阿西莫夫：真正的統(tǒng)治者

【譯者之言：在我們的星球上，生命的世界豐富多彩，大的有海洋中游弋的上百噸的藍鯨，而微小的細菌、病毒，需要借助高倍顯微鏡才能看到，人類對這些肉眼看不到的生物的認知，又是如何獲得的呢？】

我一直發(fā)現(xiàn)，古希臘的歷史是一座可以講述好故事的金礦，而出于某些原因，我竟然把它們記得滾瓜爛熟。

比如，讓我們說說地狄米斯托克利。他是雅典人的領袖，在波斯人即將入侵的時候，他說服這座城市，去投資建立了一支強大的艦隊。公元前480年，波斯人來了，從北席卷過來，占領了雅典，并放火將其焚毀。雅典人逃到了受雅典艦隊保護的島嶼上，而該艦隊（加上來自希臘其他城市的艦船）正在雅典和薩拉米斯島之間的狹長海峽，恭候著波斯艦隊。

艦隊名義上的領袖是斯巴達（當時希臘城市中，擁有領先軍事力量的城市）的尤利比亞德。斯巴達人在陸地上的勇敢完美無缺，但到了海上卻有點緊張?？吹窖诺湟驯粴纾壤葋喌孪胪耸厮拱瓦_，但狄米斯托克利卻想留下繼續(xù)戰(zhàn)斗。

狄米斯托克利的想法非常固執(zhí)，使得尤利比亞德對他雄辯的言辭感到惱怒，威脅性地舉起了他的隨從。狄米斯托克利張開雙臂。

“扔呀，”他說，“但聽我說?！?/p>

尤利比亞德還是決定留了下來。而狄米斯托克利為了確保他不會改變主意，又派了一名信使到波斯國王薛西斯那里，建議他將艦隊部署到薩拉米斯海峽的兩端，以此圍困希臘艦隊。

清晨，希臘艦船發(fā)現(xiàn)自己被圍堵了，別無選擇，只能一戰(zhàn)，結果一舉摧毀了波斯艦隊。薩拉米斯之戰(zhàn)是波斯戰(zhàn)爭決定性的一戰(zhàn)。

戰(zhàn)斗結束之后，希臘艦船的艦長們聚集在一起，投票選舉這場偉大勝利的功臣。每個艦長都投票將自己放在第一名，而將狄米斯托克利放在了第二名。

有故事說，即使是處于其人生巔峰期的時候，狄米斯托克利還是被來自希臘某個偏遠小鎮(zhèn)的希臘人嘲笑過。這個人說，“如果你恰巧出生在我的小鎮(zhèn)上，你是不會這樣出名的?！倍颐姿雇锌死卮鸬?，“如果你恰巧出生在雅典，你也不會出名的。”

而我最喜愛的有關狄米斯托克利的故事是，他指著襁褓中的兒子說道，“希臘有統(tǒng)治者了，”

“那個小孩嗎！”其他某個人驚訝地說道。

“當然是，”狄米斯托克利說，“因為雅典統(tǒng)治希臘，我又統(tǒng)治雅典，而我的妻子統(tǒng)治我，這個小孩又統(tǒng)治我的妻子。”

好吧！讓我們看看地球的統(tǒng)治者是誰。

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回到十七世紀后期，有一位名叫安東·范·列文虎克（Anton van Leewenhoek （1632-1723年）的荷蘭人，他有磨制小透鏡的愛好。他的一些優(yōu)秀作品比大頭針的針頭大不了多少，但通過它們，他能將微小的東西放大200倍。在那個時代，不會再有其他人看東西，能比他看得更清楚了。他在五十年的時間內磨制了總共419片透鏡，一直工作到他漫長生命的盡頭。

他在1673年首先發(fā)現(xiàn)了單細胞生物，這些生物太過微小，不借助顯微鏡是看不到的, 但毫無疑問，它們仍然像巨大的鯨魚一樣活著。他還看到了毛細血管和紅細胞，以及酵母細胞和精子。

1683年，在他借助最好的鏡頭觀察微小的東西，并為它們繪圖的時候，他有了最大的發(fā)現(xiàn)。他不知道發(fā)現(xiàn)的是什么，而其他人也是在下一個世紀才看到它們的。但是，看到他繪制的圖，我們知道，范·列文虎克是第一個看到細菌的人。

當然，范·列文虎克并沒有將它們叫做細菌。他將他所看到的所有微小生物都稱為“animacules”（拉丁語，意思是“小動物”）。今天，我們將它們統(tǒng)稱為“microorganisms（微生物）”（希臘語，意思是“小動物”）。

而第一個試圖研究細菌的人是丹麥生物學家奧托·弗里德里?！つ吕?（Otto Friedrich Muller）（1730-1784年）。1786年，在他死后出版的一本書中，記錄了他的觀察結果。

穆勒也是第一個試圖對微生物進行一般分類的人；就是說，將微生物分類成時尚的種和屬，這種分類是由瑞士自然學家卡羅勒斯·林奈（Carolus Linnaeus） （1730-1784年）在半個世紀前就開始推廣的。然而，林奈研究的是肉眼能看到的動物和植物，可以依據(jù)清楚看到部分詳細的差異性和類似性，對它們進行分類。

而另一方面，微生物卻非常微小，在它們之中看不清多少細節(jié)。除了按照它們的總體形狀對它們進行判斷以外， 其它什么也做不了。這就如同通過普通植物和動物投下的影子對它們進行分類一樣。但是穆勒還是注意到，一些細菌像棍子，一些像開塞鉆。他將前者稱為“bacilli”，或者單數(shù)“bacillus”（拉丁語，意思是“小棍子”）；而將后者稱為“spirilla”，或者單數(shù)“spirillum”（拉丁語，意思為“小螺旋”）。

單詞“spirilla”保留了其特指的意思，但“bacilli”有時會被用作細菌（bacteria）的同義詞。

在穆勒的時代，任何人看細菌，都不太可能比穆勒看得更清楚了。顯微鏡中使用的透鏡在光線波長發(fā)生變化時，會將光線以不同的程度折射進顯微鏡。你可以聚焦某一種波長的光線，而其它波長的光線則無法同時聚焦，這樣就會看到觀察對象周圍模糊的色環(huán)。

1830年，英國透鏡制造商約瑟夫·杰克遜·利斯特（Joseph Jackson Lister）(1786-1869年)，成功地采用兩種不同的玻璃，組合出顯微鏡透鏡。每種透鏡折射光線的波長有所不同，如果將它們合理組合，一種透鏡的顏色效應就正好能被另外一種透鏡的顏色效應所抵消。它也就成了一種“achromatic（希臘語，意思是“沒有顏色”） 透鏡”）。

使用“無顏色透鏡”，聚焦可以變得非常清晰，沒有了模糊的色環(huán)。只有這樣，對細菌等微小東西的研究，才能夠以有意義的方式展開。

十九世紀六十年代，法國化學家路易·巴斯德（Louis Pasteur）（1822-1895年）開始堅持認為，傳染性疾病是人與人之間通過特定微生物傳染的結果。這是有史以來最偉大的單項醫(yī)學發(fā)現(xiàn)，它也將人們的注意力成功地集中在了微生物身上。

受到巴斯德研究工作的鼓舞，德國植物學家費迪南德·朱利葉斯·科恩 （Ferdinand Julius Cohn）（1828-1898年）成為世界上第一個，將其畢生的研究工作專注在細菌上的科學家。1872年，他發(fā)表了三篇有關細菌的論文，由此創(chuàng)立了細菌學科學。在細菌分類方面，他比穆勒有了很大的進展。他是第一個描述細菌孢子及其耐沸溫度的科學家。

科恩延續(xù)了穆勒的“bacilli”和“spirilla”細菌分類，但走得更遠。他注意到，一些棍狀的細菌比另一些長，他保留了較長棍狀細菌的“bacilli”名稱，而對于較短的細菌，他第一次使用了“bacteria”，或者單數(shù)“bacterium”（同樣為拉丁語，意思是“短棍子”）這個名稱。

出于某些原因，“bacteria”開始成為最常用于這些微生物的術語，盡管人們也用過一些其它術語。于是，德國病理學家克里斯蒂安A·T·比爾羅斯（Christian Billroth）（1829-1894年）將具有小球形狀的細菌稱為“cocci（球菌）”或單數(shù)“coccus”（希臘語，“漿果”），還有一些種類則稱為“streptococcus（鏈球菌）”，“staphylococcus（葡萄球菌）”和“pneumococcus（肺炎球菌）”。

法國生物學家查爾斯·塞迪悅（Charles Sedillot）還引入了術語“microbe”（希臘語，意思是“小生命”），用于引起疾病、腐爛或發(fā)酵的所有微生物。有時，“microbe”也是通常用于細菌的另一個術語。

19世紀初，還有一個最不適合于細菌的的術語，但公眾卻經(jīng)常使用。它就是“germ”（拉丁語中“胚芽”的意思），它可以用來表示，生命起源的任何小物體。

于是，種子中含有實際生命物質的部分，可以被認為是細菌，以致于我們會說出“小麥細菌”這樣的東西。同樣，生命來自精子和卵子，于是它們被稱為“細菌細胞”。在發(fā)育的胚胎中，最終發(fā)育成器官的原始細胞群，則被稱為“細菌層”。

事實上，巴斯德對傳染病的看法，通常被稱為“疾病的細菌理論”，這實際上是不正確的，因為細菌絕不是唯一的致病生物。疾病也可以由病毒、霉菌、原生動物、寄生蟲等引起。

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區(qū)分細菌與其他細胞，最明顯的特性是看它們的大小。非細菌的單細胞生物可能大到幾乎能肉眼看到。它們必須這么大，因為它們需要將大量功能，打包進它們的單個細胞中。例如，一個變形蟲（amoeba）的直徑可達約為200微米（1/125英寸）。

組成多細胞生物的細胞比這個要小。它們不必滿載獨立生存所需的材料。它們可以與其它細胞共享勞動成果。例如，人類的肝細胞直徑約為12微米。一個變形蟲可以容納大約2400個人類的肝細胞。

而一個典型的細菌，直徑可能只有2微米。細菌應該是地球上自由生活的最?。ɑ蛘呖赡苁亲钚。┥?。我們所知道的最小細菌，直徑大約只有0.02微米。一個變形蟲細胞中可以容納大約1億個這些最小的細菌。

(還有一些被稱為病毒的生物，它們比細菌還要小，但它們都不能自由生活。它們只能在活細胞內生長和繁殖。)

細菌在生命的層次結構中應該屬于哪一層呢？當我年輕的時候，我知道所有的生命被分成兩個王國，植物王國和動物王國。我發(fā)現(xiàn)，將細菌放在植物王國里，有點不合適。要不然，讓植物王國和動物王國只包括多細胞生物，而讓所有的單細胞生命組成了第三個王國，稱之為“Protista”（希臘語，意思是“第一個”)。

要理解這一觀點，我們必須追溯到1831年。當時，英國植物學家羅伯特·布朗（Robert Brown）（1773-1858年）第一個注意到，普通細胞內部有微小的結構。他將它們稱為“nuclei（核）”，或單數(shù)“nucleus”（拉丁語，意思是“小堅果”），因為它們是在細胞內被發(fā)現(xiàn)的，就像硬殼內的堅果。

最終證明，細胞核包含了控制細胞繁殖的遺傳物質。遺傳物質在細胞分裂過程中自我復制，并幾近精確地復制母細胞，傳遞到子細胞；從更大的意義上來說，就是從母生物體復制到子生物體。

所有多細胞生物中的每個完整細胞，都包含一個細胞核，無論這些生物是植物還是動物。(可以肯定的是，也存在不完整的細胞，如紅細胞，它們不包含細胞核。但它們壽命很短，既不生長，也不分裂）。

因此，多細胞的動物和植物，都可以被歸類為由有核細胞組成，或者由“eukaryotes（真核細胞）”（希臘語，意思為“真正的核”）組成。此外，單細胞動物細胞，如變形蟲和單細胞植物細胞（如“algae”藻類，或單數(shù)“alga”（拉丁語中的“海藻”）），都是真核細胞。

換句話說，植物和動物（包括所有的多細胞形式，以及較大的單細胞形式）可以被認為形成了一個“真核生物”的“超級王國”。

另一方面，細菌細胞并不包含細胞核。但這并不意味著，它們不包含生長和繁殖所必需的遺傳物質。這些遺傳物質只是沒有被隔離在細胞核中，而是分布在整個細菌細胞中?；蛘吣阋部梢哉f，細菌細胞本質上就是一種自由生活的細胞核。這也是它為什們這么小的原因。（不過，細菌細胞還是包含了真核細胞中細胞核外的結構。）

細菌細胞，以及事實上不包含明確分隔的核，但在細胞中分布有遺傳物質的任何細胞，都是“prokaryotes（原核生物）”（希臘語，意思是“核之前”），可以認為它們包括在“原核生物”的超級王國中。這樣，我們就可以把生物分成了兩大部分：細菌和其他所有生物。

“原核生物”一詞意味著，細菌比真核生物更原始，因此，它們可能在真核生物存在和進化之前，就已經(jīng)存在和進化了。

如果回到化石記錄中，我們會發(fā)現(xiàn)，我們正在處理的是多細胞生物的遺跡，它們與我們自身有類似的復雜性，而且它們中許多體型也相當大。從它們與今天生活的生物的相似處來看，很明顯，所有這些化石都是真核生物。

我們發(fā)現(xiàn)的最古老的化石大約有6億年的歷史，但它們并不能代表最古老的生命形式。因為，首先，即使是最古老的化石的結構也是相當復雜的，一定已經(jīng)有了很長的進化歷史。另外，地球有46億年的歷史，所以普通的化石遺跡，只占據(jù)了地球歷史的最后八分之一多一點，在這之前應該還有足夠的時間進行早期的進化。

事實上，我們通常研究的化石，主要都是那些設法進化出堅硬結構——外殼、骨骼、牙齒（它們更容易變成化石）的多細胞生物。在它們之前，一定還有不帶堅硬結構的多細胞生物，而其中最早的，可能已經(jīng)有8億年的歷史了。

我們可以往回走得更遠一些。美國古生物學家埃爾索·斯特倫伯格·巴格霍恩（Elso Sterrenberg Barghoorn）（1915-1984年）從1954年開始，在安大略省南部，研究了非常古老的巖石。他將這些巖石制成薄片，并在顯微鏡下進行了研究。在這些巖石中，他發(fā)現(xiàn)了與原生動物尺寸大致相同的圓形結構。此外，在這些殘骸中還有更小結構的跡象，它們類似于細胞內的結構。

很明顯，這些都是單細胞生物的化石，其中最古老的一個似乎已經(jīng)有14億年的歷史了，其年齡幾乎是最古老多細胞生物的兩倍。但即便如此，真核生物的歷史似乎仍然被壓縮到地球歷史的最后三分之一多一點。更重要的是，真核生物足夠復雜，即使是單細胞形式，也需要很長的進化歷史。

當然，巴格霍恩和他的同事們在巖石中還發(fā)現(xiàn)了特別小的結構，它們太古老了，沒有包含真核生物。現(xiàn)在看來，原核生物比真核生物早了很長一段時間。迄今為止，在巖石中發(fā)現(xiàn)的最古老的原核生物殘骸，可能已有35億年的歷史了。

這意味著，在地球年齡最多只有10億年的時候，原核生物就已經(jīng)存在了。而在此后的20多億年里，它們一直是地球上唯一的生命形式，是地球真正的統(tǒng)治者。

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真核生物一旦出現(xiàn)，在我們看來，它們就接管了地球的統(tǒng)治地位，首先是單細胞植物和動物，然后是各種各樣的多細胞動植物和動物。海洋的主要生物（魚類）和陸地的主要生物(兩棲動物、爬行動物，然后是哺乳動物，尤其是人類）都是真核生物。

不過，這要看你如何定義“統(tǒng)治地位”了？地球上植物生命的數(shù)量是動物生命的十倍，動物只能作為寄生物生活在植物世界中。如果所有的植物都消失了，所有的動物生命很快就會跟隨它們走向毀滅。而如果所有的動物都消失了，地球上大部分植物仍會活著。

對于一個真正客觀的外星觀察者來說，地球似乎是一個植物的世界，一些高級的樹木是“統(tǒng)治者”，到處有自由跑動的、令人討厭的和不無關緊要的寄生物。(畢竟，人體是由數(shù)以萬億計的人體細胞，以及皮膚上和腸道中感染的、令人討厭的和無關緊要的寄生蟲組成的。這些寄生蟲不是我們的統(tǒng)治者，因為它們依靠我們生活）

我們也可以用另一種方式來看這個問題，真核細胞是如何發(fā)展出來的？有些人認為它們是通過各種類型的原核細胞的合作和最終合并而產(chǎn)生的。

因此，具有完善遺傳機制的原核細胞，會與其他帶有完善的游離氧處理系統(tǒng)的原核細胞相結合。結合的時候，原始的真核細胞發(fā)育出一個十分適合遺傳功能的細胞核，在它外面，還有一個十分適合處理氧的線粒體。細胞的其他部分，也來自于各種適當?shù)膶I(yè)化原核細胞。

簡而言之，真核細胞可能只是原核細胞的組合，就像多細胞動植物都是真核細胞的組合一樣。這一觀點得到了美國生物學家林恩·馬古利斯（Lynn Margulis）（生于1938年）的強烈支持。

因此，我們可以把地球上所有的生命分為三類：（1)原核細胞，如細菌；(2)原核細胞的組合，如變形蟲；以及(3）原核細胞組合的組合，如人類。

作一個類比，我們可以這樣看，美國的一個州是人的組合；而美國聯(lián)邦政府又是州的組合（人組合的組合）。

一個優(yōu)秀、高效、仁愛的政府，會讓人民過上一種，比完全孤立、完全依靠自己資源更好的生活。而美國人的觀點同樣是，人民是最基本的。畢竟，如果沒有政府，無論多么野蠻和糟糕，人民都會生存，但如果沒有了人民，政府就不可能存在。

所以，我忍不住還是會說，原核生物仍然統(tǒng)治著地球。

讓我們從另一個角度來理解這個問題。雖然真核生物在14億年前就存在了，而且8億年前可能還出現(xiàn)了第一個多細胞生物，但原核生物仍然存在并仍然在蓬勃發(fā)展。

它們存在的數(shù)量非常巨大，且繁殖的速度非常的快，因此它們的進化速度，比單細胞或多細胞真核生物也要快得多。結果是，原核生物已經(jīng)進化出，真核生物無法對付的環(huán)境生態(tài)位。它們可以生活在能夠殺死真核生物的溫度和鹽濃度下。它們可以生活在無法支持其他生命形式的無機化合物上。作為孢子，在惡劣的條件下，它們可以比任何其他形式的生命，生存更長的時間。當我們開發(fā)出化學藥品來殺死它們時， 它們會逐漸形成耐藥性，如果我們要控制住它們，就必須不停地找到新的殺菌藥。它們是不可戰(zhàn)勝的，在出現(xiàn)一些毀滅生命的宇宙或人類大災難時，即使所有其他的生命都消失了，原核生物仍可能很好地生存下來。

那么，如果不帶偏見或自我感覺的話，你認為誰是地球真正的統(tǒng)治者呢？

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目前仍然存在細菌分類的問題。第一批細菌學家，比如：馬勒和科恩，他們試圖只憑外表把它們分開，最后我們只得到了一組名字，而無法知道不同的物種是如何相關的。

最終，隨著生化技術的進步，當細菌學家們學會了研究細胞成分的化學性質、它們所擁有的基因以及它們帶來的化學反應類型的時候，探索原核生物進化和確定它們的關系的機會也就大大提升了。

最近，科學家設計了一個判斷細菌關系的系統(tǒng)，它包括“核糖體”，這是所有細胞中參與蛋白質合成的物質，真核細胞和原核細胞中都有。由于每個細胞獨特的特性是由其中的化學反應賦予它的，而且由于這些化學反應取決于所形成的蛋白質的性質，因此核糖體似乎只能隨著時間緩慢發(fā)生變化。（它們對其可能形成的蛋白質類型沒有太多的自由空間。）因此，通過兩種生物核糖體之間的差異，就可能很好地衡量它們之間進化的差距。

在核糖體的基礎上，我們發(fā)現(xiàn)細菌分為兩個不同的群。我們經(jīng)常遇到一些常見的細菌，它們的化學反應與一般細胞普遍很相似。它們是“eubacteria（真細菌）”（希臘語，意思是“真正的細菌”）。

也有些細菌，它們的核糖體中似乎有很大的不同，因此，毫不奇怪，它們在化學反應和生存方式上也很不尋常。這些是“archaebacteria（原始細菌）”（希臘語，意思是“老的細菌”）。

在核糖體化學組成方面，原始細菌和真細菌與來自真核生物的一樣相互不同。這意味著，我們現(xiàn)在可以把所有生活在地球上的已知生物，分為三個超級王國：真核生物、真細菌和原始細菌。

據(jù)推測，原始細菌是我們所知道的最古老、最原始的自由生活的生物，它們包括三個已知的亞群。有些細菌不能使用氧氣，帶有的化學物質最終會產(chǎn)生甲烷，而不是二氧化碳。它們是“methanogens（產(chǎn)甲烷菌）”（希臘語，意思為“甲烷制造者”）。還有的細菌能在高溫酸性的海水中茁壯成長，它們是“thermoacidophiles（嗜熱嗜酸菌）”（希臘語，意思為“熱酸愛好者”）。最后，還有一些細菌喜歡非常咸的水，它們是“halo bacteria（嗜鹽菌）”（希臘語，意思為“鹽細菌”）。

這三種已知的原始細菌可能來自一個共同的祖先。而我們仍然還不知道這個共同的祖先，要么是因為它已經(jīng)不存在了，要么是因為我們還沒有發(fā)現(xiàn)它。我所看到的，用于這種最原始細胞的一個名字是“progenotes（原生命）”（希臘語，意思是“出生之前”）。

從這些原始細菌中，可能產(chǎn)生了真細菌和真核生物。我們不知道它們是否分別來自于不同種類的原始細菌群。有一個說法是，第一個真細菌是從嗜熱嗜酸菌進化而來的，而第一個真核細胞來自產(chǎn)甲烷菌，但我對此持懷疑態(tài)度。

我認為真細菌最初起源于一群原始細菌，然后是真細菌的組合發(fā)展為真核細胞。我沒有證據(jù)，但我這個人就是這樣的，喜歡胡亂猜測。

真細菌分成許多亞群，其中一個含有葉綠素的亞群特別有趣。由于含有單細胞葉綠素的生物中，最有名的是藻類，單從顏色上看，這些真細菌很長時間里一直被稱為“藍綠藻”。

然而，它們并不是藻類。藻類是真核生物，而這種所謂的“藍綠藻”卻是原核生物。它們屬于不同的超級王國。

因此，“藍綠藻”最初又被稱為“藍綠色”，這是一種怯懦的妥協(xié)，然后才被稱為“cyanobacteria（藍細菌）”（希臘語，意思為“藍色細菌”）。

藍細菌可能與其他真細菌結合，形成了現(xiàn)在的“葉綠體”，即植物細胞中含有葉綠素的結構。

藍細菌在過去20億年里一直在產(chǎn)生氧氣，它們可能是世界上唯一的光合作用系統(tǒng)。因此，我們都得感謝藍細菌，是它開始在地球建立起了含氧大氣層，供大家呼吸。

（作者：艾薩克.阿西莫夫（Isaac Asimov），譯者：勁松）