫米數量級。這兩者之間差了十幾個數量級。
除了空間尺度和移動距離的尺度之外，還有很多生命現象的度量尺度，比如個體的數量、繁殖能力、壽命、智力等，在不同的地球生命之間都有著天壤之別。
這些尺度上的巨大差別帶來了天然的難題——當我們在討論地球生命現象的時候，我們該怎么框定討論范圍？該如何搞清楚具體討論的對象到底是什么？我們能不能真的確定，在這些尺度迥異的地球生命之間，有著共同的物質和科學基礎，遵循同樣的生物學原理？如果在每一種特殊的生命和特別的生命活動背后都有特殊的道理，那么我們的研討可能就會失去方向。
因此，我們需要掌握一種思維方式，在地球生命演化的自然歷史框架下，跨越尺度的鴻溝，剝開生命現象復雜的外殼，探索地球生命現象的本質，找尋塑造地球生命和人類智慧的核心要素。
我們知道，現今所有的地球生命都是通過漫長的自然選擇和生存競爭逐漸演化而來的，不管是植物還是動物，是細菌還是真菌，回溯幾十億年，我們都共享一個祖先。有人還給這個祖先起了個名字，叫LUCA，意思是現今地球生命的最后共同祖先。當然，LUCA是一種假想中的生物，在今天的地球上并沒有。但是對現今地球生命體內廣泛存在的基因和遺傳信息進行分析、歸類和溯源，就可以大致猜測出我們的共同祖先具有什么樣的基因，可能具備什么樣的生命特征。
那么反過來，我們就可以用生物學思維來理解今天的地球生命。它們全部脫胎于同一種共同祖先，經過了幾十億年的演化，在豐富多變的地球環境中反復選擇，形成了不同的生存和繁殖策略，最終構成了五花八門、豐富多彩的地球生物世界。也就是說，今天每一種地球生命的體內都蘊藏著來自古老祖先的遺傳信息，都記錄著過去幾十億年來地球氣候環境變遷的歷史，以及對生物特征的修飾和篩選。每個活著的地球生命都是一部鮮活的地球自然歷史。把這段自然歷史的要點解析出來，我們就能找到地球生命現象的底層邏輯和普遍規律。
也許，當我們這場思想旅行結束的時候，所有的細節（例如分子、生物以及各種生命活動的名稱）都沒有在你腦海里留下深刻的印象。但是我期待，不管你從事什么職業，有沒有生物學的知識儲備，都能夠從一個全新的維度來理解地球生命的本質，來理解地球生命如何產生，如何變化，如何繁盛至今。我相信，在這個歷史性的時刻，我們討論的很多問題和邏輯，在人類社會中，在我們的日常生活中，都能找到隱隱約約的對應。我也非常期待，這會幫助你更好地理解我們到底是誰，從何而來，又向何處去。