神秘的量子生命

  媲美薛定谔《生命是什么》，量子生物学奠基之作！

  北京大学生命科学学院教授动物磁感应受体基因和“生物指南针”发现者倾情推荐。

  亚马逊*科学图书、《纽约时报》畅销书；《经济学人》《金融时报》年度好书；英国皇家学会温顿奖获奖图书。

  湛庐文化出品。

 

 

  在整个科学领域,量子力学是*影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如 何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方向的?小丑鱼是如何找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么 那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子 力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子纠缠。

  酶促反应，光合作用，嗅觉，鸟类的磁感应，基因的复制，心智之谜，生命的起源，这种种现象都与神秘的量子世界有关。物理世界有三个层次，第一层是宏观世界，遵循牛顿运动力学法则,第二层次是热力学世界。遵循热力学法则。最深的第三层是量子世界。在这个维度里,原子、分子以及组成它们的所有成分粒子都遵循精确而有序的量子规则。

  人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出 来的,就是我还不理解的。”如果有一天,人造 生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌 之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上, 乘风前行! 

[精彩样章]

小丑鱼“闻出”回家之路

  在靠近菲律宾佛得岛(Isla Verde)海岸的浅海中, 一只剧毒的海葵锚靠在一丛珊瑚礁上。在海葵招摇的 触须中,有一对橙白条纹相间的小鱼。这种鱼叫作公子 小丑鱼(common clownfish),正式一点的名称叫海葵 鱼(anemonefish),学名是眼斑双锯鱼或眼斑海葵鱼 (Amphiprion ocellaris)。这对小鱼中的其中一条是雌鱼,它的一生比大多数脊索动物要有趣多,因为它曾经 并不是雌性。像所有的小丑鱼一样,它出生时本是雄性, 从属于这群小丑鱼中唯一的雌鱼。小丑鱼有严格的社会 结构,一群小丑鱼通常栖息在一只海葵中,其中只有一 条是雌鱼。当这条小鱼还是雄鱼时,经过与其他雄性激 烈竞争,它最终占了上风,得到了与唯一的雌鱼交配的 权利。后来,一条鳗鱼游过,吃掉了雌鱼。于是,在它 体内休眠了数年的卵巢开始发育,它的睾丸随之停止工 作。原来的雄鱼就这样变成了鱼群中的皇后,等待与下 一条在竞争中胜出的雄鱼交配。

  从印度洋到西太平洋,小丑鱼是珊瑚礁中常见的栖 息者,它们以植物、藻类、浮游生物以及软体动物和小 型甲壳动物为食。它们体型娇小,色彩艳丽,又没有脊突、 锐鳍、倒刺或鳍刺,鳗鱼、鲨鱼等游曳于珊瑚的捕食者 不能轻易捉到它们。当受到威胁时,小丑鱼主要的自卫 手段是在宿主海葵的触须间快速游动,这些海葵的触须 有毒,而小丑鱼的鳞片上覆盖了一层厚厚的黏液,可以 保护自己免于中毒。作为回报,这些艳丽的租客会帮海 葵驱逐不速之客,比如前来觅食的蝴蝶鱼。

  小丑鱼真正变得家喻户晓其实要归功于动画电影 《海底总动员》(Finding Nemo)。1影片中,有人将小 丑鱼尼莫从大堡礁的家中一路劫持到了悉尼,它的父 亲马林所面对的难题,就是找到自己的儿子。然而, 在实际情景中,小丑鱼所面临的挑战是如何凭借自己找到回家的路。