生物学家

　　林恩·马古利斯（1938—2011）

　　美国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。“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调作用，不断创生新物种，世界才得以不断发展和进化。其代表作有《小宇宙》《我是谁》。

　　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。

　　从10岁起，我开始参加在威斯康星湖举办的夏令营。从踏上湖滨的那一刻起，我就雀跃不已。在我12岁时，当听到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，但这一问一答让我对大自然的热爱更深了。

　　我们家一共有姐妹5人。作为家中长女，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。他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儿什么，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，但多年来，我其实没怎么变。就像人们所说的，我有些少年老成。因为家庭原因，我早早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，却暗中获得了父亲的大力支持。

　　父亲是波兰犹太人后裔，他对巴以冲突极为关注。我猜想，这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，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。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。

　　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，他后来成了我的丈夫。

　　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”。芝大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，但期末考试至关重要。学生通常在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6~9小时。学生的课业成绩完全取决于期末考试成绩。芝大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、奥古斯特·韦斯曼、霍尔丹、休厄尔·赖特、朱利安·赫胥黎等人的著作。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？”学校除了要求我们做科学实验和阅读科学名著，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。在做博士后研究时，导师要求我仔细观察培养基中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，去掉其厚厚的一层表膜的一大部分，草履虫仍然可以存活。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，它们依然可以存活，而且摘掉的纤毛可以被移植到任何其他部分。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·穆勒正对我们说，生命就是“变异、繁殖、繁殖变异”；万斯·塔塔尔正向我们讲解喇叭虫的结构；西奥多修斯·多勃赞斯基正对我们说，生物学的一切都讲不通，除非从演化视角来看；A.H.斯特蒂文特正向我们述说他如何发现染色体对成年果蝇体形的影响。但真实数据和观察，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。他还会开着小型雪佛兰，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，萨根已是物理系研究生，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，他开始探索外星生命，研究如何与外星生命沟通。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地球卫星之前，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，我当时则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地球卫星，这让美国感到危机重重。于是，美国在科学研究领域投入大量资金，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微生物和其他生命形式的呼吸作用下形成或消失的。

　　在威斯康星大学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，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？后来的研究证明，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，像备受冷落的美国生物学家伊万·沃林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，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。他们两人都坚持认为，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。加拿大达尔豪斯大学生物化学系的迈克尔·格雷及其同事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。

　　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。

　　（摘自［美］约翰·布罗克曼编《在我成为改变世界的科学家之前》一书）宫静萍陈德用余涛译