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。

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！

轻松理解多种多样的生物世界，进化生物学家长谷川英祐与您一起探索生命的奥秘！基于物理、化学及进化的基本法则讲解生物教科书，告别死记硬背。万物由来，探索生命

生命的诞生是只有一次的奇迹

生物的共同特征

生命是什么？

活着究竟是怎么一回事？

知晓其答案也许就是生物学的最终目标，然而想得到

一个完美的答案几乎是不可能的。但是我们所认为的“生

物”大多数都有共同的特征：

1.由叫作细胞的最小单元构成；

2.从外部摄取物质进行代谢；

3.繁殖；

4.可以将自身携带的遗传物质遗传给后代，等等。

病毒这种种群具有遗传物质并能进行繁殖，但它们不能进行自主代谢，而是利用其他细胞的代谢系统来合成遗传物质进而繁殖下一代。在现代生物学领域中，关于病毒是否为生命这一问题，不同的学者对此有不同的看法。

如果考虑生物与非生物的界限的话，现代生物学能做到的仅仅是知道某种化学反应不是生物，而加上某种反应之后就是生物。

于是问题来了，加上哪种反应才算是生物呢？关于这一问题没有一个答案能够让所有人认同。如果有的话，那么病毒是否为生物这一问题早已得到解决了。

分类方法因人而异，无法统一。

可能会有人说用上述特征1～4就能定义生物，但比如说狮子和老虎的后代狮虎兽或虎狮兽虽然不能繁殖，可没有人认为它们“不是生物”，所以上述定义不能完全涵盖我们所认为的“活物”。先不管病毒或狮虎兽如何，这里我们将生物定义为“具有遗传物质能够繁殖、具备代谢系统的生命体”，简单来说就是自立、能繁殖的生命体。

现代生物学认为生命只有一次起源，早期生命不断进化，最终变成现在我们看到的多种多样的生物。现代生物学为什么这样认为呢？其中一个理由就是“遗传信息创造生物体”的机制在所有生物之间都是共通的。

除一部分病毒外，已知的所有生物的遗传物质都是脱氧核糖核酸（DNA）。“核苷酸”这种化学物质排列成长链从而形成DNA。每个核苷酸含有一个碱基，核苷酸的碱基有“腺嘌呤（A）”“鸟嘌呤（G）”“胞嘧啶（C）”“胸腺嘧啶（T）”四种，DNA链由这四种碱基排列而成。

构成蛋白质的氨基酸的种类

遗传信息写在长链的什么地方呢？要想回答这个问题我们必须先了解蛋白质。生物体的大部分物质都由蛋白质构成。和DNA一样，蛋白质也具有长链结构，但与DNA不同的是蛋白质由一种叫作氨基酸的化学物质形成链式结构。

另外，在所有的氨基酸中，只有二十种氨基酸可以构成蛋白质。我们都知道繁殖时遗传给下一代的不是蛋白质而是DNA。DNA上的碱基所携带的信息可以转换为对应的氨基酸序列，读取写入DNA的全部信息来合成蛋白质的这一过程，即通过DNA合成蛋白质的过程称为“遗传信息的表达”。

碱基有四种，氨基酸有二十种。仅凭一个碱基无法对应二十种氨基酸，只能对应四种氨基酸。假设两个碱基一组对应一个氨基酸，共有四的二次方，也就是十六种组合，来计算也只能对应十六种氨基酸，因此最少需要三个碱基为一组才能对应二十种氨基酸。

那么哪种碱基组合对应哪种氨基酸呢？我们通过以下实验进行了确认。

人工制作一条排列为AAAAAAAAA的DNA，表达后得到了一条排列为赖氨酸―赖氨酸―赖氨酸的氨基酸链。

但是这样无法判断对应一种氨基酸的是三个碱基还是四个碱基，于是接下来制作一条排列为ACCACCACC的DNA，即该DNA中每个碱基组合里有三个碱基，其中一个是不同的碱基，表达后得到了一条排列为苏氨酸―苏氨酸―苏氨酸的氨基酸链，从而可以看出三个碱基对应一种氨基酸。

为什么是三个碱基对应一种氨基酸呢？如果是四个碱基对应一种氨基酸，则AAGAAGAAGAAGAAGAAG这一排列应该读取为AAGA―AGAA―GAAG―AAGA，即氨基酸的排列应该变成氨基酸1―氨基酸2―氨基酸3―氨基酸1―，但如上所述，实际上得到的是相同氨基酸的排列，其数量是三个碱基对应一种氨基酸时的数量。

因此只有一种可能就是“三个一组的碱基对应一种氨基酸”。具体请参照图1。接下来要做的就是调查哪种三个一组的排列（密码子）对应哪种氨基酸了。

……

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