The Chemistry of Evolution

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出版者:Elsevier Science
作者:R.J.P Williams
出品人:
页数:494
译者:
出版时间:2005-12-31
价格:USD 106.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780444521552
丛书系列:
图书标签:
  • Evolution
  • 化学演化
  • 演化化学
  • 分子演化
  • 生命起源
  • 化学
  • 生物化学
  • 系统生物学
  • 演化生物学
  • 生物分子
  • 化学动力学
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Conventionally, evolution has always been described in terms of species. The Chemistry of Evolution takes a novel, not to say revolutionary, approach and examines the evolution of chemicals and the use and degradation of energy, coupled to the environment, as the drive behind it. The authors address the major changes of life from bacteria to man in a systematic and unavoidable sequence, reclassifying organisms as chemotypes. Written by the authors of the bestseller The Biological Chemistry of the Elements - The Inorganic Chemistry of Life, the clarity and precision of The Chemistry of Evolution plainly demonstrate that life is totally interactive with the environment. This exciting theory makes this work an essential addition to the academic and public library.

* Provides a novel analysis of evolution in chemical terms * Stresses Systems Biology * Examines the connection between life and the environment, starting with the 'big bang' theory * Reorientates the chemistry of life by emphasising the need to analyse the functions of 20 chemical elements in all organisms

进化的化学本质:生命的蓝图与物质的变迁 一部跨越生命起源到现代生物多样性的宏伟叙事 图书定位: 本书旨在为对生命科学、化学和演化理论有浓厚兴趣的读者,提供一个深入、细致且充满洞察力的视角,探讨化学过程如何在数十亿年的时间尺度上塑造了地球上的生命。它不是一本教科书式的死板罗列,而是一部将分子机制与宏观生物演化紧密结合的、富有启发性的科学著作。 核心论点与结构: 本书的核心在于揭示“化学是进化的基础和驱动力”。演化并非仅是基因突变和自然选择的抽象过程,它根植于原子、分子、能量转换和反应速率的精确调控之中。全书分为五个主要部分,层层递进地构建起从无机物到复杂生物系统的化学演化图景。 --- 第一部分:生命起源的化学炼金术 (The Primordial Crucible) 本部分聚焦于地球早期环境的化学条件,探讨生命分子是如何在看似不适宜的条件下自发形成的。 1. 地球早期化学环境的重构: 详细分析了冥古宙和太古代大气成分(如甲烷、氨、水蒸气、二氧化碳)的比例及其对有机物合成的影响。探讨了米勒-尤里实验及其后续修正版本,不仅仅关注氨基酸的生成,更深入探讨了核苷酸前体(如氰化氢、甲醛)的形成路径。 2. 单体的聚合与选择: 研究了如何在没有酶催化的条件下,氨基酸、核苷酸和脂质分子实现聚合。重点讨论了矿物表面催化作用——例如粘土、黄铁矿或热液喷口周围硫化物的作用——如何提供模板和能量,促使单体形成多聚体。讨论了“热力学陷阱”和“反应物浓度梯度”在早期聚合中的重要性。 3. “RNA世界”的化学基础: 深入解析了核糖核酸(RNA)作为兼具信息存储和催化功能(核酶)的双重角色的化学合理性。考察了核糖的形成障碍(如磷酸化的难度)以及早期生命如何绕过或简化了这一过程。探讨了配位化学在核酸稳定性中的潜在作用,以及与蛋白质的早期互作。 4. 原始细胞的膜构建与代谢启动: 描述了脂质双分子层如何在水中自发形成,以及这些原始囊泡如何捕获并稳定内部的化学反应。分析了早期代谢循环(如还原性三羧酸循环的简化前体)的化学可行性,强调了能量获取(如化学渗透梯度)的早期形式。 --- 第二部分:遗传物质的化学优化与稳定 (The Molecular Locksmith) 一旦生命分子出现,演化的压力就转向了如何高效、稳定地复制和传递信息。本部分探讨了化学修饰如何驱动了从“RNA世界”向“DNA-蛋白质世界”的过渡。 1. DNA的化学优势分析: 对比了脱氧核糖与核糖在化学稳定性上的差异。着重分析了DNA双螺旋结构中,碱基配对如何通过氢键网络提供了卓越的抗水解和抗突变能力。探讨了胸腺嘧啶(T)取代尿嘧啶(U)的化学意义——甲基化对防止脱氨基错误导致的突变抑制作用。 2. 复制保真度的化学机制: 详细解析了DNA聚合酶的分子机制,特别是其“校对”(proofreading)功能。从化学动力学的角度解释了错误的核苷酸如何因为结合能或空间位阻的原因,被酶活性位点识别并移除。 3. 蛋白质合成的化学效率: 阐释了核糖体的复杂化学工程。重点解析了转肽酶(Peptidyl Transferase)的催化机理,它实际上是一个核酶(RNA催化),如何利用精确的酸碱催化和空间排列,在极高的效率下形成肽键。 4. 基因调控的化学信号网络: 探讨了表观遗传修饰(如DNA甲基化、组蛋白乙酰化)的化学本质,它们如何通过改变染色质的物理化学性质来影响基因表达,即使DNA序列本身没有改变。 --- 第三部分:代谢途径的演化与能源化学 (The Energy Transducer) 生命体的核心在于其对能量的捕获、转化和储存。本部分将代谢途径视为一系列演化适应性的化学反应链。 1. 光合作用的化学革命: 追溯了从早期硫细菌的光合作用到产氧光合作用的化学演变。详细分析了水的光解(Photolysis of Water)所需的精确氧化还原电位,以及叶绿素分子如何演化以捕获特定波长的光子能量。讨论了电子传递链中,从醌类到细胞色素的化学梯度的建立。 2. 呼吸作用的氧化还原精妙: 深入考察了线粒体中电子传递链的化学平衡。分析了不同细胞色素(含有不同金属中心,如铁、铜)的氧化还原电位如何被精确调整,以确保能量在每一步都被“温和地”释放,而不是以热能的形式白白散失。 3. 代谢通路的模块化与趋同演化: 证明了关键代谢中间产物(如丙酮酸、乙酰辅酶A)的化学结构是高度保守的。讨论了不同生物域如何通过酶的修饰和串联,利用这些核心模块构建出不同的能量和物质合成路径,体现了化学“积木”的演化效率。 --- 第四部分:适应性与化学多能性 (Chemistry of Adaptation) 化学环境的变化是驱动物种分化的主要外力。本部分关注生物体如何通过化学机制应对和利用环境压力。 1. 抗生素与耐药性的军备竞赛: 从化学角度剖析了抗生素的作用机制(如靶向细菌细胞壁合成、核酸复制或核糖体功能)。随后,详细分析细菌如何通过酶修饰(如水解酶、修饰酶)、外排泵的化学功能或靶点结构改变来产生化学抵抗力。 2. 次级代谢产物的化学防御与交流: 探讨了植物和微生物如何合成复杂的、非必需的次级代谢产物(如生物碱、萜类化合物)用于防御、吸引传粉者或与其他物种竞争。分析了这些分子结构的多样性及其在生态位分化中的作用。 3. 极端环境下的化学特化: 考察了嗜热菌、嗜盐菌和深海化能自养生物如何通过改变细胞膜脂质的饱和度、蛋白质的电荷分布或使用特殊的稳定剂(如甜菜碱)来维持必需的分子结构和功能,以对抗极端的温度、盐度和压力。 --- 第五部分:宏观演化与化学约束 (The Macro-Chemical Horizon) 最后一部分将视角提升到物种和系统层面,探讨化学限制如何塑造了演化的宏观形态和进程。 1. 同源结构背后的化学同源性: 分析了不同物种中关键结构(如骨骼、酶活性位点)的分子基础。讨论了演化“创新”往往是基于现有化学模块的重新组合和轻微修饰,而非从零开始的创造。 2. 演化瓶颈与化学可及性: 探讨了某些复杂的生物特征(如复杂的感官系统、大规模的器官发育)的出现之所以缓慢,是因为它们依赖于一系列精确的、依赖于特定化学中间产物的连续反应。某些化学路径的缺失可能成为演化上的巨大障碍。 3. 新兴化学:合成生物学与演化的未来: 展望了人类对生命化学的干预。讨论了利用合成生物学工具(如非天然氨基酸的引入、新的遗传密码的构建)如何挑战和拓展我们对“生命化学”的传统定义,以及这如何为未来的演化研究提供新的模型系统。 本书特色: 本书的深度在于其对反应动力学、热力学平衡和分子空间结构的持续关注。它避免了将生命视为“黑箱”,而是将每一次生命活动——从ATP的产生到基因的表达——都还原为可以精确分析的化学事件。读者将获得对“为什么是这个分子而非另一个分子得以存留”的深刻理解。 适合读者: 化学、生物化学、分子生物学、演化生物学的高级本科生、研究生,以及任何渴望从最基础的物质层面理解生命复杂性的科学爱好者。

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当我看到《The Chemistry of Evolution》这个书名时,我的脑海中立即勾勒出一幅宏大的画卷:从最基本的化学元素,到构成生命的复杂分子,再到如今丰富多彩的生物世界,这一切的演变都离不开化学的规律。我期待这本书能够以一种清晰而引人入胜的方式,向我展示生命演化过程中那些至关重要的化学步骤。我特别想知道,在生命起源的早期,地球上的化学环境是如何促成了有机分子的形成?书中是否会详细介绍,氨基酸、核苷酸等生命的“积木”是如何在非生物条件下产生的?我非常希望能够理解,第一个能够进行自我复制的分子是如何出现的?它是否经历了漫长的化学演化过程,才具备了这种关键的能力?此外,我期待书中能够阐释,能量的化学转化在生命演化中扮演的角色。早期生命是如何利用化学能来维持自身的?而随着演化的进行,能量的获取方式又是如何通过化学反应而改变的?这本书,对我来说,是一次深入探索生命“化学密码”的旅程,我渴望通过它,能够更深刻地理解生命是如何从最简单的化学物质中,一步步演化出如今的复杂性和多样性。

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作为一名对生命奥秘充满好奇的读者,《The Chemistry of Evolution》这个书名让我眼前一亮。它预示着一种从化学根源探究生命演化的视角,这正是我一直渴望了解的。我设想这本书会深入剖析,在生命诞生之初,地球环境中的化学反应是如何扮演了“创世者”的角色。我迫切地想知道,那些构成生命的基石,如氨基酸和核苷酸,是如何在非生命的条件下合成的?书中是否会详细介绍,早期化学演化的关键实验和理论,并在此基础上,提出更具洞察力的解释?我特别期待书中能够阐明,第一个能够自我复制的分子是如何诞生的?它是否经历了一个漫长而精巧的化学演化过程,才获得了这种不可或缺的能力?此外,我想了解,能量的化学转化在早期生命演化中起到了怎样的作用?早期生命是如何利用化学能来驱动自身活动的?这本书,在我看来,是一次深入挖掘生命“化学源代码”的旅程,我期待它能为我揭示,生命从无机物走向有机的过程中,所蕴含的深刻的化学逻辑。

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作为一个对生命起源和演化过程充满好奇的读者,我一直以来都在寻找能够深入浅出地解释这些复杂概念的书籍。《The Chemistry of Evolution》这个书名本身就激起了我极大的兴趣。它暗示了一种将化学这一基础科学与生物学中最宏大、最具哲学意义的领域——演化——相结合的视角。我脑海中浮现出的是一个关于分子如何从简单的无机物一步步构建起复杂生命蓝图的恢弘图景。我想象着书中会描绘出怎样的化学反应,如何在古老的地球上,在原始海洋的条件下,催生出第一个自我复制的分子。它是否会深入探讨核酸的起源?DNA和RNA是如何在漫长的地质时期中,通过一系列精妙的化学互作,最终成为生命遗传信息的载体?我特别期待书中能够解释,氨基酸是如何聚合形成蛋白质的?蛋白质的折叠又是如何精确地赋予其功能的?每一个看似微小的化学键断裂与形成,是否都隐藏着生命演进的关键密码?我希望这本书不仅仅是罗列化学方程式和生物学事实,更能通过生动的语言,将那些发生在遥远过去、肉眼无法观测的微观世界里的化学奇迹,活灵活现地展现在我的面前。我期望作者能够用一种引人入胜的方式,带领我穿越时空的洪流,见证生命化学演化的壮丽史诗,去理解我们身体里的每一个细胞,每一个分子,是如何承载着亿万年的演化智慧。这本书,对我而言,不仅仅是一本科学读物,更像是一扇通往生命本源奥秘的窗口,我迫不及待地想透过它,去探索那段充满化学魅力的生命序曲。

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我一直对生物演化的宏大叙事着迷,但有时觉得很多解释都停留在宏观层面,缺乏对驱动这一切的微观机制的深入剖析。《The Chemistry of Evolution》这个书名,立刻点燃了我对这方面知识的渴望。我猜想,这本书定会深入探讨在生命演化初期,那些至关重要的化学反应是如何发生的。想象一下,在那个没有生命存在的原始地球上,是如何通过无机物在特定的物理化学条件下,逐渐演化出构成生命的有机分子?书中是否会详细阐述,第一个自我复制的分子是如何诞生的?是RNA世界理论,还是其他更具前瞻性的猜想?我非常期待书中能够对核酸的起源和功能演化进行深入的探讨,解释DNA和RNA如何在化学结构上保证了遗传信息的稳定传递和变异的可能性。同样,关于蛋白质的形成,氨基酸如何通过肽键连接,形成具有特定三维结构的蛋白质,这其中的化学原理又是怎样的?这些蛋白质又是如何在细胞内分工合作,完成生命活动的?我希望这本书能够提供一些令人耳目一新的视角,解释那些看似偶然的生命事件背后,是否有深刻的化学必然性。或许,书中会通过大量的实例和模拟,展现出生命早期化学演化的不同路径和可能性,让我们理解生命形式的多样性并非凭空而来,而是化学规律的必然结果。这本书,对我来说,是一个关于生命“从无到有”的化学解答,我希望能从中获得更深刻的理解,去感受生命最根本的驱动力。

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我一直认为,理解生命演化,绕不开化学这一基础学科。《The Chemistry of Evolution》这个书名,无疑触及了我对这一领域知识的渴望。我希望这本书能够提供一个全新的视角,让我能够从化学反应的层面,去理解生命的起源和演进。我尤其好奇,在原始地球上,那些构成生命基本单元的分子,比如氨基酸、核苷酸,是如何在没有生物参与的情况下合成的?书中是否会深入探讨,那些经典的化学演化假说,并在此基础上,提出更具说服力的解释?我期待书中能够详细阐述,第一个能够自我复制的分子是如何诞生的?它是如何通过化学结构上的优势,实现了自我复制和变异,从而开启了生命的进程?此外,我希望能了解,在生命演化的早期阶段,能量的获取和利用是如何通过化学反应来驱动的?例如,早期生命是如何利用地热能或者其他化学能来维持生存的?这本书,对我来说,是一次追溯生命“化学根基”的探索,我期待它能为我揭示,生命从无到有,从简单到复杂,背后所蕴含的深刻的化学原理。

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当我看到《The Chemistry of Evolution》这个书名时,我的脑海里立刻勾勒出一幅画面:从最原始的元素,到构成生命的复杂分子,再到如今丰富多彩的生物圈,这其中一定隐藏着一条由化学规律主导的演化路径。我迫切地希望这本书能够填补我在这一领域知识上的空白。我尤其好奇,在生命起源之前,地球的化学环境是怎样的?那些构成生命的基石,比如氨基酸、核苷酸,是如何在非生命条件下合成的?书中是否会详细介绍米勒-尤里实验等关键的早期探索,并在此基础上,进一步阐述更前沿的化学演化假说?我期待书中能够深入探讨,第一个能够自我复制的分子是如何出现的,以及它又是如何通过不断地复制和变异,为生命的演化奠定基础。此外,我想了解,在生命的早期演化阶段,能量的获取和利用是如何与化学过程紧密结合的?光合作用的出现,以及呼吸作用的演化,这些重大的生物学事件,其背后是否有着深刻的化学驱动力?我希望作者能够用清晰的逻辑和生动的比喻,将那些抽象的化学概念和演化过程,转化为易于理解的知识。这本书,在我看来,是一次对生命“化学密码”的破译之旅,我渴望在这本书中找到答案,去理解生命从何而来,以及它是如何通过化学的奇妙力量,一步步走向繁荣。

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我对生命演化过程的细微之处总是充满了好奇,特别是驱动这一切的化学机制。《The Chemistry of Evolution》这个书名,立即吸引了我的注意,它暗示了对生命起源和发展过程中化学作用的深度挖掘。我猜想,这本书会带领我深入了解,在生命诞生之前,地球的化学环境是如何为有机物的形成创造条件的。我特别期待书中能详细介绍,那些构成生命的基础分子,如氨基酸和核苷酸,是如何在非生物化学反应中产生的。书中是否会提供关于米勒实验等关键性探索的深入解读,并在此基础上,进一步阐述关于生命起源的最新化学理论?我非常希望了解,第一个能够自我复制的分子是如何出现的。是RNA,还是其他更简单的有机化合物?这种自我复制能力,在化学结构上又是如何实现的?此外,我希望书中能够阐述,随着生命的演化,能量的获取和利用方式是如何通过化学过程来改变的。例如,早期生命是如何利用化学能,后来又是如何逐步演化出对光能的利用?这本书,对我而言,是一次探寻生命“化学编码”的旅程,我期待它能为我揭示,生命如何从最基本的化学反应中,一步步演化出如今的多样性和复杂性。

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作为一名对生命科学充满热情的读者,我一直在寻找能够深入阐释生命演化底层逻辑的书籍。《The Chemistry of Evolution》这个书名,精准地击中了我的兴趣点,它预示着一场从分子层面解读生命史诗的旅程。我脑海中浮现的,是在那个混沌初开的时代,化学反应如何扮演了生命诞生的“导演”。书中是否会详细描绘,从简单的无机物到复杂有机大分子的形成过程?例如,碳、氢、氧、氮等元素是如何通过一系列精妙的化学转化,构建起氨基酸、核苷酸等生命的基本积木?我特别希望能够了解,在早期地球的特定环境中,是否存在一些“化学热点”,催生了这些重要分子的批量合成。而更令人兴奋的是,书中对第一个自我复制分子的起源的解释。它是否会详细阐述RNA世界假说,或者其他关于遗传物质起源的理论?这些分子是如何在化学上具备了复制和变异的能力,从而开启了生命的演化之路?我想象着书中会展示出,那些看似微不足道的化学键的断裂与形成,如何汇聚成推动生命演进的巨大力量。这本书,对我而言,是一次追溯生命“化学基因”的探索,我期待它能为我揭示,生命那最初的、最纯粹的化学起源。

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我对生命演化的过程总是怀有深深的敬意,但常常感觉在宏观的描述之下,缺乏对驱动这一切的微观机制的深入理解。《The Chemistry of Evolution》这个书名,瞬间就抓住了我的注意力,它承诺了一种从化学层面揭示生命演化奥秘的视角。我非常期待书中能够详细介绍,在生命起源之前的地球,是如何通过一系列化学反应,从无机物转化为构成生命的有机分子。我特别想知道,书中是如何解释第一个能够自我复制的分子是如何诞生的?是RNA,还是其他更具前瞻性的猜想?这种复制和变异的能力,在化学结构上又意味着什么?此外,我希望这本书能够阐述,能量的获取和转化在早期生命演化中的关键作用。早期生命是如何利用化学能来维持自身存在的?随着演化的推进,能量利用的化学机制又发生了怎样的变化?这本书,对我而言,是一次解密生命“化学密码”的探索,我期待它能为我展示,生命如何在化学的规则下,从简单走向复杂,从无到有,最终繁衍至今。

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我对生命演化背后的微观机制总是充满了好奇,而《The Chemistry of Evolution》这个书名无疑触动了我内心深处对这个问题的探索欲。我设想这本书会从化学的视角,描绘出生命演化最初的图景。我迫不及待地想知道,在那个遥远的年代,原始地球的化学组成是怎样的?又是哪些具体的化学反应,在没有生物催化剂的条件下,催生出了构成生命的基础分子,例如氨基酸和核苷酸?书中是否会深入探讨,第一个能够进行自我复制的分子是如何产生的?它可能是一种RNA分子,或者是更简单的有机聚合物?我非常期待书中能够详细解释,这些早期分子是如何通过随机的化学组合,逐渐变得越来越复杂,并最终发展出更高级的生命结构。此外,我希望这本书能阐明,能量的获取和转化在早期生命演化中所扮演的角色。例如,早期生命是如何利用地球上丰富的化学能,或者初生的太阳能,来驱动复杂的化学反应,并维持自身的生存和繁衍?这本书,对我来说,是一次深入探索生命“化学根源”的旅程,我希望通过它,能够更深刻地理解生命是如何从无生命的物质中,通过一套精妙的化学逻辑,最终演化出来的。

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