既然现代文明的建立只需要几百年时间，那么在过去的几十亿乃至上百亿年中，发生任何事情都有可能。
2022年五月第15本书
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>> 真核生物的字面意思就是“真正有细胞核”的生物。
>> 宇宙中的复杂生命很罕见。自然选择中不存在固有的倾向去促使人类或是其他复杂生命出现。生命最有可能的状态，是停滞在细菌那种复杂度的水平，虽然我没法给出任何统计概率。
>> 这本书雄心勃勃。它讨论两个生物学中皇冠明珠般的课题：拥有线粒体的真核细胞（即“复杂生命”）是怎样起源的，以及生命本身是怎样起源的。
>> 过去的半个世纪中出现了三次颠覆人类以往生命观念的生物学革命。第一次在1967年的盛夏，由林恩·马古利斯（Lynn Margulis）挑起。马古利斯提出，复杂细胞不是经由“标准”的自然选择演化而来，而是通过一场合作共生的盛宴；细胞之间进行非常密切的合作，直到永久入住彼此体内。共生是指两个或更多物种之间一种长期的互动关系，通常伴随着物质和服务的交换。对微生物来说，物质交换涉及的是新陈代谢所需的、构成细胞生命的基础物质。马古利斯使用的术语是内共生（endosymbiosis）：同样是交换物质，但这种合作方式极为亲密，合作一方干脆住到另一方的身体里面去了。
>> 第二次革命是种系发生学革命。所有细胞都有核糖体。这是一种精巧的纳米机器，蛋白质的组装就是在核糖体上完成的。核糖体的错误率大约为每10,000个字母出现一次错误，比人类高端制造业的废品率低得多。它们的工作效率大约为每秒钟处理10个氨基酸；由几百个氨基酸组成的蛋白质，一分钟内就能合成完。
>> 我们正处在第三次革命的进程之中。
>> 乌斯的生命树图，描绘了一个底层基因在三个生物域中的趋异演化关系。马古利斯描述的图景，则是不同物种的基因通过融合、捕获和共生行为，最终汇聚在一起的进程。如果把后者的想法也画成树图，会是一张汇聚图，而不是分支图，与乌斯的树图恰好相反。
>> 马丁推测复杂生命起源于两种细胞之间的单一内共生事件。他认为，宿主细胞是古菌，不具有真核细胞的那些复杂特征；他还认为，从来就没有所谓的“中间型”，即不存在尚未获得线粒体的简单真核细胞；线粒体的获得和复杂生命的起源，本来就是同一事件。他还认为，真核细胞那些精巧繁复的特征，诸如细胞核、性和吞噬作用，全都发生在获取线粒体之后，是在这种独特的内共生状态下演化而来的。
>> 本质上，所有的活细胞都通过质子（带正电荷的氢原子）回流来为自身提供能量，就像是某种电流——只是用质子代替了电子。我们通过呼吸作用氧化食物而获得的能量，被用来把质子泵过一层膜，在膜的另一边形成质子蓄积。
>> 我们还发现，所有的地球生命，无一例外都利用质子梯度供能。质子动力是生命不可或缺的成分，就像通用遗传密码。
>> 当代生物学核心的两大未知问题：为什么生命以如此令人困惑的路径演化？为什么细胞的供能方式如此古怪？
>> 写作本书就是为了尝试回答以上两个问题，而且我相信二者紧密相关。我希望说服读者，演化是围绕能量进行的，我们必须考虑能量才能理解生命的各种特征。我希望向读者展示，能量与生命从一开始就密不可分，地球生命的基本特征源于一颗躁动行星的能量失衡。
>> 本书的视角从生命起源发端，直至人类自身的健康与生死。这个巨大的跨度将由一些简单的概念融会贯通，而它们都与跨膜质子梯度有关。
◆ 第一部 问 题
>> 本书的中心论点是，生物的演化过程中，确实存在着强有力的、能量方面的约束条件，让我们有可能从基本规律出发，推演出一些最重要又最基础的生命特征。
>> 锆石晶体就像微小的囚笼，困住化学杂质，能反映其形成之际周围的地质环境。早期锆石的化学成分表明，它们形成于相对较低的温度条件下，而且所处的环境存在液态水。这个时代的地质术语是冥古宙（Hadean Period），艺术复原图曾生动地把它描绘成炼狱般的世界：到处是喷发的火山和沸腾的岩浆海洋。通过锆石晶体获得的线索表明，真实情况可能大不一样，那很可能是一个更为平静的水世界，陆地面积有限。
>> 在太初世界的生物化学机制中，氧气所处的地位恰好相反：它具有强氧化性，是生命的毒药。
>> 氧气迫使单细胞生命形成新的生存关系：共生和内共生，细胞通过在内部或外部共享或交换代谢工具继续生存。几亿年间，生命的复杂度不断增加，细胞不仅学会了抵抗氧气，还学会了利用其化学活性：细胞演化出有氧呼吸，为自身提供更多的能量。
>> 马古利斯自20世纪60年代后期开始发表自己的理论，她认为以上说法是错误的：真核细胞的演化不是通过标准的自然选择，而是通过系列内共生实现的。
>> 演化理论做过一项简单的预测：复杂特征产生自一系列微步演化，每一次微小的变化都会为生物提供相对于前一步的些许优势。
>> 请记住，古菌和细菌是原核生物，没有细胞核；而源真核生物是简单的真核细胞，有细胞核。
>> 地球上的细菌通过一次独一无二的机会，演化成了真核生物。
>> 生物能量如何约束了生命的发展历史。这才是本书提出的问题。
◆ 2 什么是活着？
>> 为什么病毒不算活物？因为它自身没有任何新陈代谢能力，完全依赖宿主的能量生产机制。那么问题来了：新陈代谢活动是否是生命的必要特征？不假思索的回答是“当然是”。但根据是什么？病毒利用自身的周围环境复制。但人类也是如此：我们以植物或动物为食，我们呼吸氧气。
>> 彼得·梅达沃曾把病毒形容为“一条外表包裹着蛋白质的坏消息”；它们能以如此简单的形式存在，正是因为周围的环境资源丰足。
>> 学术界对生命的定义大都集中在生物本身，而忽略了生命寄生于环境的本质。
>> 生命的实质在于结构（部分由基因和演化决定），但是生存（生长与繁殖）的实质在于环境，在于结构和环境如何相互关联。
>> 希腊字母Δ（delta）代表变化。
>> ATP通常水解为大小不等的两部分：大的部分叫ADP（adenosine diphosphate，二磷酸腺苷），小的部分是无机的磷酸基团（PO43–）。后者就是磷肥的成分，常写作Pi。所以，把ADP和Pi重新合成ATP需要消耗能量。呼吸作用（食物和氧气反应）释放的能量就用来把ADP和Pi重新合成ATP，即所谓的“重新充值”。这个永无止境的循环写成以下简单的方程式：ADP + Pi + 能量 ⇋ ATP
>> 人类每克组织的功耗大约为2毫瓦，65千克的成人功耗就是130瓦，功率比标准的100瓦灯泡还大一些。
>> 每秒钟流过所有活细胞的能量虽然是个天文数字，但每秒以阳光的形式倾泻到地球上的能量却又高出好几个数量级（因为太阳实在是太大了，虽然单位功率较低，总功率还是大得多）。
>> 质子动力和DNA遗传密码一样，都是生命的基本特征。
>> 你全身40万亿个细胞至少拥有1015个线粒体；如果把它们盘绕褶皱的内膜摊平，合计面积可达14,000平方米，大约有四个足球场那么大。它们的工作就是泵出质子。加在一起，它们每秒泵出的质子数超过1021个，相当于已知宇宙中恒星的总数！
>> 为什么所有的活细胞都使用氧化还原反应作为自由能的来源？为什么所有细胞都使用跨膜的质子梯度保存这些自由能？我们还可以问得更本质一点：为什么用电子？为什么用质子？
>> 生命就是电子的作用。
>> 呼吸作用同时也是光合作用的基础。失去一个电子的叶绿素分子，会从最近的电子供体那里夺取一个补足，供体可以是水、硫化氢或者亚铁离子。与呼吸作用一样，供体是什么物质，原则上并不重要；呼吸蛋白可以通过水平基因转移扩散，还可以在任何环境中混搭工作，很大程度上是因为它们都基于共同的操作系统：化学渗透偶联。
>> 1 埃（Å）是10–10米，或者说1米的一百亿分之一。
◆ 第二部 生命的起源
>> 闪电能够提供的电子数量完全满足不了生命的需求。紫外线可能是更好的能量来源。
>> 在规范生命结构的信息出现之前，结构本身已经存在（这在生命起源的逻辑上是必然的：因为在复制因子出现之前，必然先有前驱结构，否则你复制什么？），但是需要持续的能量流入才能维持。能量流能够促进物质的自组织现象。
>> 呼吸作用的持续反应为细胞提供自由能，用来固定碳，用来生长、合成各种活性中间体，用来把这些构件组成各种长链聚合物（包括碳水化合物、DNA、RNA和蛋白质），还用来增加环境中的熵，让生物本身维持在低熵状态。
>> 脂肪酸分子的浓度超过一定阈值后，会自发形成细胞状的囊泡；如果继续“喂”进更多的脂肪酸，囊泡还会膨大、分裂。
>> 在较高的温度下，小分子（洗衣机里的小物件）会四处乱跑，有一定的自由度向各个方向运动。当热液与外界液体混合、冷却，有机分子的动能下降，四处运动的能力也随之减弱（就像袜子被卡在被套里）。
>> 氧气分子抢电子就很厉害，氧化其他物质就是夺取其他物质的电子，所以它的还原电位是很高的正值。
>> 奥卡姆剃刀原理（Occam’s razor），科学哲学中最基础的方法论：选择最简单自然的假设。得出的结果不一定正确，但是除非发现确有必要，我们就不应该引入更复杂的推论过程。
◆ 4 细胞的诞生
>> 活细胞的六项基本特征：碳流、能量流、催化作用、DNA复制、区隔化和排泄。
>> 我设想最初的演化分为三个阶段。第一阶段，含有催化性的硫化铁矿物质的薄壁两侧形成质子梯度，驱动有机小分子合成。
>> 第二阶段，在微孔结构中形成简单、有机的原始细胞。
>> 第三阶段，即基因密码的起源。
◆ 第三部 复杂性
>> 细菌顽固地保持本色，从没有演化出哪怕是像跳蚤这样的大小和复杂度。没有什么东西比细菌更保守。
>> 如何解释这种基因嵌合模式呢？有一个很简单的解释：水平基因转移。
>> 为什么当一个细胞进入另一个细胞体内后，会彻底改变原核生物的命运，释放出真核生物无尽的复杂性呢？有一个很关键的原因，而它与能量有关。
>> 发酵作用，是生物除了化学渗透偶联之外唯一已知的产能方式。这倒是让人比较意外。各种形式的呼吸作用和光合作用、各种形式的自养作用，只要是完全利用简单无机分子供细胞生长的机制，都彻底依赖化学渗透。
>> 能量不可能无中生有，只能浪费，所以细胞花掉一个ATP分子只能获得一个ATP分子，能量净收益为零。
>> 我们突然开悟：演化出真核生物的关键在于“每个基因的平均能量”这样一个简单的概念。
>> 根据我们的计算，真核生物平均每个基因的能量，高达原核生物的200,000倍。20万倍的能量差距！终于，我们发现了两种生物之间的巨大鸿沟，这道深渊精辟地解释了为什么细菌和古菌一直没能演化出真核生物的复杂度。同理，我们大概永远不会遇到一位由细菌式细胞组成的外星人。设想所有生命处在某种象征能量的地貌中，山峰代表高能量，谷地代表低能量。细菌会全部待在最低的谷地、能量的深渊之中；四周的山壁对它们来说直入云霄，绝对不可攀登。难怪原核生物只能永远滞留于此。
>> 真核生物细胞的体积本来就比细菌大15,000倍，更大的体积总要用什么东西填满。而前面已经提过，细胞中大部分物质都是蛋白质。所以再校正一下体积，这样比较才有意义。让我们把细菌的体积也增大到真核生物的平均尺寸，再来计算每个基因要花费多少能量。
>> 细菌放大到真核生物的尺寸，它的细胞半径会增加25倍，表面积则会增加625倍。⑦表面积是关键参数，因为ATP合成依赖细胞膜。如果简单近似，认为ATP合成与表面积的增加成正比，那么前者也会增加625倍。
>> 把细菌放大到真核细胞的大小，虽然ATP合成增加了625倍，但能量开销却增加了15,000倍，每份基因拷贝的平均能量反而减少为原来的1/25。另外，细菌和真核细胞每基因平均能量差距本来就有5,000倍之大（校正基因组大小之后的数字），5,000除以1/25，125,000倍！这就是细菌的基因组和体积校正到真核细胞的水平后每基因平均能量的差距。
>> 自由生存的细菌体内住着另外的细菌，即使极为罕见，但确实有活生生的实例。
>> 实际发生的基因丢失比例远远超过5%。线粒体几乎丢光了自己的基因。人类以及所有动物的线粒体，只保留了13个能够编码蛋白质的基因。
>> 我们必须持续呼吸才能维持生命，才能精确控制横膈膜、胸腔和咽喉的肌肉。在线粒体层面，线粒体基因也以类似的方式调节呼吸作用，确保能量输出始终能精确配合能量需求。
>> 质粒是半独立的环状DNA，有时可以携带几十个基因。
◆ 6 性，以及死亡的起源