发刊词
10大元素
驱动生命活动的进行：
物质、能量、自我复制、细胞、细胞间大分工
构成智慧的基石：
感觉、学习、社交、自我意识、自由意志
生命科学的世界观和方法
01 进化：生命的主人
在生命科学的视角里，人类是演化的产物；人类自己能主导和控制的东西其实很少
02 逆转进化：人类命运的拐点
基因编辑：重写生命密码（对人体遗传物质进行修改和设计）
移植记忆：创造智慧
对抗死亡：永生的顾盼（节食与换血已经被证明能够有效延长生物的寿命）
03 从“博物学思维”到“生物学思维”
一般来说，快速理解一门学科最好的方法是，找到这种理解方式的基本出发点
经典物理学出发点，牛顿力学
古典经济学出发点，供求规律
本门课程：寻找生命科学出发点
博物学思维：分门别类地研究生命现象，但不追问生命活动的底层逻辑
生物学思维：跳出细节，抛开生命现象表层的纷繁多样，试图找到普遍规律
生命元素
一、物质
04 理解生命，需要多大的脑洞
问题：如果让你从无到有创造一个新的你出来，什么东西是必不可少的？？
05 烧瓶里的原始地球
仅仅利用水（模拟海洋）和大气（甲烷、按期、氢气模拟原始地球大气）的成分，在烧瓶底下加热，模拟原始海洋的高温，在短短一周之内，就能在一个小烧瓶里，生产出几种氨基酸
二、能量
06 生命以负熵为生
活着就是对抗热力学第二定律（薛定谔 《生命是什么》 生命以负熵为生）
吃东西或者晒太阳这种日常行为，其实是生命体在完成一个崇高的使命——吸取能量，对抗热力学第二定律，维持生命现象
07 能量之源：葡萄糖
问题：生命赖以生存的负熵，是如何具体推动生命活动的？
葡萄糖的两个明显优势：
- 葡萄糖的分子结构稳定，一旦被制造出来，在地球生命体内部，可以储存相当长的一段时间；制造葡萄糖的原料又极容易获得
- 存储的能量很容易提取
葡萄糖：C6H12O6
当发生化学反应的时候，葡萄糖分子中的氧原子、氢原子和碳原子被强行分开，这个时候需要能量；分开之后这些原子又能重新组合起来形成新的化学物质，这个过程释放能量；只要第二步释放的能量超过第一步，加和的结果就是能释放多余的能量；比如分解产生乳酸、酒精或二氧化碳和水，在这些过程中，多少不一的能量就被释放出来，驱动生命活动
我们吃饭 --> 转化成葡萄糖作为能量存储起来，等待身体的调用 --> 跑步健身时，消耗葡萄糖释放能量，变成肌肉收缩的利器
08 能量货币：ATP
问题：身体如何调用能力，变成力气呢？
ATP：三磷酸腺苷（高能量状态）
ADP：二磷酸腺苷（三磷酸腺苷脱去一个磷酸基团，低能量状态，脱去一个磷酸基团时，蕴含在分子内部的化学能就被释放出来）
ATP货币如何使用？
例子：1个葡萄糖分子分解成2个乳酸分子，这个化学反应释放出的能量，正好能用来生产2个ATP（若彻底分解成二氧化碳和水，最多能生产几十个ATP）。生产出来的ATP用来干什么？
在身体需要合成蛋白质的时候，每安装1个氨基酸，需要4个能量货币。就这样，能量之源葡萄糖通过ATP这种能量货币，就和生命活动紧密联系在一起，有了ATP，能量交互能变得非常方便
09 细胞内的水电站：ATP合成酶
问题：每个葡萄糖分子，彻底分解到底能用来生产多少个ATP？
抽水蓄能电站的工作原理：白天需要电的时候，水流持续发现；晚上电富裕的时候，用电重新泵水
按照米切尔的模型，可以想象，细胞里必须得有一些东西能够形成物理屏障，就像水坝挡住水流一样，阻挡住某种物质的流动，这样才能存储势能；在这一层物理屏障的两侧，肯定存在巨大的物质浓度差别，就像水坝的坝体内外，水位差可能有上百米。
科学家发现在细胞内产生ATP的地方：一个叫做线粒体的细胞器，它的膜厚度只有5纳米，而这层膜的两侧，氢离子，也就是质子的浓度差别及其显著，以至于跨越5纳米，电压的差别机油150毫伏，换算一下，这个电压的强度赶上闪电的电压了
直接证据：约翰·沃克利用x射线衍射的方法，获得了蛋白质机器的立体结构
总结：生命活动是怎么样利用能量的
第一步，合成葡萄糖储能。生物体利用自然界的能量，比如太阳能，合成重要的能量储备物质葡萄糖，作为生物电池，随时待命
第二步，能量转移给ATP。当生物活动需要能量的时候，葡萄糖能够被分解，释放的能量被用来生成能量货币ATP
第三步，ATP释放能量。能量货币ATP，能够为几乎所有生命活动直接提供能源
10 生命来自热泉口
问题：生命为什么选择用水力发电站这种方式来制造能量货币呢
本章总结
（C）既然葡萄糖可以产生能量，为什么还需要“中介”ATP？
ATP存储能量的单位更小，生产能量的化学反应更容易发生
ATP与ADP之间极易发生相互转化，从而完成能量的释放和存储，这个过程循环进行，似的能量生成和利用更高效
三、自我复制
11 自我复制比永生更重要
物质+能量构成的生命有个巨大的缺陷，那就是它们没有办法传续自己的生命。可能几秒钟、几分钟、几个小时就死亡消失了。生命具备自我复制的能力，能够代代相传，直到有了今天的你和我。
地球生命存在两个缺陷
第一，生命形态抵抗意外的能力非常弱
第二，地球环境不是永恒不变的（大氧化事件导致了生物大灭绝）
自我复制能弥补生命形式的两个缺陷
第一，避免意外
第二，不精确的自我复制让生命延续
12 自我复制的降维打击
自我复制的机制：DNA
蛋白质：空间尺度上非常复杂，在时间尺度上又瞬息万变，所以不适合进行自我复制
DNA：化学性质简单，一维线性的
碱基分子一共有4中，氨基酸分子一共有20种。3个碱基对应一个氨基酸一共有64种组合(>20)，若4个碱基对应1个氨基酸，那就会产生256种组合，比氨基酸的数量大量一个数量级，太浪费。所以3个碱基对应一个氨基酸效率最高
13 自我复制的实现：DNA双螺旋
DNA双链，本质上是信息完全抑制的两个拷贝
14 DNA复制的两大难题
先有DNA还是先有蛋白质
假如先有DNA，因为DNA分子化学上非常稳定，所以啥都干不了，只能慢慢地在环境里降解；假如先有蛋白质分子，它可以做很多事，比如推送生物化学反应（像ATP合成酶那样制造能量货币），但蛋白质具备非常精细的时空结构，如果没有DNA作为媒介，是很难被复制的
地球生命起源的早起，有可能就是这种RNA分子，独立承担了今天分别属于DNA和蛋白质的功能：既能实现信息的存储和复制，又能催化各种各样的生物化学反应
15 RNA：生命的起源
16 病毒：RNA世界的余晖
四、细胞
17 生命演化进入快车道
18 “看不见”的细胞膜
19 第一个细胞是怎么形成的
三种假说
假说一：千疮百孔的细胞膜（自由出入）
假说二：能够翻转的细胞膜
假说三：ATP合成酶的小孔是天然通道
20 细胞的能量革命：被吞噬的线粒体
五、分工
21 多细胞生命的诞生
单细胞生物如何变成多细胞生物
如果单细胞生物分裂之后，产生的两个细胞没有分开独立生活，而是一直黏在一起，那这样一分为二，二分为四，产生的后代细胞总是不分开，总是固定在一团，那一个多细胞生命就产生了
单细胞为什么要变成多细胞：为了更好地吃与避免被吃
22 伟大的分工，沉重的代价
分工解决生殖和运动之间的矛盾