有趣得让人睡不着的生物

自序

大家都在高中学过生物吧。课本上的内容一般是细胞、生殖与发生、遗传、刺激与动物的反应、内环境与体内平衡和环境与植物的关系，虽然生物课本中详细讲解了细胞的结构及其作用等内容，但很少提及每个部分之间的关系。

考试的时候出的题也都是“线粒体的作用是以下各项的哪一个？”“请回答柠檬酸循环中脱氢的数量以及会生成几分子ATP”等非常细小的问题。为了在考试中取得好成绩，大家不得不将书上的内容全部死记硬背下来。与其他理科科目（物理、化学、地理）相比，生物的课本很厚，很多人不喜欢生物的原因之一就是需要背的知识点太多、太杂。确实，生物现象多种多样且十分复杂。

生命基于物理、化学的基本法则进行活动，从拥有自主功能的生物到环境与生物体相互作用所产生的更高级别的生态现象都包含于生物学的范畴之内。生物学涵盖的范围极其广泛，这也是生物学课本必须很厚的原因之一。

但同时生物还指的是约38亿年前出现于地球，经过漫长的进化最终变成现在多种多样的生命体。进化指的是按照某项原则变化的过程。因此，我们可以在物理、化学原理和进化的理论之下理解现在的生物多样性。

了解生物进化的原则并将物理、化学原则与生物现象相关联，就能轻松地理解生物多种多样的现象。人非常不擅长死记硬背，比如同样需要死记硬背的历史学科中，在记忆日本镰仓幕府成立的年号时，用“创建一个好国家（1192）镰仓幕府”[1]这样的顺口溜去记忆就容易多了。人的大脑容易记住有意义的事物。也就是说，即使是复杂繁多的生物学，只要掌握了其中的意义就能轻松地记住。现在的生物课本的主要内容是生物是如何形成的（How），但书中只是将知识点罗列下来，各个部分之间的关系并不明确。

科学有两大支柱， 第一个是现象是如何发生的（How）。现代生物学起源于罗伯特·胡克发明了显微镜，他用自己制造的显微镜发现了植物细胞，现代生物学的大部分内容是研究生命现象是如何进行的（How）。因此生物课本也是围绕“How”来展开进行讲解。第二个支柱是为什么会这样（Why），也就是说，为什么这样进行（Why）与如何进行（How）这二者的出发点是不同的，试图从Why的观点解释生物的就是查尔斯·达尔文的“进化论”。

直到达尔文的“自然选择学说”出现之前，人们都不知道为什么生物具有适应所居住的环境的性质。达尔文认为同种生物的个体之间存在微妙的性质差异，更适合环境的个体能够生存下去并繁衍出更多的后代，因此生物变得越来越适应其所生存的环境。

此时，更适应环境的生物被自然所选择，因此这个机制也叫做“自然选择”。用一句话来说，“更加有利的生物得以生存并繁殖”。“自然选择”学说的出现首次在神学论之外解释了为什么（Why）生物会向适应环境的方向进化。后来的研究也进一步证实了，现实中的生物接受自然选择并向适应环境的方向进化，所以复杂的生物现象也是基于自然选择的进化而产生的。因此从Why的观点来看，各部分之间的关系以及“某个现象发生的原因”都是有理由的。

知晓其理由就能清楚地理解生物所产生的各种现象以及各种现象产生的原因及结果了。最初，生物并不像现在的人类一样拥有复杂的器官及控制各器官的系统，早期生命的结构应该比现在的细胞还要简单。生物从简单的结构慢慢进化为拥有复杂系统的生物，进而出现了多样的生物群。

生物利用之前存在的系统获得新的性质，在某些情况下，生物本可以采取更合理的方法，但生物实际采取的可能不是最优的方法。因此要理解现在的生物必须先了解生物的进化历史。

按照这个观点来整理生物学的话，会发现我们可以不用“死记硬背”而是去“理解”生物现象就能轻松掌握生物学知识。基于为什么（Why）会发生某种现象去记忆的话，记忆也会更加深刻。

简单来说，现在的生物学课本没有一个贯通“进化”的轴，只是在单独地解释每个生物现象，这样自然无法基于生物现象的理论来有效“理解”生物。

学问是一种基于有体系的理论从而理解所调查的现象的行为。从这一点来看，现在的生物课本虽然写的是生物，但并不是生物“学”。

本书介绍了如何基于物理、化学及进化的基本法则“理解”各种生物现象。目标读者是学过生物或正在学习生物却找不到窍门的人。生物学不是只能去死记硬背。生物学是一种基于物理、化学及进化的原则形成的统一现象，所以在理解其原理之后再学习生物的话，就会轻松很多。

本书有很多作用，但我个人希望本书能帮助到那些对生物学习感到很痛苦的人。当然我本人也因为本书所讲的生物现象而喜欢上了生物学习。

另外，我还希望本书能帮助对生物感兴趣的人深层次地理解生物。

长谷川英祐

进化生物学家。北海道大学研究生院农学研究院教授，隶属于动物生态学研究室。1961年出生于东京，从小立志当一名昆虫学家。大学时研究社会性昆虫。毕业后进入民企，工作五年后赴东京都立大学研究生院学习生态学。主要研究领域是社会性的进化、形成集体的动物的行为等。尤其是对于不工作的工蚁的研究备受关注。爱好是看电影、汽车、钓鱼、读书、看漫画。著有《不工作的蚂蚁的意义》《如何在缩小的世界中存活？》等。

自序：生命存在的理由

Part 1生物的合理行为

生命的诞生是只有一次的奇迹 003

无法传递的物质不会存留下来 010

生物的合理结构 017

DNA为什么是双螺旋结构？ 026

DNA的故事之一：遗传信息的双重保护 031

DNA的故事之二：碱基对与梯子理论 034

DNA的故事之三：A-T、G-C组合的原因 037

遗传物质为什么是DNA 041

酶的作用：蛋白质的利用 047

细胞的诞生：自动形成的磷脂双层膜 052

细胞的合体：叶绿体和线粒体 055

基因组的战争 058

制造能量之一：为什么酶促反应在水中进行？ 061

制造能量之二：为什么电子传递链固定于膜上？ 066

Part 2 想与人分享的生物故事

植物为什么是绿色的？ 073

细胞间合作 078

蜂为什么互相合作？ 084

器官的形成 089

你想变成哪个器官？ 094

超个体的诞生：集体的高效化 104

没有智慧的细胞也能创造组织？ 109

Part 3 有趣的生物学

人和蜜蜂都会抑郁 128

遗传：概率和偶然的生物学 133

分离比的故事 139

性出现的理由 148

为什么有雄性和雌性？ 153

世代交替、核相交替与外星人！ 157

雌雄之战 163

雌雄不同种：雄性生雄性、雌雄生雌雄的生物 167

战斗还是逃跑 171

后记：知其因寻其果 175

生殖与发生、遗传、刺激与动物的反应、内环境与体内平衡和环境与植物的关系，虽然生物课本中详细讲解了细胞的结构及其作用等内容，但很少提及每个部分之间的关系。

了解生物进化的原则，并将物理、化学原则与生物现象相关联，就能轻松地理解生物多种多样的现象。

本书以进化为轴心来讲解生物学，将其中复杂难懂的信息碎片整理成清晰易懂的内容。对象读者是学过生物或正在学习生物却找不到窍门的人，还希望能帮助对生物感兴趣的人深层次地理解生物。

理解其原理之后再学习生物的话，就会轻松很多！

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