從小分子到生態系，
　　在大自然中，所有事物都受到調節。
　　賽倫蓋蒂法則，帶出生物學家尋找人體&大自然如何運作的故事
　　
　　當代頂尖說書人、一流生物學家
　　卡羅爾最好讀的科普著作
　　
　　生命是如何運作的？不同尺度的生命是否背後有同樣的法則在運作？在非洲莽原上，獅子和斑馬要如何維持適當的數量？我們的身體如何在器官和血液中製造出適當數量的細胞？地球為什麼是綠色的？動物為什麼不是什麼都吃？獲獎無數的生物學家兼科普作家卡羅爾（SeanCarroll）在《生命的法則》一書中，告訴我們頂尖科學家尋找這些簡單又重要問題的答案之故事，還有這些答案對於人類健康的重要性、對於地球健康的重要性。
　　
　　書中揭露了一項重要的觀念：在大自然中，所有的事物都受到調控。不論是我們身體內各種分子的數量，到野生動物與植物的數量，都受到一些規則的調控。並且讓人驚奇的是，雖然受到調控的事物尺度天差地遠，但是這些規則卻極為相似。換句話說，生命是依照一套共通的邏輯在運行的，這套規則被作者稱為「賽倫蓋蒂法則」。
　　
　　卡羅爾仔細說明這些深奧的知識是如何推動醫學革命，包括治療糖尿病與癌症；同時強力說服讀者，現在我們該運用這套「賽倫蓋蒂法則」，拯救危機重重的地球。
　　
　　卡羅爾是當代最傑出的生物學家和具有天分的說書人，這本《生命的法則》既大膽又富啟發，堪稱第一本從最簡單的構造──細胞，談到生態系運作法則的書。藉由許多生物學家的故事，讓人看到他們如何尋找這些規則的歷程，包括坎農、埃爾頓、莫納德、基斯、蘿莉，及作者本人……。是首度能夠說明生命在各個不同尺度中運作方式的書。讀了之後，會讓你以新的眼光看待這個世界。
　　
名人推薦

　　黃貞祥／國立清華大學生命科學系助理教授／泛科學專欄作者
　　王弘毅／臺灣大學臨床醫學研究所教授
　　李家維／《科學人》雜誌總編輯、清華大學生命科學特聘教授
　　高文媛／國立台灣大學生態學與演化生物學研究所教授兼所長
　　程一駿／台灣海洋大學海洋生物研究所教授

推薦紀錄

　　《生命的法則》是由第一流科學家所撰寫的傑作，流暢的從分子講到生態系，充滿優雅與自信，娓娓說明為何現代生物學對於人類和這個星球都至關緊要。──威爾森（Edward O. Wilson），哈佛大學。

　　卡羅爾是頂尖的生物學家與科普作家，同時具備了研究科學與訴說偉大的探險故事的熱情。在《生命的法則》中，他巧妙地帶領讀者進入一場全球之旅，為的是找尋調控所有生命的邏輯，這個邏輯應用的範圍小到分子、大至生態系。《生命的法則》的內容有趣又富有教育意義，我在讀的時候，不禁深深讚歎人類的科學成就，以及生命世界的運作之美。──蘇賓（Neil Shubin），著有《我們的身體裡有一條魚》（Your Inner Fish-A Journey into the 3.5-Billion-Year History of the Human Body）。

　　原創、刺激又精緻，卡羅爾的這本書讓我們深入了解掌控地球的生物學法則。他以獨一無二的敘事方式解說深邃的生物學。這是一本令人雀躍的書，讓我們知道生態系運作的法則也能夠應用於人類身體中。關心地球未來的人一定要讀這本書。──穆克吉（Siddhartha Mukherjee），著有《萬病之王》（The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer）

　　卡羅爾是頂尖的說書人，他描述了生物學在分子階層和生態系階層上的一致性、調節生命的規則，還有調節遭受破壞的結果。本書內容精彩，讓所有人都能輕鬆閱讀並且獲益良多，深入了解生態系運作的方式。──雷文（Simon Levin），普林斯頓大學，著有《脆弱的領地》（Fragile Dominion）。

　　這是當代頂尖科學家的傑出著作。《生命的法則》讓我從不同的角度思索我身為生物學家所進行的研究。每個人都該讀這本書。──李德（Andrew F. Read），賓州大學。
 

作者簡介    

西恩‧卡羅爾（Sean Carroll）

　　得獎的生物學家、作家、教育家與製作人。他是霍華休斯醫學研究院的副主任，專門負責科學教育。他也是威斯康辛大學麥迪遜分校分子生物學威爾森講座教授（Allan Wilson Professor）。他的著作包括《蝴蝶、斑馬與胚胎：探索演化發生學之美》（Endless Forms Most Beautiful）、《勇敢的天才》（Brave Genius）與《非凡的生物》（Remarkable Creatures），其中《非凡的生物》曾進入國家圖書獎決選。他目前居住在馬里蘭州。
 

目錄
前言：非凡與奇蹟
 
第一部：所有東西都受到調節
第一章  身體運作的智慧
第二章  大自然的經濟學
 
第二部：生命的邏輯
第三章  普遍的調節規則
第四章  脂肪、回饋作用，以及神奇菌類
第五章  鎖死的油門和故障的煞車
 
第三部：塞倫蓋第法則
第六章  有些動物更平等
第七章  賽倫蓋蒂邏輯
第八章  另一種癌症
第九章  拿走六千萬條玻璃梭鱸，在十年後叫我
第十章  復活
 
結語：生存規則
致謝
注釋
參考書目

前言
 
非凡與奇蹟
 
　　這條彎曲的碎石路正式的名稱是「坦尚尼亞B144號道路」，它顛簸到能夠震碎骨頭、敲響牙齒，綿長到考驗你的膀胱容量。它連接著非洲兩個非凡的奇蹟之地。
 
　　這條道路的東端是恩戈羅戈羅火山（Ngorogoro Crater）外廣大的綠色山坡。恩戈羅戈羅火山是東非大裂谷（Great Rift Valley）中眾多火山中某一座崩落之後形成的，火山口寬達十多公里，山坡裡有二萬五千多隻大型哺乳動物居住著。路的西端是巨大的塞倫蓋蒂平原，也是我們的目的地。今天天空萬里無雲，晴朗到足以拍下來製作成明信片。
 
　　在這兩者中間、道路經過的地區，則和翠綠的恩戈羅戈羅高地形成尖銳的對比，一路上都沒有見到水源，只看到馬賽族（Maasai）的牧人和兒童披著紅色格子布，看視著牲畜：牠們到處找尋枯黃的植物殘株來吃。但是當我們一路顛簸，抵達塞倫蓋蒂國家公園標示簡單的入口時，景觀整個就變了。
 
　　馬賽族人消失了，麥色的草原取代了寸草不生的土地。草地上沒有牛羊，毛色光亮、身側有黑色條紋的湯氏蹬羚（Thomson gazelle）抬起頭來，看到底是何方神聖把塵土揚起到牠們的早餐上。
 
　　越野休旅車中的期待之情高漲，有羚羊的地方，就表示在長草中可能有其他的動物潛伏著。我們打開車頂的天窗，站起身來探出頭。我的腦中響起保羅賽門（Graceland）名曲〈仙境〉（Graceland）的非洲鼓節奏，並且來來回回的尋找。這是我頭一次來到馬賽族語意為「無盡平原」的塞倫蓋蒂，我的家人也和我一起，加入前往這個傳奇野生生物聖殿的朝聖之旅。
 
　　「朝聖者與家人出發，前往仙境。」
 
　　一開始我有點不安，那些野生動物在那兒？現在是旱季，但是真的非常乾燥，這個地方真的沒有名不符實嗎？
 
　　綿延不絕的草地上，零星分布著小石丘。動物（或是觀光客）站在這些光滑的花崗岩小丘上，能夠眺望到數公里外。草地上還有些一兩公尺高的灰色或紅色白蟻丘，我們的眼光很自然就受到這些景物的吸引。
 
　　車子裡有人問：「有看到什麼嗎？」
 
　　我們拿起雙筒望遠鏡，瞄準幾百公尺外的小丘。
 
　　「獅子！」
 
　　一頭金黃色的母獅站在石丘頂端，看著周圍的草地。
 
　　我喃喃自語道，好，這裡有獅子。但這就是那有名的賽倫蓋蒂嗎？
 
　　很難從那些長得老高的草中看到什麼東西，我們這一批人中，只有我是生物學家，我不期待其他人希望接幾天下來只能看到這些而已。
 
　　當我們繼續開下去，有些綠色的帶狀草地出現在眼前，上面零星長著一些典型的平頂刺槐樹，一道蜿蜒的河床穿過這些綠地，河中真的有許多水。我們爬上一個小高地，轉個彎便猛然煞住車：眼前全部都是斑馬和牛羚，牠們當然佔據了道路。
 
　　許多動物排列成群，大約有兩千多頭動物聚集在一個大水坑周圍，騷動鳴叫不已。斑馬的叫聲介於高叫與笑聲之間：呱－哈、呱－哈，而牛羚則像是在低聲咕噥：蛤？這群漫遊的動物隸屬於地球上最大的遷徙動物群：總共有一百萬隻牛羚、二十萬頭斑馬，還有幾萬頭其他動物，都會隨著降雨，往北遷徙到有更多青草可供嚼食的綠地。
 
　　翻過小高地、經過水坑之後，我們左邊有大象帶著小象分成數群奔跑，宛若黎明要起飛巡邏的飛機。
 
　　從這裡開始，賽倫蓋蒂就像是個延展不絕的卷軸畫布，上面有著各種大小、形狀和顏色的動物：灰色的疣豬豎著有如收音機天線的尾巴。羚羊不是只有兩三種，而是有九種，包括了體型嬌小的犬羚（dik-dik）、高大的伊蘭羊羚（eland）、高角羚（impala）、轉角牛羚（topi）、水羚（waterbuck）、狷羚（hartebeest）、湯氏瞪羚、體型更大的葛氏瞪羚（Grant’s gazelles），還有無所不在的牛羚。其他的動物還有黑背胡狼（black-backed jackal），高大的馬賽長頸鹿，當然還有我們頭一天看到的三隻大型貓科動物，以更多頭獅子，一頭在樹上打盹的豹，以及一頭在路邊擺姿勢的獵豹。
 
　　雖然我已經看過很多照片和影片了，但是當我第一次親眼目睹這些驚人的景象時，依然深受震撼，戰慄之情絲毫未減。
 
　　當我眺望一片廣大的綠色的谷地，極目所及都是各種動物和刺槐樹，太陽緩緩沒入小山脈的黑色輪廓之後，這時有一種陌生但是安適的感覺在心中悠然浮現。這是我首次來到坦尚尼亞，但是卻有一種回到家的感覺。
 
　　事實上這的確是家。在整的東非大裂谷的土地下，埋著你我祖先以及遠祖的骨頭。奧都維峽谷（Olduvai Gorge）位於恩戈羅戈羅火山口和賽倫蓋蒂之間，是一條將近五十公里長的崎嶇不毛之地。就在離B144號道路五公里外、受到嚴中侵蝕的山腰上，瑪莉與路易‧斯李基夫婦（Mary and Louis Leakey），還有他們的兒子，在數十年的發掘工作中，找到在一百五十萬年到一百八十萬年前居住在東非的類人動物，而且找到的不只一種、不是兩種，而是三種。瑪莉和她的團隊後來在雷托里（Laetoli）南方約五十公里的地方，找到三百六十萬年前留下來的足跡，那是阿法南猿（Australopithecus afarensis）的。牠是人類的祖先，雖然腦子比較小，但是以雙足步行。
 
　　這些珍貴的類人類骨頭混在其他動物化石中，得費大海撈針般的辛苦才得到它們。這些骨頭告訴我們，雖然一些特別的演員已經下場了，但是戲還沒有落幕：從數百萬年前開始，那些草食動物便一直想要遠離那些靈巧狡猾的掠食者。在奧都維峽谷周圍找到的許多古代石器，以及那些遺留在骨頭上的砍鑿痕跡，也告訴我們人類的祖先並非舞台下的觀眾，而是台上的一員。
 
　　***

　　在數千年來，人類的生活發生了重大的變化，但是變化速度之快，完全比不上最近百年。智人（Homo sapiens）這個物種存在了大約二十萬年，其中絕大部分的時候，我們都受到生物本能的控制。我們採集果實、種子和植物，環境許可時獵捕魚類和動物。當資源不足時，就如同牛羚或是斑馬那樣遷徙。即使有了農業、發展文明、建立城市之後，依然不能免於寒暑旱潦、饑荒和流行病的侵害。

　　但是在過去百年來，人類開始扭轉情勢、掌控生物學。在20世紀上半葉，小小的天花病毒就造成了三千萬人死亡，比在那段時間中死於戰爭的人還要多，而現在我們不僅馴服了天花，還將之滅絕。在19世紀，城市地區的居民有七到九成曾患有結核病，美國七人中有一人因此喪生，現在已開發國家中，結核病將近絕跡。現在有二十多種疫苗能夠預防那些曾經讓數百萬人傷殘死亡的疾病，包括小兒麻痺症、麻疹和百日咳。愛滋病這種在十九世紀還不存在的致死疾病，也因為「調配藥物」（designer drugs）的出現而止步。
 
　　食品製造也如同醫學那樣，從根本發生了改變。一個羅馬時代的農民可以認得出一九零零年美國農場上的農具，那些犁耙鋤頭之類的，但是無法想像接下來發生的變化。就在那一百年中，每英畝農地產出的玉米量從三十二桶提升到一百四十五桶，增加了四倍有餘。小麥、稻米、花生、馬鈴薯和其他穀物也差不多。藉由生物學之助，在加上各種新的作物品種，以及新的牲畜品種、農藥、抗生素、激素、肥料和機械等，相同面積的農地現在能夠餵養四倍多的人口，務農的人只占全部人口的2%，在百年前是40%。
 
　　過去一個世紀中，醫學和農業的進展加在一起，對人類造成了巨大的影響：人口從不到二十憶人增加到超過七十億人。人類花了二十萬年，才在1840年成長到十億人，現在每十二到十四年，就會多出十億人。在1900年，美國男性與女性的預期壽命分別約為四十六歲和四十八歲。現在於公元2000年出生的男性與女性，預期壽命分別為七十四歲和八十歲。與自然的變化相較，這種壽命在短時間中增加超過五成的現象，讓人目瞪口呆。
 
　　所以保羅賽門說得好：「這些日子充滿奇蹟。」
 
　　規則與調節
 
　　人類的優勢，以及人類對於植物、動物以及自己身體的控制權，來自於我們對於生命活動在分子階層的了解，這方面的知識正如爆炸般的增加。我們研究人類生命在分子階層的活動所了解到最重要的一件事，就是所有的事情都受到調控，而且是全面的調控。
 
　　‧身體中所有種類的分子，從酵素、激素、脂肪、鹽類到其他化合物，都維持在特定的濃度範圍之內。例如在血液中，有些成分的濃度是其他成分的百億倍。
 
　　‧身體中的每種細胞，不論是紅血球、白血球、皮膚細胞、消化道細胞等，共有兩百多種，全都能維持固定著的數量。還有：
 
　　‧身體中進行的所有程序，從細胞分裂、醣類代謝、排卵到睡眠，都是由一種或是一組化合物所管理控制的。
 
　　疾病出現，絕大部分是因為調節失常了，像是某些東西製造得太多或是不足。例如當胰臟製造的胰島素不足時，結果便是糖尿病；還有如果血液中「壞」膽固醇太多，就會引發動脈硬化和突發性心臟病；當細胞不受控制，分裂的數量超過正常限制時，就可能變成癌症。
 
　　為了要對抗疾病，我們必須知道這些調控的「規則」。分子生物學家（我用這個詞來泛稱研究生命中分子階層活動的人）的工作就是要找出這些規則。借用運動來說明：運動競賽的過程中，運動員（分子）要依照規則來進行比賽。過去五十多年來，我們已經知道調控身體中各種激素、血糖、膽固醇、神經化合物、胃酸、組織胺、血壓、對病原體的免疫作用，以及多種細胞的複製相關規則，諾貝爾生醫獎得主大部分是因為找出了這些分子與調節規則而獲獎。
 
　　這方面研究的實際成果，就排放在藥架上面。科學家藉由對於瞭解分子層級的調節作用，發展出許多藥物，其目的就是要讓某些重要的分子或是某些細胞數量恢復到正常健康的範圍。事實上，全世界前五十大醫藥產品（在2013年的產值為1,870億美元），大多直接受益於分子生物學革命的成果。
 
　　我們這群分子生物學家，對於我們的集體貢獻讓人類的生活在質與量都有所提升，理當感到驕傲。解開了人類基因組密碼是一項偉大的成就，這項成就使得醫學大有突破，能夠設計出更專一且潛力無窮的藥物。這場瞭解人體生物學調解規則的革命還在持續進行。這本書的目的，便是要回顧這場革命是如何展開的，以及目前我們所面對的問題。
 
　　但在生命世界中，分子階層不是唯一有規則的領域，也不是過去半世紀以來唯一發生轉變的生物學分支。生物學所追尋的，是在各個尺度下調控生命的規則。有一場同時也在發生的生物學革命，比較沒有那麼受到矚目，那是由另一群生物學家所推動的，他們發現了控制自然中尺度較大事件的規則。比起我們之前發現的分子尺度規則，這些規則對於人類未來的福祉可能更重要。
 
　　賽倫蓋蒂法則
 
　　這第二場革命發端於某些科學家研究一些簡單到有些幼稚的問題：為什麼地球是綠色的？為什麼動物不是什麼食物都吃？某些動物遷徙時發生了什麼事？就像是分子規則調控了身體中許多不同的分子與細胞數量，那些生態規則也調控了一個地區中動物和植物的數量和種類。
 
　　我把這些規則稱為「賽倫蓋蒂規則」，因為科學家在這個地方奮力進行了長期研究與紀錄，找出了這些規則。這些規則能夠決定許多事情，例如在一片非洲莽原上能有多少獅子或大象居住其中。這些規則也幫助我們瞭解，如果在獅子牠們的領域中消失了，會發生哪些事情。
 
　　這些規則應用的範圍比賽倫蓋蒂更廣，我們已經在世界各地都觀察到這樣的規則。這些規則不但在陸地上適用，在海洋和湖泊中也適用。我當然可以稱之為「伊利湖規則」（Lake Erie Rules），但是這聽起來沒那麼響亮。這些規則非但讓人驚奇，而且影響深遠。驚奇之處在於這些規則說明了生物之間隱晦的關連，深遠之處則在於這些規則決定了大自然讓動物、植物、樹木生長的能力，以及人類所需乾淨空氣與清水的能力。

第六章  有些動物更平等 當生態系拉得很大，所有規則就會突然變化。──潘恩（ROBERT PAINE） 就算是在1963年，要在美國找到一塊沒受到人類干擾的地方，也得長途跋涉到偏遠地區。西雅圖華盛頓大學的新進助理教授潘恩（Robert Paine）花了不少力氣尋找，才在美國本土西北方找到一片這樣的地方。他有一次和學生前往太平洋沿岸進行野外調查時，意外去到了位於奧林匹克半島末端的馬考灣（Mukkaw Bay）。那裡彎曲的海灘上有著沙子和碎石，以及零星分布的岩塊，朝西面向海洋。在這些岩石之間，他發現了一個生機盎然的群聚：潮間池充滿著各種顏色的生物，有綠色的海葵、紫色的海膽、粉紅色的海藻、亮紅色的海星，以及海綿、帽貝和石鱉。退潮時，露出的岩石表面上有小型的藤壺和大型的有柄目藤壺，並且蓋滿了加州殼菜蛤（California mussel），此外還有非常大、紫橙相間的赭色海星（Pisaster ochraceus）。 他想：「喔！我就是在找這種地方。」 1963年6月，也就是相隔一個月後，他花了四小時從西雅圖抵達馬考灣。先是搭渡輪通過普吉特海灣（Puget Sound），再開車沿著胡安．德．富卡海峽（Strait of Juan de Fuca）岸邊往前，然後進入馬考灣。退潮時，他拿著一隻鐵撬，在露出的岩石上奔跳，選定一個兩公尺平方的範圍，把這範圍裡的每隻赭色海星都挖起來，然後盡全力朝向海洋方向丟得遠遠的。生態學史上最重要的實驗之一就這樣展開了。 世界為何是綠色的？ 潘恩抵達馬考灣丟海星的旅程，曲折離奇。他在麻州劍橋出生與長大，以他的遠祖羅伯．潘恩的名字為名，這位遠祖是《獨立宣言》（Declaration of Independence）的簽署者之一。他在新英格蘭地區的森林中探險時，引發了對自然的興趣。他最愛的是賞鳥，緊接在後是觀察蝴蝶與蜥蜴。 潘恩經常和一位鄰居去賞鳥，這位鄰居堅持每次賞鳥都要留下觀察紀錄。這是個好習慣，潘恩因此成為一位犀利的賞鳥者，也成為納托爾賞鳥協會（Nuttall Ornithological Club）最年輕的會員。這個協會由頂尖的賞鳥者所組成。 他也受到頂尖博物學文章的影響，這些文章讓他對自然生物的生動變化大開眼界。佛布希（Edward Forbush）所著的《麻州鳥類》（Birds of Massachusetts）一書中的句子，激發他年輕的想像力：