组成生命的化学元素从哪里来？它们又如何聚集成为分子，进而演化出最初的生命？多细胞生物中不同类型的细胞从何而来？各种巧夺天工的生物结构是如何形成的？生物怎样发展出雄性和雌性？感觉是怎样产生的？又是什么分子的变化使人类从灵长类中脱颖而出？ 

《生命简史：从尘埃到智人》一部从分子水平上，探讨和描述生物演化过程的关于生命的“内史”。带领读者从分子和基因的角度来理解各种生物结构、功能形成和发展的历史。

自序

生命史有两种写法。第一种是按照时间顺序，写出生物自产生到现在所经历

的主要宏观事件。由于生命的形成和发展依赖于地球上的环境，生命活动又反过

来改变这些环境，生命史就始终与地球史紧密交织。读这样的生命史，犹如坐上

时间飞船，回到地球遥远的过去，目睹地球形成，地球表面冷凝为地壳，海洋和

大陆出现，板块运动，大陆漂移，造山运动，火山爆发，陨石撞击。在这些环境

条件下产生原核生物（细胞中没有细胞核的生物），原核生物变为真核生物（细

胞中有细胞核的生物），单细胞生物发展为多细胞生物，植物和动物分道扬镳，

生物登陆，植物从苔藓植物发展到蕨类植物再到种子植物直至开花植物，动物从

无脊椎动物发展到脊椎动物，再发展到两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳类动物，

直到人类出现。在40亿年左右的时间内，生命经历过漫长的缓慢发展阶段，又

迎来过爆发式发展的时期；生命有过大繁荣，也遭遇过多次大规模的灭绝。地球

上的生物就是在这样的和风细雨和惊涛骇浪交替出现的环境中，顽强地生存下来，

并且从最初的共同祖先发展成为目前的数百万种生物。

这样的生命史动人心弦，读之犹如看一场精彩的科普电影，使人心潮澎湃。

然而，这样的生命史提供的只是宏观历史事件，而没有生物产生和发展的内部机

制。生物是由分子组成的，这些分子从哪里来？它们又如何聚集在一起，产生最

初的生命？细胞如何分裂？原核细胞又是怎样变成真核细胞的？单细胞生物怎样

发展为多细胞生物？多细胞生物中不同类型的细胞如何形成？是什么分子使细胞

发展出吞食能力，导致动物的诞生？这种吞食能力又如何导致植物的诞生？各种

巧夺天工的生物结构是如何形成的？生物怎样发展出雄性和雌性？生物如何防卫

自己？生物自带的“钟表”怎样工作？感觉是怎样产生的？是什么分子的变化使

人类从灵长类中脱颖而出？这些问题都不能从第一种生命史中得到答案。

在过去的几十年中，生命科学有了爆炸式的发展，特别是对基因和蛋白质的

研究，使人们在分子水平上对生命现象有了深刻的理解。基因控制着生物的性状，

生命的演化其实就是基因的演化，通过它们编码的蛋白质得以实现。基因的变化

存留在各种生物的遗传物质脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）中，有



II

生命简史：从尘埃到智人

清晰的脉络，成为生命演化的分子化石。就像生物的化石记录能够让人写出第一

种生命史，存留在DNA中的分子化石也使我们可以写出另一种生命史。第一种

生命史是在宏观规模上，从外部来观察生物演化的历史，是生命的外史；第二种

生命史则是在分子水平上，从内部来看生物演化的过程，是生命的内史。

本着这个想法，我自2011年起，在“科学网”上发表了一系列科普文章，

受到读者的广泛欢迎。2013年，应北京师范大学郑光美院士的邀请，我开始在《生

物学通报》的“生物探秘”专栏内定期发表文章。2014年，清华大学出版社的胡

洪涛老师提议将我发表于“科学网”上的部分文章集书出版；几乎在同时，北京

大学出版社的王立刚老师建议在这些文章的基础上加以扩展，全面系统地在分子

水平上介绍各种生物功能的形成原理和发展过程。这两个建议都已经付诸实施。

2015年4月，清华大学出版社出版了《上帝造人有多难——生命的密钥》，此书

随即被中国图书评论学会评为2015年7月“中国好书”。由北京大学出版社出

版的《生命通史》耗时5年，于2019年6月出版，此书被《南方都市报》评为

2019年“中国十大好书”之一。2019年，经郑光美院士提议，我在《生物学通报》

上发表的部分文章被汇集成书，由科学出版社出版，书名为《纷乱中的秩序——

主宰生命的奥秘》。

《生命通史》一书近80万字，在分子水平上系统地叙述了生物所有主要功能

产生和发展的历史。此书以科普的形式写成，但是仍然有一定程度的专业性，适

合有生物化学基础的人阅读。为了让更广大的读者也能够了解这方面的知识，经

与胡洪涛老师商定，我决定另写一本规模小一些、中学文化程度的读者即可看懂

的书，名为《生命简史：从尘埃到智人》。此书不仅包含了《生命通史》中原有的

内容，还新增了植物叶和花形成的机制、生物的寿命、人类演化等内容，所以这

本书并不完全是《生命通史》的简化版。在此我对胡洪涛老师及其同仁长期以来

的支持和帮助表示衷心的感谢。

像以往一样，在本书写作的过程中，得到了郝杄林女士的大力协助，除了让

我能够集中精力写作，她还仔细阅读书稿，提出许多很好的建议。在本书面世时，

我也要向她表达感激之情。

 朱钦士

 2021年9月25日



引言 生物演化和基因 // 001

第一章 生命的前期准备 // 017

第一节 宇宙诞生和化学元素形成 // 017

第二节 组成物质的基本单位——分子的诞生 // 021

第三节 生命所需要的分子能够在太空中自然形成 // 024

第四节 最初的生命是核糖核酸（RNA）的世界 // 027

第五节 生命以细胞的形式出现 // 030

第二章 原核生物是地球上生命的开创者 // 034

第一节 原核生物可能在40亿年前就在地球上出现 // 034

第二节 蛋白质变成生命活动的执行者 // 036

第三节 DNA取代RNA成为储存信息的物质 // 042

第四节 RNA分子改扮临时信息分子的角色 // 045

第五节 基因和基因调控 // 046

第六节 完善的细胞膜形成 // 048

第七节 生物的能量供应——氧化还原反应 // 050

第八节 生物的能量供应——光合作用 // 059

第九节 原核细胞中做机械功的蛋白质 // 063

第十节 纷乱中的秩序 // 067

第十一节 为什么原核生物细胞的大小是微米级的 // 069

第十二节 细菌和古菌 // 070

第三章 真核生物把生命带向更高阶段 // 071

第一节 古菌和细菌的联合造就了真核生物 // 071

第二节 细胞核的功能 // 073

第三节 染色体、端粒和基因调控 // 076



IV

生命简史：从尘埃到智人

第四节 对细胞膜“动手术”的蛋白质 // 079

第五节 真核细胞的“骨架”和“轨道运输系统” // 081

第六节 真核细胞的分裂——有丝分裂 // 088

第七节 真核细胞消化食物的“胃”——溶酶体 // 090

第八节 蛋白质的“加工车间”和“路牌” // 091

第九节 动物、植物、真菌的起源 // 099

第四章 动物、植物、真菌身体的演化 // 101

第一节 地衣是由不同种生物的细胞聚集成的多细胞生物 // 101

第二节 多细胞动物的祖先是领鞭毛虫 // 103

第三节 最简单的多细胞动物——海绵和丝盘虫 // 104

第四节 在体内消化食物的中心对称动物——水螅、水母、海葵和珊瑚虫 // 106

第五节 两侧对称动物 // 107

第六节 动物身体中各个系统的演化 // 110

第七节 最先进行光合作用的真核生物——藻类 // 125

第八节 植物的祖先是绿藻中的双星藻 // 128

第九节 植物的演化 // 129

第十节 真菌的演化 // 133

第五章 多细胞生物身体形成的机制 // 136

第一节 选择性的基因表达使同样的DNA产生不同类型的细胞 // 137

第二节 干细胞在多细胞生物身体发育中的作用 // 138

第三节 细胞的极化导致不对称分裂 // 142

第四节 细胞之间的相互作用影响细胞命运 // 143

第五节 动物身体形成过程中的指挥中心 // 145

第六节 钙黏蛋白使动物细胞黏附在一起 // 150

第七节 片状结构和管、腔的形成 // 151

第八节 细胞的程序性死亡“雕刻”出动物结构 // 154

第九节 重力对动物身体结构的影响 // 155

第十节 植物身体形成的原理 // 157

第十一节 叶和花的形成 // 160

第十二节 真菌身体结构的形成 // 164



 

V

第六章 生物的信息传递 // 166

第一节 蛋白质分子用“开”和“关”的方式来传递信息 // 166

第二节 原核生物的信息传递 // 169

第三节 动物细胞的信息传递 // 174

第四节 动物传输信息的高速公路——神经细胞 // 180

第五节 植物的信息传递 // 186

第六节 真菌的信息传递 // 188

第七章 生物自带的计时器——生物钟 // 190

第一节 昼夜生物钟的构成原理 // 190

第二节 蓝细菌的昼夜生物钟 // 191

第三节 动物的昼夜生物钟 // 194

第四节 真菌的昼夜生物钟 // 198

第五节 植物的昼夜生物钟 // 199

第六节 真核生物的年度生理调节 // 200

第八章 生物的繁殖 // 204

第一节 生物的无性生殖 // 204

第二节 有性生殖和两性的由来 // 205

第三节 减数分裂破解有性生殖难题 // 208

第四节 原核生物的性活动 // 211

第五节 动物决定性别的机制 // 212

第六节 动物对有性生殖的回报系统 // 216

第七节 植物的有性生殖 // 217

第八节 真菌的有性生殖 // 223

第九章 与生物如影随形的病毒 // 225

第一节 病毒是没有工厂的指挥部 // 226

第二节 病毒的种类和繁殖方式 // 227

第三节 病毒感染细胞的方式 // 229

第四节 类病毒——只由RNA组成的致病原 // 230

第五节 病毒的起源 // 231



生命简史：从尘埃到智人

第十章 生物之间的协同、进攻和防御 // 235

第一节 地球上的生物都生活在生态系统中 // 235

第二节 生物之间的协作 // 236

第三节 越界生活的真核生物 // 238

第四节 细菌的防卫系统 // 240

第五节 真菌的防卫系统 // 241

第六节 植物的防卫系统 // 242

第七节 动物的防卫系统 // 245

第八节 动物的解毒系统 // 257

第九节 生物防卫系统的适应性增强 // 261

第十一章 生物的寿命 // 263

第一节 生物衰老的过程 // 264

第二节 生物衰老的机制 // 266

第三节 生物对抗衰老的手段 // 269

第四节 生物对抗衰老的手段能够使生殖细胞永生 // 275

第五节 衰老和死亡为生物物种的延续所必需 // 276

第六节 每种生物的寿命都是与环境相互作用下维持物种的最佳值 // 278

第七节 生物控制寿命的机制 // 280

第八节 动物小幅调节寿命的信息通路 // 282

第十二章 动物的感觉 // 288

第一节 感受电磁波的视觉 // 288

第二节 从物质振动中获得信息的听觉 // 301

第三节 从直接接触中获得信息的触觉 // 309

第四节 动物的自体感觉 // 313

第五节 感受分子性质的嗅觉和味觉 // 317

第六节 感受伤害的痛觉 // 324

第七节 感受潜在伤害的痒觉 // 330

第十三章 动物的意识和智力 // 334

第一节 感觉是最初的意识 // 334



第二节 线虫已经有感觉和意识 // 335

第三节 有情绪有个性的昆虫 // 337

第四节 昆虫的智力 // 341

第五节 章鱼的智力 // 343

第六节 鸟类的智力 // 345

第七节 哺乳动物的智力 // 351

第八节 意识产生于最原始的神经结构中 // 353

第九节 感觉和意识是特定神经细胞群集体电活动的产物 // 355

第十节 感觉和意识的神秘性 // 357

第十四章 人类诞生 // 359

第一节 人是智力最高的动物 // 359

第二节 古代人类从非洲猿类演化而来 // 360

第三节 现代人类的诞生：走出非洲说和多地起源说 // 362

第四节 使猿变成人的DNA改变 // 365

第五节 CMAH基因的失活增强人的奔跑能力 // 365

第六节 体毛消失和肤色变化 // 366

第七节 熟食使肌球蛋白16基因失活和唾液淀粉酶基因增加 // 368

第八节 对高海拔地区的适应 // 369

第九节 人类与语言文字有关的基因 // 370

第十节 人类与大脑发育有关的基因 // 372

第十一节 人类仍然在演化 // 376

第十二节 将来的人类是什么样子的？ // 379

参考文献 // 383



"★区别以往宏观角度探讨生命起源，本书深入微观从分子层面上揭示生命起源及发展历程。

★几乎囊括中学生物知识，比教科书有趣多了。读完可以让中学生从更高维度俯瞰中学生物。

★大量的精美图片呈现缤纷的微观世界和灿烂的生命现象"

朱钦士，四川人。北京大学生物化学专业毕业，阿姆斯特丹大学生物化学博士。曾任中国科学院生物物理研究所硕士研究生导师。发表研究论文30余篇，内容涉及生物能、酶的结构与功能、蛋白质的合成与转运、癌症与染色体、神经递质、基因调控、肝脏解毒等。参编第六版《十万个为什么》（上海儿童出版社）。出版书籍《上帝造人有多难》（清华大学出版社）、《生命通史》（北京大学出版社）、《纷乱中的秩序》（科学出版社）等。