元素周期表中的那些方格包含了不少驚人的事實。這些元素講述的故事,給化學、地質(zhì)學、生物學甚至歷史賦予了隱藏的秩序。
本·麥克法蘭在《源自塵埃的世界》中追溯了數(shù)十億年的進化史,以元素的數(shù)學作為開頭,以人類的發(fā)展作為結(jié)尾。在這個故事中,元素周期表可以幫助我們看到新事物。世界就像是建立在地質(zhì)學基礎上的舞臺。流水不斷浸蝕山脈中的巖石,將礦物質(zhì)轉(zhuǎn)移進化學,并為遠古生命提供化學護盾。在這種環(huán)境下,一系列化學規(guī)則不斷提升生物的復雜性。隨著細胞構(gòu)成生物和生態(tài)系統(tǒng),五顏六色的分子捕獲了太陽的能量,并釋放氧氣。氧氣是一個關鍵因素,它改變了世界,并使元素周期表中的一些元素按照可預測的順序不斷被生命利用。這些事件在版畫家加拉?本特和醫(yī)學插畫家瑪麗?安德森創(chuàng)作的40幅原創(chuàng)插圖中得以生動體現(xiàn)。
本書適合那些對科學故事感興趣的讀者。巖石、元素和生命是這個故事的主角,將地質(zhì)變遷、化學變化和生物演化交織在一起。麥克法蘭將科學和藝術有機地結(jié)合起來,展示了歷史、繪畫、音樂、文學和化學的靈感共性。無論您的科學背景是什么,您都能在本書中找到一個新的視角,以此來思考這個古老的世界是如何形成的。
作者的話
這是一本有關歷史的本質(zhì)和自然的歷史的書。因為我根據(jù)化學來理解這個世界,所以這本書講述了元素、分子以及它們所構(gòu)成的動物、植物和礦物。這是化學家講述的自然史。
前三章介紹了幾個化學概念,你讀完之后或多或少會更熟悉些,這取決于你自己的化學基礎。如果你需要加深對這些概念或詞匯的理解,可以嘗試在互聯(lián)網(wǎng)快速搜索。我會不時地給出一些幫助搜索的信息。同時,元素周期表(表0.1)是幫助你閱讀此書的指南。在這張表中,性質(zhì)類似的元素在同一列中,從上往下看,原子量越來越大,就好像是重力把質(zhì)量大的原子往下拉一樣。
因為歷史的本質(zhì)是一個哲學話題,你如何看待它取決于你的經(jīng)驗。古爾德(Stephen Jay Gould)所著的《奇妙的生命》(Wonderful Life),也是一本關于歷史的本質(zhì)的書。在我的書中的第一章和最后一章,我會討論古爾德的結(jié)論如何受到自身經(jīng)驗的影響。然而,我不打算攻擊他,因為本書也毫無疑問源于我的經(jīng)驗。
我的經(jīng)驗有5個來源:我在研究生期間花了5年時間學習蛋白質(zhì)化學;我最喜歡的顏色是綠色;我給文學藝術學院的本科生授課,這對我連接科學和藝術至關重要(至少我交到了其他系的朋友);我每年都出席7—12年級科技展覽會的科學項目評比;我和我的家人參與了西雅圖貝薩尼聯(lián)合教會,在那里我給形形色色的沒有上過大學的人講課,他們可以隨時離開——有時的確如此。
在上述幾類經(jīng)驗中,最后一類是具有神學性質(zhì)的,這在科普書的開頭中是不常見的一類。我樂于在科學和信仰的鴻溝之間架起一座橋梁,或者在更多沒有傾向性的領域中,嘗試對命運和自由意志、無序和有序進行溝通。或許,一些讀者會把我對歷史本質(zhì)的結(jié)論歸因于我個人經(jīng)歷的最后一部分。事實上,我的信仰在歷史本質(zhì)方面也是不明確的。在本書中,我強調(diào),造成變異和流動混亂的化學秩序為歷史的發(fā)展確定了方向。但是,其他和我有相同信仰的人強調(diào)了創(chuàng)造的偶然性和隨意性,強調(diào)了歷史的路徑可能有很多,也強調(diào)了人們每天都會面臨數(shù)不清的選擇。信仰不會決定我對歷史本質(zhì)的結(jié)論,但是,它支持我在不同的觀點中尋找一種平衡,最終得到一個合理的結(jié)論。更多的相關討論請閱讀第十二章。
對于本書的主要部分,任何人都可以很方便地進行閱讀,你可以在表象之下發(fā)現(xiàn)許多細節(jié)和討論。因為這本書是為非科學界人士撰寫的,我向讀者保留了基于個人興趣和經(jīng)驗去探索個人研究的方法和局限性的機會。本書對于那些學習普通化學、生物化學或物理化學課程的學生來說,也有很好的參考價值。正如達爾文(Charles Darwin)談到自然選擇時所說:“我相信這個理論的真實性,因為它是從一個角度收集了許多表面上獨立的事實,并對其做出了合理的解釋。”自然選擇對于達爾文的意義,就如同化學對于我的意義。在我看來,化學序列和化學順序以一種令人驚訝而理性的方式塑造了生物學和歷史的混沌,并解釋了許多事實發(fā)生的原因。這是一段很長的故事,但是十分契合化學邏輯,它顯示了歷史的本質(zhì)是由化學決定的。這重塑了我觀察事物的方式,比如如何觀察草地上的每一片葉子和海灘上的每一塊巖石。我也希望你樂于用這種新的方式來思考那些古老的話題。
本·麥克法蘭(Ben McFarland),在位于美國華盛頓州的西雅圖太平洋大學教授化學和生物化學,已獲佛羅里達大學化學專業(yè)和科技寫作專業(yè)雙學士學位、華盛頓大學生物分子結(jié)構(gòu)與設計專業(yè)博士學位,研究方向為利用化學規(guī)則重新設計免疫系統(tǒng)蛋白質(zhì)。
001 — 第一章 砷基生命
028 — 第二章 預測細胞內(nèi)的化學機制
062 — 第三章 展開的元素周期表
091 — 第四章 三相點上的行星
129 — 第五章 生命起源的7條化學線索
165 — 第六章 錯綜復雜的反應輪
201 — 第七章 陽光的風險與回報
240 — 第八章 后退一步,前進兩步
277 — 第九章 氧導致的分解與結(jié)合
314 — 第十章 放逐元素的回歸
358 — 第十一章 化學如何形成歷史
384 — 第十二章 熟悉的副歌
406 — 詞匯表