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03 人生的意义在于好学不倦

生物学家

林恩·马古利斯(Lynn Margulis)

马萨诸塞大学阿默斯特分校地球科学系教授,曾当选美国国家科学院与俄罗斯自然科学院院士,1999年获美国国家科学奖章。

马古利斯是“内共生学说”的主要建构者,她指出自然是在共生中实现生命的诞生和物种的进化的。通过共生,世界才得以保持多样性,通过多样性的个体之间复杂多维的交互协同作用,不断创生新物种,世界才得以不断发展和进化。

代表作有《小宇宙》( Microcosmos ),《我是谁》( What is Life )。

生命并不是通过战斗,而是通过协作占据整个地球的。

——林恩·马古利斯

小时候,为了在父母的争吵中生存下来,我发明了各种逃避方式。有时候,我会躲在父亲的黑翼凯迪拉克轿车后面,连朋友都找不到我。我的母亲是个美丽的女人,她崇尚物质,缺乏安全感,而父亲则要追求自己的远大理想。在他眼中,“律师都是小偷和骗子”,因此他放弃了法律工作,买下一家建筑公司,加入了一家乡村俱乐部。到我十几岁时,父亲不再千方百计地跻身上流社会,也不再追求新富阶层的奢靡生活,而是和一群爱好音乐、我行我素的人混在一起。

在我5岁时,我们举家搬迁到芝加哥南区。从车毂击驰的南滨路至我们家门口熙熙攘攘的人行道之间有一道天然绿化带。我时常躺在绿化带的草坪上,望着碧波浩渺的密歇根湖,时有凉风吹过,令人心旷神怡。在草坪上,我观察蚂蚁部队沿着糖渍爬行,惊叹于它们的“纪律严明”。岩石下的潮虫也是我观察的对象。那片草坪就是我的世外桃源,可以让我暂时逃离生活中的烦恼。父母永远以自我为中心,绞尽脑汁想跻身上流社会,这种家庭氛围令我极其不适。

从10岁起,我开始参加在威斯康星湖(Wisconsin lakes)举办的夏令营。从踏上湖滨的那一刻起,我就雀跃不已。在我12岁时,当我17岁的夏令营辅导员讲起变形虫时,我开始对科学如痴如醉。她称变形虫是一种“奇怪的动物”。那时的我像男孩一般性格狂野,我问她:“你怎么区分虫子的性别?”

她回答道:“那可做不到。变形虫是单细胞动物,它们没有性别之分。”

“那它如何繁殖?”

她回答道:“通过细胞分裂繁殖。”

细胞分裂!她怎么知道的?这又怎么可能呢?分裂的时候它不会疼吗?虽然我对她的回答心存疑惑,但是这一问一答却让我对大自然的热爱更深了。在那一刻,我感到命运掌握在自己的手上。我意识到一个看似矛盾的道理:虽然父母的言论是一派胡言,但是我仍然可以从他们的话中学到些什么。辅导员告诉我:“你可以用显微镜观察变形虫。”我想,观察这些没有性别的奇怪虫子或许是个不错的选择。

我们家一共有姐妹五人。作为家中的长女,我可能是父亲最宠爱的孩子。父亲喜欢说长道短、汲汲营营,还是个政治狂热分子。受当时美国思潮的影响,人人都坚信自己的未来一片光明,父亲也不例外,一心想跻身上流社会,追求精致高雅的贵族生活。我虽然对他的这一作风嗤之以鼻,却极为敬佩他勇于进取的人生态度。我似乎继承了他的勤奋、健谈,以及旺盛的精力。后来我才知道,人体能量代谢功能是通过线粒体遗传的,而线粒体属于母系遗传。也就是说,我的旺盛精力应该遗传自母亲。母亲确实也是精力充沛的人,但较之于父亲就相形见绌了。

我的母亲美丽温柔,却是一个沉默寡言、郁郁寡欢的家庭主妇。父母二人都抽烟,酒喝得很凶。父亲还在外面到处拈花惹草。比起父亲的风流成性,母亲更在意的是有关父亲的风言风语传到亲戚的耳中。母亲的世界里只有父亲,除此之外别无他求。她想让他回家,他却喜欢外出社交。因此,家里经常乱成一片,照顾妹妹时常是我的责任。我很早就学会了一个道理:自己动手,丰衣足食。这也是母亲反复在我耳边念叨的。

我们并不穷。我父亲在芝加哥南区有栋三层公寓,我们一家住在那儿。尽管那地方不是很安全,但我们一家在很多方面还是有优势的:父亲卖力工作,维持家中开销;母亲厨艺精湛,喜爱张罗美食。我们都有社交生活,有时甚至有佣人。但是平时父母忙于应酬、疲于奔命,留下我们姐妹独守家中。在家闲来无事,我们就在暗无天日、管道遍布的地下室里表演家庭戏剧,由我兼任制片、导演和主演。我们把床单挂在管道上作为舞台帘幕。排练时,我热情洋溢地指挥,要求妹妹们迅速反应。我素来激情四溢,做事专注。我喜欢发号施令,容不得别人在一旁窃窃私语。我求知欲极强,在学习时,我如饥似渴、全神贯注。认真学习之余,我做了数份兼职工作。除此之外,我剩余的时间都奉献给了诗歌与想象。一本书、一棵桑树、一只蚱蜢,都可以成为我的素材。我每天都要动笔写点什么,一篇日记、一篇散文、一首小曲或是一段对话,不然的话,我就感到若有所失。

虽然现在的我已经能够掩饰自己的孤独感和书生气,但是多年来,我其实没怎么变。就像人们说的,我有些少年老成。因为家庭原因,我早早地承担起照顾妹妹的重担。所幸,我一直“童心未泯”,依然热爱大自然和户外活动,喜爱观察显微镜下的微生物,也热衷于探讨并保持好奇心。童年的乐趣仍然陪伴着我。

读中学时,我终于可以远离家中嘈杂的环境,一头扎入知识的海洋。海德公园高中(Hyde Park High School)对学生的严苛要求令我深恶痛绝。于是当我发现芝加哥大学对待不同信仰、种族、年龄的学生一视同仁时,我立刻决定申请该校。我如实地告诉招生人员,我没有征求父母的同意,而且连高二都没念完。由于我的测验成绩达到了芝加哥大学本科学院的录取标准,14岁的我如愿以偿地成为一名大学生。这次经历让我更加相信自力更生的重要性。我如脱缰之野马的人生态度让母亲惶惶不安,却暗中获得父亲的大力支持。

父亲是波兰犹太人的后裔,在密歇根州和新泽西州的新教教区长大。他对巴以冲突极为关注。我猜想,他之所以对巴以局势全情投入,大抵是因为巴以局势能给他带来意想不到的刺激,与他千篇一律、平淡无奇的律师工作形成了鲜明对比。14岁时,我已手不释卷。虽然我看不惯父亲终日高谈阔论,也无法理解为何他对中东地区压抑的部落文化、残忍的兄弟相煎兴致勃勃,但是,在我被大学录取之后的那个暑假,他把我送去以色列的农场体验生活,对此我还是充满感激的。在集体农场里,我采摘葡萄,为羊群挤奶。我发现在当地的以色列人眼中,美国人傲慢、贪婪、幼稚,还喜欢大惊小怪。而我作为一个美国人,被贴上了物质主义的标签。这让我明白了什么是偏见。事实上,我十分反感美国社会金钱至上的风气。我认为,好学不倦、求知若渴才是人生的意义所在。我还记得父亲形容我时的口头禅:“她过去支持犹太复国人士,现在支持科学研究人士。”

那么是什么原因,让我走进了科学殿堂呢?一是芝加哥大学,二是卡尔·萨根,后来成为我的丈夫。

芝加哥大学本科学院的教育理念独树一帜,它有一门学术标杆式课程叫“自然科学2”。芝加哥大学的课堂和实验室要求每次出勤人数必须控制在20人以内,因此对学生的出勤率并不做要求。但是,期末考试至关重要。学生们通常在10月开学,次年6月参加期末考试。这场考试对学生的学业水平要求极高,时长通常在6到9小时。学生的课业成绩完全取决于期末考试的成绩。芝加哥大学的另一大特色在于没有教科书,要求学生广泛阅读名家名篇。对于选了“自然科学2”这门课的学生来说,这就意味着要阅读达尔文、孟德尔、汉斯·斯佩曼(Hans Spemann)、奥古斯特·韦斯曼(August Weismann)、霍尔丹、休厄尔·赖特(Sewall Wright)、朱利安·赫胥黎(Julian Huxley)等人的著作。这是为了让我们更好地回答遗传学领域的重要问题,如:“每一代生物体之间有何关联?”“生物体有哪些遗传特性?”也是为了让我们进一步回答发人深省的问题,如:“何为人类?何为生命?”“是宇宙的形成产生了思维,还是思维的产生构成了宇宙?”学校除要求我们进行科学实验和阅读科学名著外,还为我们开设了哲学课程,以为我们的专业学习奠定更加坚实的基础。

遗传学最令我着迷。几乎人人都认为生物是通过交配实现繁殖的,甚至包括一些生物学家。在进行博士后研究时,导师要求我仔细观察培养基中的细小裸藻的交配行为。结果,我并没有观察到,因为这种绿色浮游生物根本不存在交配行为。这让我意识到遗传学的某些领域存在谬误。

繁殖并非通过交配才能实现,变形也是如此,有些生物体可以根据环境需要改变形体。我当年的夏令营辅导员虽然知识水平有限,但她对变形虫繁殖方式的一番解释更贴近事实真相。喇叭虫是一种生活在水中的微生物,我后来发现它们在接合生殖之后会死亡。喇叭虫雌雄同体,接合生殖的过程通常持续36小时,这对双方来说都是“致命行为”。草履虫的接合生殖与喇叭虫有相似之处,去掉其厚厚一层表膜的一大部分仍然可以存活。草履虫全身长满纵行排列的纤毛,纤毛和鞭毛的结构基本相同。即使通过显微手大面积摘除草履虫的纤毛,草履虫也依然可以存活,且摘掉的纤毛可以被移植到任何其他的部分。完成纤毛移植的草履虫可以将移植的性状遗传给下一代。

我们在“自然科学2”这门课上阅读的科学名著通常是重印版。我们仿佛能听到那些遗传学领域的泰山北斗亲口讲述他们的研究历程与心得:赫尔曼·穆勒(Hermann Muller)正对我们说,生命就是“变异、繁殖、繁殖变异”;万斯·塔塔尔(Vance Tartar)正向我们讲解喇叭虫的结构;西奥多修斯·多勃赞斯基(Theodosius Dobzhansky)正对我们说,生物学的一切都讲不通,除非从演化视角来看;A. H.斯特蒂文特(A. H. Sturtevant)正向我们述说他如何发现染色体对成年果蝇体型的影响。但是真实数据和观察总是比权威观点更能打动我。

当时遗传学界一致认为,动植物的遗传物质仅存于细胞核,细胞核中的染色体是基因载体。然而,我们知道,草履虫可以继承移植性状。还有一些耐人寻味的线索,让我们不得不怀疑,细胞核也许未必是遗传物质的唯一储存场所。叶绿体的遗传物质就来自其他叶绿体,属于核外遗传。还有一种叫莱茵衣藻的绿色浮游生物,主要通过线粒体进行光合作用。这种藻类的线粒体属于父系继承,线粒体本身含有基因物质,因此也属于核外遗传。

当时遗传学界已经普遍认同,细菌的细胞核通常没有核膜,其DNA通常是线性DNA,在细胞内通常呈环状排列。自从遗传学界发现了DNA是传递遗传信息和复制细胞的主要物质基础后,“遗传物质主要存于细胞核”就成了遗传学界的金科玉律。但是我天性好奇,再加上我的大学一直鼓励、训练我们不仅要阅读科学名著,还要理性思考,因此在发现了上述的遗传特例以后,我兴奋不已。

16岁时,我遇到了卡尔·萨根。他比我大5岁,有一头棕黑色头发,高大英俊,却有些呆头呆脑的。我对他一见倾心。有一天,我居然在数学系的楼梯上撞见了他。他向我打招呼:“啊,这不是林恩小姐吗?”我回道:“这不是卡尔·萨根先生吗?”后来,他邀请我参加天文俱乐部的会议,他是俱乐部部长。他还会开着小型雪弗兰,每天清晨去家中接我上学。其实他十分讨厌早起,这是所有天文学家的共同特征吧。

那时,萨根已经是一名物理系研究生,准备开始平流层研究。起初我只是迷恋他俊朗的外表,但是渐渐地,他对科学的热爱感染了我。他自幼就志存高远、好学不倦。他追求知识的饱满热情让我备受鼓舞,但又不至于感到自惭形秽。后来,萨根开始探索外星生命,研究如何与外星生命进行沟通。而我把研究重心放在了地球与微生物上。相比之下,我的研究似乎略显简陋。我一直坚信遗传学为探索生物演化提供了最佳线索。心怀这份信念,我在1957年9月,苏联成功发射第一颗人造卫星之前,与萨根一路北上抵达威斯康星州。萨根以天文学研究生的身份在威廉斯湾的叶凯士天文台 从事研究工作。而我当时正准备申请生命科学专业的硕士研究生,在距叶凯士天文台100多千米以外的地方,我找到了一个最理想的学校——威斯康星大学麦迪逊分校。苏联先一步发射人造卫星,这让美国感到危机重重。于是,美国在科学研究领域投入了大量的资金,掀起了一股科学研究的热潮。作为两名年轻的科学家,我和萨根加入了这股科研热潮,成了时代的弄潮儿。我们都对探索生命起源和行星的大气成分充满兴趣。前者涉及宇宙的形成和微生物的溯源。关于后者,后来我们发现,地球的大气层就是在无数早期的微生物和其他生命形式的呼吸作用下形成或消失的。

在麦迪逊分校读研究生时,我师从人口遗传学专家詹姆斯·克劳(James Crow),研究方向为遗传学和人口遗传学。我热爱遗传学,而对于人口遗传学,我认为它太过强调新达尔文主义的概念,如“适者生存”“突变负荷”“选择系数”,却没有充分描述鲜活的生物体互动和演化的方式。我依然对细胞核外的细胞器充满兴趣,喜欢直接观察活细胞内部的液体流动。我发现线粒体和叶绿体并不是通过有丝分裂的方式进行自我繁殖的,而是像细菌一样,通过二分裂的方法进行自我繁殖。细胞是动植物生命的基本功能单位。而研究观察发现,真核细胞内不只有细胞核,还遍布着细菌大小的物质,这些物质可以自我复制,并有各自的复制时间。线粒体和叶绿体的复制特征与其他细胞器截然不同。难道它们是一种半自主细胞器,有一套全然不同的遗传机制?后来研究证明,我的想法是正确的。

我感兴趣的细胞遗传学研究属于比较冷门的研究领域。我还喜欢看一些生物学的研究文献,这些都是冷门领域的相关研究文章。我发现,一些前辈们,像备受冷落的美国生物学家伊万·沃林(Ivan Wallin)和只在苏联才受到重视的生物学家康斯坦丁·梅列施柯夫斯基(Konstantin Merezhkovsky),都曾假设细胞器起源于细菌,在演变过程中被更大的细胞包裹住了。他们二人都坚持认为,和细菌繁殖的过程一样,自主细胞器与细胞其他部分形成共生关系,并在一定的条件下开始繁殖。

他们的观点可以解释为何存在大量核外遗传的例子。细菌群落与细胞个体的组成部分之间的差异微不足道。在漫长的演化过程中,细菌或互相吞噬、或互利共生,最后形成了细菌群落。这足以说明不同微生物物种之间通过长期的协作而繁衍生息。这是一个属于微生物的童话故事:它们从此共生共存。

这个童话故事是真实存在的。人类身上的每一个细胞都代表着真核生物,而负责供氧的线粒体起源于细菌。达尔豪斯大学 生物化学系的迈克尔·格雷(Michael Gray)和他的同事们已经证实了真核生物来自多个祖先。植物细胞及藻类细胞(如莱茵衣藻及细小裸藻等绿色浮游生物)是通过吞噬蓝绿藻形成的。而蓝绿藻实际上是一类通过光合作用获取能量的细菌。这种共生关系在每一代都要经过自然选择的考验,因此与达尔文的进化论并不相悖,倒是体现了共生关系在生命演化过程中的重要性。地球上最成功的生命形式是制造出望远镜观察浩瀚星空的人类吗?并不是。是数量庞大,连哺乳动物都无法与之匹敌的昆虫吗?也不是。最成功的生命是数量更为庞大的细菌。线粒体和叶绿体由细菌共生演变而来。在共生演变的过程中,细菌通过大量繁殖、摄入氧气、进行光合作用,为线粒体和叶绿体的形成提供了所需的能量。

奇美拉 、美人鱼、骏鹰 和斯芬克斯 ,这些结合了鱼类、爬行动物、鸟类和哺乳动物特征的形象一直是古代自然学家的研究对象。通过对全球科学领域的探索和观察,我们发现恶龙、人马和其他类似的神话形象都是虚构的。比起这些神话形象,人类的身体才更为奇妙。人类结合了不同动物的能力,可谓是集大成于一身,并且还可以精确、灵活地协调身体的各个部位,任何精密仪器都无法与人类的身体相提并论。如果真如萨根所愿,宇宙中存在其他生命,那这些外星生命的祖先也极有可能共生共存,将性状特征代代遗传。因此,如果有朝一日我们有幸与外星生命邂逅,我们的共生演化研究必然能迈上一个新台阶。 cwoRH25F6mL52HX7StIYubAXM+0V1T1obZSbHfDnH+InzqtzC/SBDKjNd8M4pwUO

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