生命的时间轴

生命很快，一秒中发生的丰富自然现象带给我们的触动，丝毫不亚于仰望头顶银河时产生的感受。生命也很慢，海中动物上岸生活，陆地生物长出翅膀翱翔天际，需要经过数百万年的演化。从微生物到座头鲸，从一毫秒到十亿年，生命赖以生存的过程跨越多个时间尺度。这本书以充满诗意、富有洞见的语言，吸引每一个对自然和生命感兴趣的人。
这是一本用新颖的视角重新看待自然、生命和宇宙的通俗科普读物，在时间尺度的转换中展现了客观又富有好奇心的宇宙观、自然观。作者讲述的科学知识并非最新、最前沿、最不为人所知的，但用全新视角看待它们并加以组合，就能带来焕然一新的体验和感悟。

生命很快，也很慢。
这本书跨越24个数量级，用10个章节依次探究不同时间尺度（从一毫秒到十亿年）的生命过程，为我们全景式展现了在宇宙的时间尺度内设定的生物学视野。
在时间轴的微观这一端，人类对时间的感知能力有限，有很多非常快的生命现象无法被我们察觉，比如真菌抛射孢子、水母蜇刺时射出刺丝囊只需几微秒。蜂鸟每秒振翅50次，这种频率处于我们的视觉感知极限处。自然选择做了权衡，让人类成为现在的样子，专注于最常见的危险事物所在的时间尺度。所以，动物心跳的数量级是秒，而昼夜节律和近年节律这两个内置生物钟分别以天和年为单位。
在时间轴的另一端，能轻松存活几千年的狐尾松具有抵抗衰老的力量，从河马远亲到鲸的演化花了数百万年，生命的起源、地质变化是更为缓慢的过程。
不过，就像一条衔尾蛇一样，生命的时间轴两端其实连在一起。生命之快是生命之慢的基础，生命之慢则为生命之快提供了必要的解释，二者不可分割。眩目的生命之快无处不在，细胞内分子的运动通常需要几毫秒或几十毫秒，更快的细胞内化学反应和无意识神经冲动在几微秒之内完成（细胞内能量传递过程则属于量子过程的范畴），因此生命体的每一秒都要受到这些“快”的约束。研究生命之快，可以让我们明白生命的运行机制；反过来，探索生命之慢，可以让我们领悟生命演化那缓慢却坚定的力量。这本书以充满诗意、富有洞见的语言，展现生命的丰富、力量和美感，吸引每一个对自然和生命感兴趣的人。

俄亥俄州迈阿密大学生物学教授，真菌学家。他还是该校久负盛名的通识教育专业“西部项目”的负责人。除了科学背景，他有颇高的文学修养，已经出版的其他科普著作包括《自私的人类》等。 

推荐序 生命的一瞬与亿年 V
前言 XI
这是一张生命的完整时间表，短至不足一秒，长至数十亿年。生命之快与生命之慢，位于时间轴的两端，却相辅相成，不可分割。
第1 章 弹道（短于1秒，10-6~10-1秒） 001
什么是自然界最快的运动？钟形水母的刺丝囊“导弹”，还是真菌弹射孢子，又或者是跳蚤等昆虫杂技演员伸展肌肉中的节肢弹性蛋白，一跃而起？
第2 章 心跳（秒，100秒） 017
潜意识的存在告诉我们，自由意志并不存在。那该如何确定时间的流逝不是幻觉？以秒为单位的心脏节律和诗歌中的抑扬格，都让我们感受到现在的真实。
第3 章 蝙蝠（分钟和小时，102~103秒） 033
不管是欣然接受还是咬牙忍受当下，我们的行为通常以分钟和小时计。成为一只蝙蝠是什么样的体验？小棕蝠的回声定位是一种人类不具备的技能，另一种技能是活在当下，从来不惧明天末日来临。
第4 章 花（日、周、月，105~106 秒） 049
植物的行为遵循昼夜节律，睡莲花朵开开合合，豆类和酢浆草在黄昏时垂下叶片。细菌、真菌和动物也通过时钟蛋白的相互作用，记录生命中的每一天。几周或几个月是一个重复演练昼夜节律的过程。
第5 章 蝉群（年，107 秒） 065
人类的童年和北美的周期蝉一样长。这种蝉每隔17 年才现身一次，数十亿只同时破土而出。这种近年节律是针对捕食者制定的巧妙生存策略，动物的冬眠同样离不开近年节律。
第6 章 熊（10 年，108 秒） 079
脱水后的水熊可以经受住高温高压和辐射的苛刻考验，几近坚不可摧；毛茸茸的棕熊和黑熊每年休眠几个月。它们位于生物体型范围的两端，以相近的方式适应环境，延长寿命。人类也可以这样做吗？
第7 章 弓头鲸（100 年，109 秒） 093
最长寿的人也没能活过130 年，而弓头鲸的寿命要长得多。胸棘鲷等深海鱼类、格陵兰睡鲨、北极蛤和大蜥蜴都是长寿选手，当然还有陆龟。正如龟兔赛跑中那样，缓慢稳定者会赢得比赛，不过，任何有大脑的动物都无法存活超过300 亿秒。
第8 章 狐尾松（1 000 年，1010 秒） 107
要论长寿，谁能和动辄几千岁的狐尾松相比呢？还有巨型红杉、落羽杉、非洲猴面包树等长寿植物，它们的寿命要比最长寿的动物长10 倍。如果再将无性系纳入考虑范围，巨型颤杨集群会把时间尺度推进到万年以上。
第9 章 龙王鲸（100 万年，1013 秒） 121
早在3 800 万年前的始新世，龙王鲸在温暖的热带水域中游弋，这个河马的远亲演化成现代鲸类的过程在大约800 万年中完成，人类从外表非常相似的猿类演化到现在这个样子也花了这么长时间。在创造生命的过程中，自然选择缓慢却坚定。
第10 章 生命的开始（10 亿年，1016 秒） 135
生命有40 亿年历史，真核细胞出现在20 亿~30 亿年前，在10亿年前所有的生物还都是微生物。细胞一直是不可缩减的生命单位，被改造成细菌和缓慢爬行的变形虫，增殖成狐尾松和鲸的身体。那么，第一个细胞如何诞生，生命为何开始？
致谢 151
参考文献 153
图片权利说明 183

各种研究表明，这场大流行对我们的日常生活造成了如此大的破坏，让我们中的许多人陷入困境、萎靡和焦虑，对我们的时间观念产生了一些特殊的影响。才华横溢、语言抒情的生物学家莫尼……让我们用秒来衡量我们的生命，引人注目，令人难忘。
——《堪培拉时报》

这本书似乎更像是对生命的反思，而不是争论；作者兼具学识和热情，旁征博引，在书中综合了他在长期真菌学研究和大量阅读中所学到的一切，包括约翰·弥尔顿的诗歌。
——lection杂志

这是一个迷人的概念，是生物学的宇宙放大，被放大的不是空间，而是时间。每一章都着眼于在特定时间范围内发生的生物活动，从那些在不到一秒钟内发生的活动开始，一直持续到数十亿年。
——popularscience.co.uk

我认为这是观察这个星球上生命的一种非常聪明的方式。用这本书的每一章作为了解时间的每一步，让我对自然世界的运作方式有了深刻的了解。一本非常易读的关于生命及其丰富多样的时间尺度的科学图书，值得一读。
——博客Halfman, Halfbook

作者借鉴了哲学、诗歌和一些生物学历史，解决了将智人置于整个生命时间尺度内的‘想象挑战’。从中学生到退休的科学家，都会享受这本书带来的阅读体验。推荐阅读。
——《选择》杂志

【推荐序  生命的一瞬与亿年（节选）】
?现代人越来越依赖日程表与计时器，越发不能忍受延迟和晚点。我们似乎越来越重视时间，但同时又在失去对时间的真实感知：对很多人来说，时间不过是一个待办事项连着另一个待办事项，一个截止日期接着另一个截止日期。可是时间不仅仅是一种生活工具，它也是观察、认识和思考周围世界的一个维度。尼古拉斯·P. 莫尼提醒我们，人类的神经系统让我们得以不断感知外部世界，与此同时这也是我们的“囚笼”，它让我们活在一秒接一秒的体验当中，以至于经常对更小或更大的时间尺度熟视无睹，麻木不仁。莫尼写作此书的目的正是将我们从惯常的现实感和时间感中解放出来，他用跨越 24个数量级的时间尺度帮助我们突破感官极限，用时间去理解生命，用生命去体验时间。
?不妨先做个与书中内容有关的游戏：假设苍蝇也有高级认知活动，而你就是一只趴在人类肩头的苍蝇，看到人们刷短视频时你会作何感想呢？我猜你可能会大大震惊于人类的耐心，他们竟能忍受如此卡顿无趣的画面还乐此不疲，就好像他们不仅无聊至极还余生无限。苍蝇每秒钟可以感知约250 幅不同的图像，而人类大约只有60 幅，这意味着哪怕我们用每秒60 帧的速度拍摄影片，苍蝇看到的回放也依然如同缓慢翻动的静止画面，对苍蝇来说，如此消遣简直无异于自戕。如果把视觉能感知的最短时间间隔作为“一瞬”，那么我们的一瞬对苍蝇来说显然绝非倏忽之间，但是换个角度来说，它们的一生也并没有我们看上去那么短暂。基于同样的原因，小型动物经常比大型动物体验到的时间更慢，所以在家里等你的狗狗确实可能度日如年。
?反过来，这个现象还可以部分解释为什么你觉得时间越来越快：随着年龄增长，我们每秒捕获辨识图像的数量会减少，这意味着单位时间内的信息流减少，于是主观感受到的时间会被压缩，这就像年尾的时候如果相册里只有寥寥几张照片，这一年好像也感觉过得飞快。人类不仅通过感知和记忆来标示时间，我们对时间流速的判断也受到当下感受的影响，比如，和恋人在一起的时光似乎总比等待他们的时间过得快，时间对人类来说绝不是简单的“客观事实”。正如莫尼在这本书开篇告诉我们的那样， 人类以为的真实只是对真实的建模，是我们的感官塑造了我们感知到的世界。所以活在当下的人类会被当下所能感知到的时间尺度所限制，错过更微小或更宏大的生命图景。
?比如酶催化细胞内生化反应的机制以飞秒（10–15 秒）计，这远远超出了我们的感知极限，但是正是有赖于这些“飞快”的反应，你才得以看清并理解眼前的这些文字。与此同时，生物体内的这些反应之所以能够保留到今时今日，又离不开一个更宏大的时间尺度，那就是亿万年的生命演化。“维持细胞运转的每一次分子交换和转化，都必须通过一代又一代的检验。自然选择是一个无法规避的过滤器，它允许快速化学反应的有效组合在时间的长河中流动，而损害生存的因素则被一一检出。”就在此时此刻，我们的生命同时呈现了从飞秒到亿年的时间魔法，或者说正是这些快与慢塑造了今日生物圈的千姿百态。而且，无论是苍蝇、鲸还是我们，地球上有机体的成分都离不开恒星消亡后的星尘，从这个角度来说，生命的现在也包含着无数的过去，一瞬里也有亿年。
?作为一位真菌学家，在专事科普写作之前，莫尼的最后一个研究项目是关于凝结在真菌孢子表面的水，这些水滴能助力微小的孢子被弹射出菌褶（1 微秒内完成）。但是，莫尼由此联想到了另一种可能：这种机制也许会影响降雨。乍听上去这简直是天方夜谭，但是当你得知大气中可以作为雨滴凝结核的孢子有数百万吨之多，而它们的总表面积相当于非洲大陆时，一切又变得合情合理，小小的蘑菇在微秒内完成的动作确实可能会影响24 小时后你出门时要不要带伞。正如书中所说，“每当我们试图单独挑选某个事物时，都会发现它与宇宙中的其他一切事物息息相关”。在《生命的时间轴》一书中，从显微镜下的孢子到望远镜中的星球，莫尼上天下海，掘地三尺，在不同的生命与自然现象之间进行了一场“连连看”游戏，本来散布于我们周围的宇宙密码残片就这样被拼合成一个有机的生命故事，过去与未来，微秒与亿年，时间的经纬串联起缤纷的物种和它们的演化历程，从“太初有膜”的生命起源到日光耗尽的生命终曲，莫尼用诗意的笔触动情地铺展出了一幅壮丽生动的生命时间轴画卷。
……
?如今我们仍未搞清生命的起源，但未来已足以令人忧虑， 这两个问题其实有一个共同的答案——去更加深入地理解自然，无论一瞬间的变化还是亿万年的演化，大概这也是莫尼写作此书的初衷。