一九八○年的某一天，穿著頗像義大利黑手黨的出版界聞人布羅克曼（John Brockman）特地從紐約跑到波士頓，找到了時在波士頓大學任教的微生物學家馬古利斯，希望就她所最精研的主題 細菌與演化，寫出一本大眾科學書籍。歷經了六年的努力，《微小宇宙》終於出版，是馬古利斯與她大兒子多里安．薩根〔也是名天文學家卡爾．薩根（Carl Sagan）之子〕所合著。此書風行一時，得到很多讀者喜愛，更得到很多「新時代」運動熱心分子的崇拜。

       五年以後，平裝本也發行了。此次天下文化出版公司所精心編譯的《演化之舞》，即基於此最新版忠實譯出。在國內尚缺乏優良的演化生物學及微生物學大眾讀物的此時，這本書竟意外地成了第一本，肩負了教育、培養及刺激對演化有興趣的讀者的重責大任。因此，在編輯葉季昀小姐和我一再編審校對之後，也要勉力做一導讀，希望它能完成這不期而來之重責。

〔一、馬古利斯〕

       好友陳文盛教授在《玉米田裡的先知》這本書的中文版序中，談到科學奇才麥克林托克的漫長奮鬥生涯浮現著三個重要主題：早熟的科學發現是怎樣地被同儕們所忽視，科學家個性及其獨特研究風格如何影響了他（她）的成敗，以及女性在職業上受到何等的歧視。這三項主題也多少凸顯於本書作者馬古利斯身上，但她遠比麥克林托克幸運，在中年就能得到科學界的重視，不但接受她的理論，還蒐集了不少榮耀。

       現在且看對她的小素描。

       任誰見過了馬古利斯，都會對她的充沛精力及敏捷動作有深刻印象，且自歎弗如。她從不注意服飾，常穿著簡單粗布牛仔褲加上套頭毛線衣，就騎著腳踏車，一大早五點半到達晨曦中的麻州大學校園。只要一進人那書香滿溢的辦公室，她便如癡如狂地沈浸在工作中，她說：「從五點半到九點，我正好能不受打擾，把事做完。」

       九點以後，研究生陸續到實驗室，而她也一陣風似地跑進跑出，除指導學生外，還要授課和寫作，又有不少的訪客。她以這樣高速的節奏，不但在波士頓大學工作了二十二年，且在搬到麻州大學任傑出講座教授後，每學期仍開兩、三門課，而研究成績則是近兩百篇的學術論文和八本書。

       她很難靜靜坐著，一講起話來更像連珠砲一般地噴出，往往講到一半又有新主意插進來，因此常把訪客埋在一堆怪主意中。她又好講大話，像「神經系統的運作，可以用微生物學的觀念解釋」之類的。當碰上她所不喜歡的教條之類的東西時，會毫不遲疑地說：「那是宣傳，別理睬。」

       她就是這樣一個聰明、好奇、嘲弄權威的迷人角色。有人說她是那一代最好的理論生物學家，有人則說她是本世紀最好的。但她那閃閃發射智慧火花的頭腦，卻讓大部分接觸過她的人承認，她是最精釆、最有原創思想的科學家。

       馬古利斯具微小宇宙的專家，對過往三十五億年微生物的演化過程和貢獻，大概沒人能比她知道得更多。當一般生物學家強調競爭在演化過程裡的重要性時，她反強調合作共生的重要。例如她說：「人類細胞就是一群微生物合作生活而已。」

〔二、改變傳統觀點〕

      　當我們小時候，靠摸索也靠教導，慢慢形成了對這世界的各種觀念和定見，而科學家也大部分靠前人的著作和模型來了解世界。這種固定的模糊或者說理論，就是麻省理工學院教授孔恩（Thomas S. Kuhn, 1922- ）所說的「典範」（paradigm）。偶爾，若有科學家發現一個和原典範不同的現象或是理論時，這就像古井中投下一枚巨石一樣，弄得大家爭辯不休。而馬古利斯就是這樣一個改造典範的人。

      　在杜克大學教植物學的柯柏森（William Culbersen）教授說：「我讀大學時，有兩個科學理論常被提出，來示範給大家看它們有多荒唐。其中之一是大陸漂移論，另一個就是細胞共生來源說。現在，這兩個理論都已經變成了典範，而馬古利斯就是把共生理論抬上正統殿堂的最大功臣。」

       但她要花好大氣力，十幾年的工夫，在不受別人重視、也萬難得到研究經費的艱苦條件下熬煉出來，才改變了科學界的歧視。這最大阻礙，當然是因為人們實在不了解大自然那二十萬種以上的微生物，在全球生態方面到底扮演甚麼角色？馬古利斯說：「從微生物學開創以來，它就是一項實用技藝，而不是科學；它最關切的是怎樣殺細菌，怎樣保存食物而已。」

       最近十年間，微生物的教科書開始以她的觀點談微生物，而且對微生物及其核生物間的演化關係，有較多篇幅描述。突然間，她好像又變成了被膜拜的權威。對此，她非常反感，她說：「真噁心，我才不要當權威呢！權威隨時會變，但經驗不變。所以如果只用教科書教學生科學，那就有流於教條的危機，這要小心預防喔！」所以她教學生親自動手，千萬不可盡信書。

〔三、蓋婭理論〕

       雖然馬古利斯在共生演化理論上極為成功，但是仍有許多其他部分爭議紛紛。例如幾年前，某著名大學有一個講座教授職位出缺，她也是熱門的候選人之一，但最後卻沒入選。據傳，部分原因是她和英國化學家洛夫洛克（James Lovelock）合作提倡的蓋婭（Gaia）理論有關（請參閱本書最後一章）。這假說認為地球的生物圈能夠自我調整。例如，全球的氣溫和大氣氧含量的恆定，得以維持整個生物圈的活力和持續。蓋婭的支持者很多是生態活躍分子、教會團體及科幻小說作家。因此，很多純科學家對蓋婭非常懷疑，不然它怎麼老是跟非主流文化糾纏不清呢？

       很有趣的是，馬古利斯還很直言地批判蓋婭的盲目支持者。《全地球目錄》（Whole Earth Catalog）創始人布蘭德（Stewart Brand）說：「馬古利斯很討厭神秘主義，所以那些新時代類型的人（國內《水瓶同謀》一書有些這類思想）都想簇擁到她身邊。但她把這些人不懂懷疑、隨便相信的心態，批評得體無完膚。」

       在某一方面，美國文化中有個神話，認為最理想的人應該具有粗壯、獨立、完全不用倚賴他人就能生存的特質，像上一世紀的拓荒者。但馬古利斯卻說：「這一種個人觀，真是扭曲了事實。我們每個人其實都只是會走路的一大群細菌，而且每一個動植物也都是細菌共生體！」

       這種共生觀又直接與蓋婭理論有關。例如，白蟻腸子裡住了成千上萬的某種螺旋菌及纖毛蟲，它們幫忙白蟻消化木材，放出甲烷；白蟻則供應一個溫暖無氧氣的小環境給細菌。這兩者互相倚賴，若失去對方，就都將滅絕。另一方面，白蟻、牛、大象等肚子裡無氧菌所放出的甲烷，又是大氣中甲烷的重要來源。甲烷控制了大氣中的氧氣含量，若氧氣太多，很多植物會自燃；若太少，很多動物會窒息。放大氣中氧含量也受動植物和細菌的呼吸及光合作用的調整。生命不只被動地適應環境，其實還主動的改造環境呢！

       所以馬古利斯說：「蓋婭不止是理論，更是一種觀點，它關注整個地球生物圈的組織及互動。」雖然她並沒有直接做這方面的研究，但仍是它堅強的支持者，而且提供蓋婭理論生物學方面的支持證據。

〔四、思路歷程〕

       馬古利斯生於一九三八年的芝加哥，十分早熟，所以十四歲就上了芝加哥大學。這是該大學施行「經典著作閱讀」的浪漫時代──校長赫欽斯（Robert Hutchins）推動全新的課程，讓學生只讀原始經典著作，而且循著歷史上重要觀念的演進逐步探究，以完全打破學門之間的藩籬。

       馬古利斯非常喜歡這種教育法，到現在仍津津樂道。她大一時修過一門課，談「遺傳是什麼」，華森（James Watson）和克里克（Francis Crick）的DNA模型又有何含義。她有興趣之至，而同時也遇上未來的先生卡爾．薩根。

       本書另一作者多里安．薩根常說，他自己有位「地母」和「天父」，因為老爸成了名天文學家，而老媽鑽研地上的微生物。多里安在波士頓大學修歷史及寫作，且是蠻有名的魔術師。近年來，他專研德瑞達的「解構主義」，所以在他與母親合著的七本書中，都可以見到解構的手法。

       馬古利斯大學畢業後，到威斯康辛大學念碩士。她的細胞生物學老師里斯（Hans Ris）與學生討論到一些遺傳形式，很難用細胞核內的基因完全決定的模式來推演。因此，馬古利斯後來轉到柏克萊加州大學作博士論文時，就想找細胞質內是否有基因存在。這被她的指導教授視之為異端邪說，極力勸她別做。

       就在一九六三年，她在威斯康辛大學的兩位老師里斯及布勞特（W. S. Plaut）發表了一張照片，顯示有DNA位於細胞質內，尤其是處於葉綠體之內。雖然當時生物科學界搞不懂這有何意義，但馬古利斯立刻就能了解它的重要性。她說：「在里斯的課堂裡，我們讀了很多十九世紀末及二十世紀初的細胞學及遺傳學文獻，其中有很多異端，主張細胞質內的基因和細胞核內的基因有不同的演化來源。」

       一直到十九世紀末，比較強力的顯微鏡出現後，大家才看到細胞內還有各式各樣的顆粒，或叫細胞器官，散布在細胞質內。而同時，有更多細菌被學者發現了，這些細菌沒有細胞核，行為又很像細胞內的胞器，諸如葉綠體及粒線體。二十世紀初，俄國人米里契科夫斯基（L. S. Mereschkovsky）就提議，動植物有核的細胞是因很多細菌聯合共生而成的。馬古利斯深深著迷於這理論，因此就以它為學術事業的中心。

       從一九六三年到一九六七年是她艱困的歲月。雖然她有了博士學位並且搬到波士頓，但卻還找不到正式的教職，不但和首任先生離婚了，又帶著兩個小孩，真是內外交困。不過，她始終堅持自已的研究方向。這時候她唯一的精神勝利，是當英國的結晶繞射學家伯納（J. D. Bernal, 1901-1971）提出本時代最重要、且未解決的生物學問題，其中之一就是有核細胞如何出現。馬古利斯見了，立刻就寫了三頁的短論，寄給伯納和其他相關學者，結果十分有趣，有人修改她的英文文法後退回，有人命令地快滾出細胞學領域，而伯納倒說她真的解決了這一問題。

       直到一九七○年，馬古利斯終於當上波士頓大學的副教授，同時也發表了她的精心巨作《真核細胞的來源》（The Origin of Eukaryotic Cells）。有一個書評家說：「這本書牽涉極廣，刺激、惹火，又有挑戰性，但沒人能漠視它。」兩另一位批評家說：「只有年輕的女科學家，才有膽挑戰固有的思想，及頑固的當權派。」

       雖然科學界極力不支持她，但在她不停的努力後，仍然嬴得別人的接納和尊敬。在一九八一年地出版另一本力著《共生與細胞演化》（Symbiosis and Cell Evolution）後，科學界開始豎耳傾聽。兩年後，馬古利斯當選美國國家科學院院士。

       現在，當選證書高掛在她的辦公室內，旁邊是她孩子們、孫子們的照片。旁邊還有一幅巴哈加利福尼亞海灘泥沼中的螺旋菌照片，這是她目前正努力的目標：要證實細胞鞭毛來自泥土申的螺旋菌。

       介紹了兩位作者的學術背景之後，也大致點出了此書中兩條重要的理論，即「共生演化以產生有核細胞」及「生物圈相互幫助改造及調節環境之蓋婭理論」。前者在第七、八、九章中有較詳細的解說，而後者在第十三章中有更深人的闡述。因此我再就書中其他沒有仔細解說的學說稍加解釋，使讀者有最好的體會。

       除了馬古利斯和薩根在書中引據別人言論時，因為涉及中外文化的差異，可能不易精確了解外，全書的談論由遠古及於現代，由無生物轉至微生物及大生物，條理簡單及論理連貫，是一本很容易讀的書。尤其它不用高深的物理化學術語，而直接談演化歷史，也算是演化的極佳入門教材。只要稍具高中的生物及化學基礎，應能輕鬆地欣賞。

〔五、宇宙的物質演化〕

       宇宙的起源問題，在三十年前還只是天文物理學內十分有爭議性的臆測，但隨著三度K的宇宙背景輻射發現後，以及早就發現紅移現象（請參考《大霹靂》一書），主張宇宙是由一初始點大爆炸而產生的理論，很快成了正統的典範，同時也是天文物理學近年熱門的研究題目。宇宙開創與本書微小宇宙的相關處，在於宇宙起源後，各種元素如何生成，而又如何匯聚成太陽系及地球。

       這各種元素生成過程，也是宇宙演化的精釆面相：首先是夸克組成質子，形成宇宙中最豐富的氫氣，散放太空中。由於萬有引力之相吸引，終凝聚成恆星；而且因重力之壓而生熱引燃，放出燦爛的核融合之光，這種恆星燃燒要歷經數十億年才能逐漸耗盡而成氦氣，隨之又有大崩陷，而將氦氣融合成鋰碳氮氧之類多質子的元素，又要經歷恆星最終之迴光返照，才生成銅鐵之類的更重元素。因之宇宙生成數十億年之後，經歷了恆星之生死，才能冶煉出現存的各種元素。這些元素瀰漫太空中，又過不少歲月，才凝成核心的太陽及環繞的行星，因此宇宙物質的創造遠早於地球之生成。

       據月球岩石的定年，可知地球生成約有四十六億年了。這悠久的歷史可分成數大段，從誕生的四十五、六億年到三十九億年前，此時大概地表皆是熔融的岩石，所以沒有任何古老岩石留存下來，稱「超古元」（Hadean）──拉丁文乃年輕小孩之意，而希臘文則是地獄之意；三十九億年前到二十五億年前叫「太古元」（Archean）；從二十五億年前到五億八千萬年前叫「原古元」（Proterozoic）。這三個紀元到後來雖已出現細菌及微生物，但因不易形成化石（宛如隱形生物），所以統稱「隱生元」（Prephanerozoic）。而五億八千萬年前到現在，是「顯生元」（Phanerozoic），因大量生物化石留下明顯的生物歷史。

〔六、物質的生機〕

       由純粹無生物演化成能複製的生物，的確是一個難以想像的過程。最令人驚奇的，不是生命終究出現了，而是它們竟然出現得那麼快，好像地殼才剛硬化，不到五億年之後就出現了能行光合作用的藍綠細菌（即藍綠藻）。於是科學家一如克里克︶就主張，生命的種子是藉著隕石從遠方的外太空散播到荒涼的地球上。但是這理論只是把生命起源的問題丟到外太空去而已，並沒真正面對起源；而且在別處演化的生物如何承受進入大氣層之高熱，如何適應地球早期充滿怪異氣體（氫、甲烷、氨等）的大氣，都是額外生出的問題。

       首次揭露曙光的，是芝加哥大學的游理（Harold C. Urey）及學生密勒。他們兩人在一九五三年用電火花不停處理模擬的大氣（含水汽、氨、氫、甲烷），結果數週後，從這些簡單化合物生成了蛋白質及核酸的基本要素。這一系列實驗開啟了「化學演化」或「原始地球模擬研究」的大領域，也讓我們了解早期地球可以經由閃電及陽光生成各式生命基礎分子。在千千萬萬年之生成、累積、蒸發、凝結過程，某些場所會有高濃度的各種分子，成了「原始渾湯」，而如果某些礦物（諸如黏土粒子）能催化小分子聯結成大分子，而大分子又有複製它自己的能力，那麼它們是否能由簡而繁，變成生命的雛形呢？

       能夠自己生殖的大分子得保有它自己的遺傳密碼，以便一代又一代的遺傳下去，而現代的密碼就存在核酸DNA的鹼基上。現代核酸沒有蛋白質的幫忙就沒法複製，可是蛋白質也靠核酸的密碼才能做出，於是「雞生蛋，蛋生雞」，在最早期如果只有核酸大分子，而還沒蛋白質，豈不永難繁殖嗎？

       一九八二年，科羅拉多大學的切克（T. Cech）發現一個奇異現象：某種四膜蟲原生動物的RNA可以自行催化反應，就好像RNA這種密碼分子本身也是有催化能力的酵素。忽然之間「雞生蛋，或蛋生雞」的矛盾突然消失了，而科學界也立刻想出「RNA世界」的理論來假設細胞形成以前，RNA分子自行複製的可能性。

       「原始渾湯」及「RNA世界」等學說雖然精釆，但從小分子到有膜的小細胞，中間仍是坑洞處處，尚沒有合理的證據串連這些過程，但這也給現今及未來科學家一個誘人的挑戰吧！

〔七、性的迷惘〕

       一般人所知道的性，便是雌雄之接合，而目的是傳遞生殖細胞，完成受精並繁殖後代。所以，性與生殖似乎緊密相連不可分。但從演化生物學的觀點視之，我們仍然不明白生物間為何要接合，並且需減少染色體數目為一半，以等待精卵結合後恢復成兩套。有人說經過減數分裂的染色體聯會和交換，能增進族群中變異的種類，以及應付未來環境的各種災難；但是把適應還不錯的動植物的染色體打破，豈不先已減少了其適應力？例如電影藍波史塔龍如果能自行生殖，豈不能有更多超級壯漢在族群中？另外無性生殖的動植物族群也有極多變異，似已可應付未知變局；而且生物族群怎麼會預知未來如何呢？

       因此從演化學言之，生殖不必有性，更不必有動植物這種太儀式化的性。只要基因有所交換，就是馬古利斯所定義的「細菌的性」，而細菌間交換一片DNA是稀鬆乎常的事。也正是這能力，使整個大地細菌可以交換各自的好本事，可以交談，可以完成全球資訊網路，讓它們對環境影響力升到極大。例如，大氣中的氧就是它們一手創造的。這種性的功用，豈不大矣？

〔八、超級宇宙〕

       或許馬古利斯及薩根兩人最動人的觀點，就是人實在不必自視太高 好像就在神及天使之下，能夠號令萬物，奴役眾生。其實，人也是細菌的大群落，利用它們原有生化能力，一步一步完成生物圈自生及擴張的能力，所以未來的人大可運用機械以延伸生命的生存空間，向外太空去殖民。

       當然，他們高遠的思想並不一定能打動人心。這個時代的人畢竟比較忙著向下看。當環境破壞殆盡後，首先離開地球的當是人類，而絕不會是我們所看不起、熙熙攘攘的微小宇宙主人──微生物囉！

       自然科學不應該對人生抉擇有所影響，但馬古利斯及薩根娓娓道來的「演化之舞」卻又不得不對人有所開示。首先蹦到我腦中的即是「天人合一」、「悲憫萬物」，而親愛的讀者，您呢？