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生物科學 生物 普通生物學
 
 
 
 
生命之數:用數學解釋生命的存在
 叢書名稱: 新科學人文庫
 作  者: (英)伊恩•斯圖爾特
 出版單位: 商務印書館
 出版日期: 2020.01
 進貨日期: 2020/6/3
 ISBN: 9787100176590
 開  本: 32 開    
 定  價: 435
 售  價: 232
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編輯推薦:

為什麼令人深惡痛絕的病毒擁有完美的對稱結構?

為什麼黏菌能夠設計出*的鐵路系統?

為什麼斑馬不可能長出有斑點的尾巴?

為什麼斐波那契數列在自然界中如此頻繁地出現?

生命的奧秘總是令人著迷。生物學研究似乎從不把數學作為重要角色,然而正是數學思想的加入,讓上述令人百思不得其解的難題迎刃而解。更加奇妙的是,生命科學發展中的每一次重大變革,竟然都與數學密切相關。


內容簡介:

長期以來,生物學家一直認為數學在他們研究中的作用微不足道。然而在過去的幾十年間,科學家們已經證明,數學才是解密我們所在的世界和紛繁生命的鑰匙。從人類基因組計劃,到病毒的結構和細胞的構造,再到生命個體的形式和行為,以及它們在整個生態系統中的關聯,數學和生物學之間其實早已存在豐富多彩的聯繫。這種聯繫讓科學家擊破了困擾人類多年的科學難題,包括生命的本質和起源,也為複雜的生物演化問題提供了新的線索,未來還很有可能在探尋外星生命的道路上助人類一臂之力。

在這本書中,伊恩•斯圖爾特教授以其獨特的視角回顧了生物學的發展歷程,揭示了每一次生物學變革中數學所扮演的角色,深入淺出地闡釋了數學在人類探索自然界奧妙的旅程中所發揮的至關重要卻鮮為人知的作用。


作者簡介:

伊恩•斯圖爾特,英國沃裡克大學數學教授,英國皇家學會院士,國際知名數學科普作家。1995年斯圖爾特教授榮獲法拉第獎章,2002年獲得美國科學促進會公眾理解科學技術獎,2008年因其向公眾推廣數學知識的傑出貢獻而成為塞曼獎章的首位獲得者。他的著作超過80種,包括《自然之數》《給年青數學人的信》和翻譯成13種語言的《上帝擲骰子嗎?》。他是《新科學家》雜誌的數學顧問、《不列顛百科全書》的顧問,曾擔任《科學美國人》雜誌的“數學遊戲”專欄撰稿人。


圖書目錄:

前言 i

1 數學和生物學 001

2 小得不能再小的生物 017

3 長長的生物列表 039

4 在花兒中尋找斐波那契數 051

5 物種起源 075

6 修道院的花園 105

7 生命的分子 125

8 生命之書 153

9 分類學家,請饒了那棵樹吧 171

10 來自四維空間的病毒 191

11 隱藏的線網 219

12 紐結與摺疊 251

13 斑點與條紋 273

14 蜥蜴的遊戲 293

15 網絡機遇 339

16 浮游生物悖論 355

17 什麼是生命? 377

18 地球之外是否還有生命? 399

19 第六次革命 439

附注 445

譯名對照表 459

圖片來源說明 470


章節試讀:

14 蜥蜴的遊戲

經過苦苦的追求,一隻雄蜥蜴終於讓一隻雌蜥蜴接納了“他”,不久之後它們將要交配。“她”喜歡“他”的天藍色喉嚨,喜歡“他”經常陪“她”外出散步。但是,突然有一天,一隻橙喉蜥蜴闖入了它們幸福的婚姻。橙喉蜥蜴的體型更大,也更加強壯,它恐嚇這隻雄性藍喉蜥蜴,希望能將其趕走,並且奪走其伴侶。但藍喉蜥蜴似乎不肯就範,一場爭鬥在所難免。

然而在戰術上,兩隻蜥蜴都犯了錯誤,因為當它們打得你死我活的時候,一隻小小的黃喉蜥蜴偷偷與它們的爭奪對象進行了交配。

在北美西海岸的一些島嶼,蜥蜴們不斷上演著這樣的肥皂劇。因為這三隻雄性蜥蜴爭奪同一隻雌性蜥蜴,並且都可以與之交配,所以它們被認為屬於同一個物種,儘管它們的喉部顏色不同。事實也的確如此。這三隻蜥蜴是不同形態的普通側邊斑點蜥蜴,學名為美洲側斑鬣蜥(Uta stansburiana)。

這類足以登上娛樂雜誌的交配方式,為我們研究生物的生存策略提供了非常重要的啟發。

巴裡·斯內沃(Barry Sinervo)是加州大學聖克魯茲分校的生態學和進化生物學實驗室的一名科學家,自1989年以來,他一直在研究側斑美洲鬣蜥的遺傳規律。這些蜥蜴生活在同一個島嶼,並且可以相互交配,所以多數生物學家認為它們屬於同一物種。正如我們剛剛所說,這些蜥蜴有三種形態,區別它們的主要標誌是喉部的顏色:橙色、藍色或黃色。這三種形態的蜥蜴在體型上也有差異,橙喉蜥蜴最大,黃喉蜥蜴最小。

喉部的顏色並不會給蜥蜴帶來生存上的好處,但是卻可以吸引雌性的注意,這種情況似乎符合達爾文所說的性選擇理論。雌性所喜歡的性狀將會普遍存在,因為這種性狀會遺傳給它們的後代。這樣的例子還有很多,比如雄性孔雀那巨大的、色彩鮮艷的尾羽,極樂鳥的華麗而奇異的飾羽,等等。

年復一年,每一種形態的蜥蜴都延續著自己獨特的交配策略。雄性藍喉蜥蜴傾向於與雌性蜥蜴形成穩定的配偶關係,橙喉和黃喉蜥蜴則不然。橙喉蜥蜴非常強壯,喜歡四處搶奪藍喉蜥蜴的伴侶;而黃喉蜥蜴經常“男扮女裝”,悄無聲息地在其他兩種形態的蜥蜴發生打鬥的時候,偷偷與它們的爭奪對象交配;藍喉蜥蜴的優勢在於它們會與伴侶結成穩定的婚姻關係,儘管它們打不過橙喉蜥蜴,但對付黃喉蜥蜴綽綽有餘。這三者之間的關係可以簡單地概括為:

橙色戰勝藍色,
藍色戰勝黃色,
黃色戰勝橙色。

因此,橙色比藍色更有優勢,藍色比黃色更有優勢,而黃色比橙色更有優勢。這與“適者生存”矛盾嗎?到底是怎麼回事?這種演化的競爭是如何形成的?應當如何用達爾文的理論來解釋呢?

進化論的一個最大的問題是,每個人都認為自己理解進化論。但更公平的說法是,沒有人真正理解它,甚至連進化生物學家也未必。演化極其複雜,極其微妙。“最佳”或“最合適”的生物得以生存,這樣的論斷無疑將進化論過度簡化了。如果真的如此,那麼就不應該存在三種蜥蜴形態,因為其中兩種形態一定在很久以前就被消滅掉了。

這是否表明進化論在這群蜥蜴身上不起作用呢?如果我們只是膚淺地理解“適者生存”的字面意思,那麼進化論確實在這群蜥蜴身上失效了,雖然這些奇怪的策略的確是蜥蜴們經過長期演化形成的。這個案例說明,“適者生存”顯然不是進化論的一個好的口號,正是出於這個原因,生物學家總是避免這種說法。

生存並非自然選擇的首要標準,能夠繁殖才是最重要的。很明顯,如果生物想獲得繁殖的機會,那麼它們一定得活到能夠繁殖的年齡。但是這並不意味著一個生物只要活了足夠長的時間,就有機會繁殖後代。蜥蜴就是一個很好的例證。在無數物種中,只有少數雄性才有機會繁衍後代,為此它們需要花費大量的時間與其他同類進行鬥爭,以捍衛自己的交配權。

 
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