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我們總是想沐浴在陽光下，是因為我們與太陽都在閃光。

你可能不知道，你的能量和光亮，在效率上遠勝過太陽。

第二章 左右生命的力量：質子動力與生命起源

線粒體生成能量的方式是生物學中最奇妙的機制之一。它的發現可與達爾文或愛因斯坦的偉業比擬。線粒體泵送質子穿過膜，在數奈米的距離之間，產生相當于一次閃電的電壓。這些質子動力被生命的基本微粒（一種位在膜上，形狀像蘑菇的蛋白質）導引用來生成能量，并以ATP的形式輸出。這項基本機制對生物的重要性就像DNA一樣，它還指引我們洞悉地球上的生命起源。

能量與生命攜手共進。如果停止呼吸，你就無法生成生存所必需的能量，并會在幾分鐘之內死亡。好，請你繼續呼吸。現在你吸入的氧氣正被運送到全身幾乎每一個細胞（約有一兆五千億個），在那里，氧氣透過呼吸作用，被用來燃燒葡萄糖。你的身體是具機器，它耗費的能量超乎你的想像。甚至當你舒適地坐在那里時，身體每單位質量每秒轉換能量的速度也高達太陽的一萬倍。

聽來很難以置信吧！如果要以溫和一點的方式表達，就讓我們來研究一下數字問題。太陽的亮度約是4×1026瓦特，而其總質量是2×1030公斤。在太陽的預估年限（約一百億年）之中，每克的太陽成分會制造約六千萬千瓦的能量。然而這些能量不會一口氣爆發出來，而是緩慢而穩定的產生，提供速率均勻而長久的能量輸出。在任一時刻，巨大的太陽中只有一小部分的質量參與核融合，而且這些反應只發生在致密的核心部分。這就是為什么太陽可以燃燒得如此之久。如果你將太陽的亮度除以它的質量，每克的太陽質量可分到約萬分之二毫瓦，也就是每秒每克千萬分之二焦耳（○.二微焦耳/克/秒）的能量。現在，假設你的體重是七十公斤，如果你跟我一樣，那你每天會吃進大約一萬兩千六百千焦耳（約等于三千卡）的食物。這些能量的轉換平均分給體重，是每秒每克二毫焦耳（二毫焦耳/克/秒），或約是每克二毫瓦——這個數字是太陽的一萬倍。有些耗能的細菌，如固氮菌屬的成員，生產力高達每秒每克十焦耳，是太陽的五千萬倍。

就細胞的顯微層次來說，所有的生物都是生氣勃勃的，就算是外觀看來固著不動的植物、真菌和細菌也是如此。細胞像機器一般嗡嗡運轉，導引能量用來處理特定的任務，不管任務內容是移動、復制、建造細胞材料，還是泵送分子進出細胞。細胞就像機器一樣，充滿活動的零件，而零件要靠能量才能活動。無法自行產生能量的細胞很難和無生物作出區別，至少在哲學上很難。病毒「看起來」像活物，只是因為可以從它們的組織方式看得出經過設計的痕跡，但它們的地位曖昧地介于生物和非生物之間。它們擁有復制自己所需的一切資訊，但是直到感染某個細胞之前它們都必須保持無生命狀態，因為它們得利用受感染細胞的能量和細胞裝置才能自我復制。這意味著病毒不會是地球上第一個有生命的東西，它們也不可能把生命從外太空帶到這個星球上的：它們完全仰賴其他的生物，沒有其他生物它們不可能存在。它們的單純不是因為原始，而是一種精煉的，刪減過的復雜。

盡管生物能對生命的重要性顯而易見，它獲得的關注卻遠低于它應得的。在分子生物學家眼里，訊息就是生命的一切。訊息被編寫在基因上，成為建構蛋白質、細胞和個體的說明書。基因的材料，DNA的雙股螺旋，是這個訊息時代的象征符號，發現這個結構的華生與克里克，則是家喻戶曉的人物。基因之所以會得到如此的地位，綜合了個人面、實際面和象征面的因素。克里克和華生杰出又耀眼，如魔術師般泰然自若地揭開了DNA結構的面紗，華生記述這段發現的知名著作《雙螺旋》定義了一個時代，改變了一般大眾對科學的理解；他也從此成為一名熱情而直言不諱的基因研究鼓吹者。在實際面，定序基因密碼使我們得以將自己和其他物種做比較，得以窺看自己的過往，以及生命的故事。人類基因體計畫的成立是為了揭開人類疾病中還未發現的秘密，基因療法則為受遺傳性疾病所苦的人們帶來一線光明。然而最重要的是，基因是個有力的象征。我們可能會爭論天性還是教養孰輕孰重，并抵抗基因的力量；我們可能會擔心一些現象，像是基因改造作物，復制生物的弊病，或是訂制的嬰兒；但不管這些事情是對是錯，我們會憂慮是因為我們發自內心深深知道，基因很重要。

或許是因為分子生物學對于現代生物學太過重要了，輪到生命的能量時我們就只有口頭上承認它重要，就像我們也承認工業革命是現代這個訊息時代不可或缺的前導。電力對于電腦運作的重要性這么明顯，這個觀點太平凡了，幾乎不值一提。電腦很重要是因為它的資料處理能力，而不是因為它是電子產品。我們可能只有在電池沒電時會珍惜電源的重要性。同樣的，能量必須供應細胞所需，相當重要，但細胞內的訊息系統控制它，應用它，它分明只是陪襯。沒有能量的生命就是死亡，但不受訊息控制的能量，破壞性可能等同一座火山、一次地震，或是一場爆炸。但真的是這樣嗎？來自太陽，賦予生命的大量光線說明未受控制的能量未必是災難。

相對于我們對遺傳學的憂慮，我懷疑有多少人費心想過生物能學的不良影響。它所使用的術語簡直就是過去蘇聯的那套蒙蔽主義用語，跟巫師長袍一樣，覆滿神秘的符號。即使學生有志研習生物化學，看到「化學滲透學」和「質子驅動力」這類的術語也會卻步。雖然這些觀念造成的影響比起遺傳學可能不遑多讓，但大家對此幾乎一無所知。米歇爾，生物能學的英雄，一九七八年諾貝爾化學獎得主，遠遠稱不上家喻戶曉，盡管他應該要像華生和克里克一般知名。米歇爾和華生與克里克不同，是位古怪而孤獨的天才，他將自己的實驗室設在康沃爾鄉間，一座由他自己設計，自己修復的老房子里。曾有一段時間，他部分的研究資金來自他靠一群奶牛所賺得的收入，他的鮮奶油甚至還因品質優良得過獎。他的文筆比不上華生的《雙螺旋》——除了依常規進行的枯燥學術論文（米歇爾寫的甚至可能比一般論文更晦澀），他還寫了兩本《小灰書》闡述他的理論，由他私人出版，并在一些感興趣的專業人士之間流傳。他的想法無法像雙螺旋那樣，包裝成引人注目的象征符號，喚醒大眾對科學的重視。但是多虧米歇爾闡釋并證明生物學最偉大的真知灼見，才顛覆了長久以來的想法，掀起一場真正的（并且奇異的）革命。正如杰出的分子生物學家歐爾格所言：「繼達爾文之后，生物學界再也沒有出現過這么違反直覺的想法，其程度直逼愛因斯坦、海森堡和薛丁格……他的同代人很可能會問：『你說真的嗎，米歇爾博士？』」

本書的第二章，大致上是米歇爾關于生命生成能量方式的所見所得，以及這些想法所隱含的，有關生命起源的提示。在接下來幾章中，這些想法會幫助我們看見線粒體為我們做了什么：為何它們是高等生命形式演化的基本要件。我們將會看見，正是這種能量生成的機制左右著生命：它限制著那些開放給生命的機會，并在細菌和真核細胞身上造成了完全不同的結果。我們會看見，正是能量合成的機制讓細菌永遠只會是細菌，排除了它們演化成復雜多細胞生物的可能性；同時它卻給予真核生物無限的可能性，允許它們變得更大更精細，推動它們爬上通達復雜性的斜坡，成就我們身邊的這些奇跡。但這個機制同樣也束縛著真核生物，盡管方式完全不同。我們將會看到，同樣的這個產能形式也造成了限制，而這些限制解釋了性甚至是兩種性別的起源。除此之外我們還會看到，我們晚年的衰退，老化與死亡，也寫在二十億年前我們與線粒體簽訂的合約上。

若要了解這一切，我們首先必須領會米歇爾的生物能量見解的重要性。只看梗概的話，他的想法再簡單也不過了，但如果想感受這些想法的真正力量，需要更深入理解細節。為了要做到這點，我們將采取歷史的角度切入，走進人人都是諾貝爾獎得主的生物化學黃金年代。而當我們循路前進，就能感受到那些難題，以及與之搏斗的卓越人才。我們將會沿著這條熠熠生輝的發現之路，看見細胞怎么能產生這么多的能量，連太陽都為之失色。

2024-07-06 16:34:44