宋朝苏轼在其《题西林壁》中所言：不识庐山真面目，只缘身在此山中。意在表明，人们所处的位置不同，看问题的角度也就不同，对客观事物的认识难免存在一定的片面性。只有选择合适的认识角度，摆脱主观成见，超越狭小的视角范围，才能获取对事物真相和全貌相对更客观、更准确的认识。
1.1生物起源与进化的认识现状及存在问题
在世界的演化过程中，生物的起源和进化无疑是最让人感兴趣的话题之一。伟大的生物进化论奠基者—查理∙达尔文（1809-1882年）在其著名的科学论著《物种起源》中提出，任何生物的生存和繁殖都要遵循自然选择的规律。由于组织或器官功能的分化以及生活环境的复杂化，生物在自然选择的长期作用下变异，让不同的遗传基因去适应不同的环境，最终导致物种的多样化。人类同其他生物一样，也是自然选择长期发展的产物。达尔文的生物进化论，不仅使人类在认识自己方面发生了质的飞跃，也让人们重新发现物种进化的源起，即生物来源于大自然。该理论为现代生物学奠定了坚实的理论基础，也为我们打开了一扇通往生物真相的大门。然而，生物为什么会从自然界中出现，又是如何从自然界中演变而来的？对于这些问题，书中并没有给以明确的答案。
此外，书中提到，一切生物都必须进行自然选择和生存斗争，结果便是新物种的产生，旧物种的灭绝。那么，生物为什么要进行自然选择？自然选择的依据是什么？“优胜劣汰，适者生存”中，“优劣”体现在什么地方，“适者”适应的又是什么？对于这些问题，同样还没有给出令人满意的答案。达尔文的生物进化论就好比指南针，它为我们认识生物指明了方向，但没有告知它能指示方向的原因是什么。对这些问题的解答，将有利于我们更好的认识生物，认识自然，进而更好的实现生物之间以及生物与自然界之间的和谐统一。
生物是多层次、非线性、多侧面的复杂结构体系，而细胞是生物结构与功能的基本单位，有了细胞才有了完整的生物活动。一切生物的奥秘都要从细胞中寻求答案。因此，探求生物的起源和进化，首先需要揭开细胞起源的面纱。根据古微生物的证据，原始细胞大约在35亿年前就已经在地球上出现。然而，这个进程已经成为历史，在现在的实验室条件下，模拟30多亿年前的地球环境，借以研究细胞的起源过程几乎是不可能的。
细胞由多种多样的生物小分子（如氨基酸、嘌呤等）构成。这些小分子进一步组装，生成由蛋白与核酸构建的遗传信息结构体系（包括染色体、核仁、核糖体）、由蛋白与脂质构建的膜结构体系（包括细胞膜、核膜及各种细胞器膜等）、由蛋白与蛋白构成的细胞骨架结构体系等。这些基本结构体系进一步组装成各种细胞器。这些细胞器与各级结构再进行装配、去装配、重装配与重建等过程，最终形成细胞。总之，构成细胞的物质，只有当其以细胞的形式出现时，才能表现出生物活动。那么，构成细胞的非生物的物质分子是怎么来的？它们为什么要组装成具有生物活动的细胞？
目前的研究焦点主要集中于第一个问题，而且针对这个问题已存在多种假说。其中比较具有代表性的是苏联生物化学家奥巴林（Alexander
Ivanovich Oparin，1894年~1980年），于1936年在其出版的《地球上生物的起源》一书中提出的化学进化理论。所谓化学进化就是指，在原始地球条件下，由无机物以及简单有机物逐渐演变为原始生物的过程。根据物质由简到繁的可能发展模式，将这个化学进化过程大致区分为下列四个阶段。
第一阶段，无机小分子生成有机小分子；
第二阶段，有机小分子合成有机大分子；
第三阶段，有机大分子组合成能自我维持稳定和发展的多分子体系；
第四阶段，多分子体系演变为原始生物。
已经通过实验证实，在原始地球条件下，原始大气成分可以完成从无机物向有机物的转化。然而，从这些非生物的物质，最终形成能把同化作用和异化作用统一于一体的、具有原始新陈代谢作用的，并能进行繁殖的原始生物的过程，是一个质变的过程。那么，这一过程为什么会发生？如何发生？发生的驱动力又是什么？对于这些问题，至今仍停留在推测阶段。
总之，生物起源与进化的研究现状表明，从生物的角度，即生物的个体组成、形态结构、各组成成分之间以及生物之间的关系等，去认识生物的起源与进化是远远不够的。我们需要跳出生物这座复杂的“大山”，从整个自然界的角度，尤其从生物在自然界中价值的角度，去审视、认识这座“大山”，才能实现对生物相对更客观、更准确的认识。那么，生物在自然界中的价值是什么？该价值确立的依据是什么？探寻这一价值的方法又是什么？
1.2.1整体的方法
飘落在河面上的一片树叶，它时而下沉、时而上浮、时而向前、时而向后、时而向左、时而向右。鱼儿的游动、风的吹动、障碍物的碰撞等均会影响这片树叶的运动方向。这些因素的存在使得叶片的运动方向看起来杂乱无章。如果从这片树叶在整条河流中的运动分析，就会发现它的运动方向又是有规律的，即沿着河流从地势高的地方向地势低的地方移动。通过这个事件可以发现，短期或特定区域的观察可以很容易的获取对某一事物的认识，然而，外界因素对观察结果的影响也会更加显著，致使我们所获取的对事物的认识是片面的，甚至是错误的。从大时空尺度上去观察事物，虽然耗时耗力，但可以有效排除一些偶发性因素对认识过程的干扰，进而使得观察结果相对更加全面、准确。生物在地球上已经存在了35亿年，要想得到对生物相对更全面、更准确的认识，不仅要对生物有部分（或短期）的认识，还要有整体（或长期）的认识，做到部分（或短期）认识与整体（或长期）认识的统一。
1.2.2共性的方法
共性主要体现在两方面：1）同种研究对象之间的共性；2）与研究对象相互联系的事物之间的共性。例如，假设不知道河水的流动方式，但是知道分布在不同地区的几条河流都有一个共同的特点，那就是，都从地势高的地方流向地势低的地方，都从西方流向东方。由此可推知，河水的流动方向是从地势高的西方流向地势低的东方。这个事例便是从同种研究对象之间共性的角度去认识研究对象。
还是上述问题，即不知道河水的流动方式。现在已知河面上的物体会随河水的流动而移动。假设这些物体运动的推动力均来自于河流，且这些物体在河面上的移动不受任何阻挡。这些物体包括：
一片树叶，其特征为椭圆形、淡黄色、有昆虫咬食迹象、叶面长5厘米、宽3厘米、叶柄3厘米……；
一根枝条，其特征为深褐色、外皮有腐烂迹象、有3个分支、主枝干长10厘米、径面直径1厘米……；
一艘木船，其特征为长3米、宽1米、无船夫、板块破旧、船龄5年以上……；
……
这些物体各式各样，各有各的特征。然而，它们之间存在一个共性，那就是，在河水的作用下，都从地势高的地方流向地势低的地方，都从西方流向东方。由此也可以推知，河水的流动方向是从地势高的西方流向地势低的东方。这个事例便是，从与研究对象相联系的事物之间共性的角度去认识研究对象。对于生物的认识也应如此，既需要探寻生物之间的共性，还需要探寻与生物有关的事物或环境之间的共性，基于这些共性实现对生物相对更准确、合理的认识。
1.2.3联系的方法
某农田里种植的农作物得了病害。该事件所涉及的对象主要包括人、农作物、病原菌和农药四种。要解决这个问题，首先需要弄清楚这四者之间的关系，包括人与农作物之间的关系、人与病原菌之间的关系、病原菌与农作物之间的关系、农药与病原菌之间的关系、农药与农作物之间的关系、农药与人之间的关系等等。除此之外，各个部分分别与生态环境之间的关系也需要弄清楚，因为这些关系都会影响到问题的解决效果。例如，如果在下雨天喷洒农药，将会降低病害的防治效果。
此外，还需要明白当地人的耕作方式、作物的生长习性、病原菌的侵染机理、农药的主要成份、当地的天气状况、作物的抗病状况、农药的生态效应等问题。从我们人类的立场而言，这些问题解决的越彻底，这一事件的结果就越完美。由此可见，要解决一个问题，仅看到问题自身是不够的，还应看到并尽可能的解决与这个问题相关的问题。这是因为，世界是物质的，物质是相互联系的，联系是普遍存在的。因此，要想解决生物起源与进化这个问题，就需要知道与生物相互联系的事物有哪些，这些事物之间以及这些事物与生物之间存在什么样的关系，这些关系又是如何变化发展的，以及这些关系的变化又会对生物造成什么样的影响等。
1.2.4运动的方法
物质是运动的物质，运动是物质的运动。运动是物质的固有性质和存在方式，是物质所固有的根本属性。物质是运动的主体，没有不运动的物质，也没有离开物质的运动，二者是不可分割的。物质的具体形态多种多样，对应的运动形式也多种多样。认清与研究对象相关的运动因素，同样有利于拓展和深化对研究对象的认识。例如，我们发现两个与电灯泡相关的运动因素：1）水利发电站所产生的电流可以使电灯泡发光；2）在电灯泡的光照下，蔬菜的长势会更好。这个过程中的主要运动因素包括水利发电站将河流的动能转化为电能，电流经输电线传送至电灯泡，电能在电灯泡中被转化为光能，光能经蔬菜叶片的光合作用转化为化学能等。这些运动因素不但将河流、电灯泡和蔬菜这三种貌似无关的事物联系在了一起，还拓展了我们对电灯泡的认识，例如，电灯泡运行所需要的电流是可以来源于河流的，电灯泡产生的光是可以促进蔬菜生长的等等，而对于这些认识，是难以从电灯泡构造和材料的认识中获取的。对于生物而言，探析与之相关的运动因素，同样有利于拓展我们对生物的认识，甚至有利于探求生物起源与进化的原因与动力。
1.3生物的价值
1.3.1生物价值的确立依据
所有生物都存在一个共性，那就是，都需要从环境中获取物质和能量，说明可以从物质和能量两个角度来探究生物的起源。如果从物质的角度去探知生物的起源，那么就需要知道组成生物的物质分子有哪些？每种物质分子有多少？物质分子之间存在什么样的联系？这些联系又是如何变化的？生物科学的蓬勃发展已经令我们认识到，构成生物的物质分子不止种类繁多，而且很多物质分子在不同生物内的含量不同，行使的功能也存在差异。马克思主义唯物辩证法认为，物质世界是普遍联系的，联系是复杂多样的，表明生物内的联系星罗棋布，这也成了阻碍我们从物质的角度去探究生物起源时所不可逾越的鸿沟。我们经常听到有人感叹“家家有本难念的经”，一个几口之家都如此复杂，更不用说由如此之多的物质分子组合而成的“生物之家”。
能量的表现形式多种多样，其中，热与功是其两种最主要表现形式。热的传递总是伴随着物质分子的无序运动，而功则都伴随着物质分子的定向移动，是一种有序运动。例如，水壶加热时，壶内水分子的运动是杂乱无序的，是一种无序运动；如果从壶盖往水壶中充气，随着壶内气压的增大，就会水从壶嘴流出，此时，水分子的运动可以认为是一种定向运动，是施加气体对水做功的结果。对于生物而言，物质分子的组装过程是一个复杂的，高度有序的运动过程。有序性说明生物的组装过程有受到力的作用，是外界对其做功的结果。此外，生物的生物活动都需要在一定温度条件下才能进行，而温度的稳定性往往需要通过自身产生的热能及周边环境中的热能来维持。这些现象表明，可以从能量的角度来揭开生物起源的面纱。
生物获取能量是为了自身功能的维持和发展，因而，要想从能量的角度探究生物的起源，还需要认识生物的功能。既然生物来源于自然界，那么生物的功能就应该可以通过其对自然界的影响得以呈现。就好比一棵树，它之所以长叶子，是因为叶片能够提供大树自身生物维持及延续所需要的能量和养分。那么，生物在自然界中所行使的功能是什么，其对自然界的影响又是什么？
由于细胞是生物功能的基本单位，要探究生物的功能，可以先探究细胞的功能。研究发现，细胞的功能在不同的生物内，在同一生物的不同组织或器官中，以及在同一组织或器官的不同发育时期均存在差异。既然我们探究的是生物在自然界中的功能，那么这一功能就应该具有普遍性，就应该在所有细胞中都有所呈现，就应该是所有生物都具有的功能。既然如此，那么我们该如何去确立此功能？
如果要切肉，就需要一把一侧开刃的刀，因为开刃的刀相对于未开刃的铁板更容易将肉切割；如果要缝衣服，就需要一根一头尖细的针，因为尖细的针相对于粗钝的铁丝更容易刺穿衣服。由此可见，材料的结构决定了其功能，功能也反映了我们对材料结构的需求。同理，细胞的结构决定了细胞的功能，也反映了自然界对细胞的需求。因此，要探寻细胞功能的共性，就需要解析细胞结构的共性。
研究发现，行使同种功能的物质分子在不同的细胞内可能具有不同的结构，例如，DNA这一物质分子在人和细菌中都起储存遗传信息的功能，但人的DNA和细菌的DNA在结构上却存在非常大的差异（如人的DNA是线性，而细菌的DNA是环形）。尽管如此，同类分子的构建过程却相似。例如，人和细菌的DNA虽然在分子结构上差异非常大，但二者都存在DNA复制和修复这一过程。这便意味着，我们可以从物质分子在构建过程中的共性，即过程共性，探寻细胞结构的共性。
DNA的复制和修复、RNA的转录和加工、蛋白质的翻译及转运、细胞的分裂、分化和凋亡等都属于细胞的过程共性。同时，这些过程之间又都存在一个共性，那就是，都属于细胞的运动和变化。唯物辩证法认为，事物的运动和变化推动事物的发展。细胞作为物质世界的一部分，各个组分的运动和变化，同样推动着细胞的运动和变化。细胞是其各个组分运动变化的统一体。运动往往需要消耗能量，意味着细胞需要不断地从环境中获取能量才可能维持自身各种组分的运动。那么，细胞是如何从环境中获取所需要的能量的呢？
呼吸作用存在于所有生物细胞中，是生物对食物进行氧化分解，并从中获取物质和能量的生物学过程，是所有细胞生物都不可或缺的生物学过程，是所有细胞的过程共性。呼吸作用对生物具有非常重要的生理意义，主要表现在以下两个方面：
（1）呼吸作用能为生物提供能量。呼吸作用释放出来的能量，一部分转化为热能，用以保证生物内的各种生化反应能够在一个相对稳定的温度条件下进行；另一部分以化学能的形式储存在腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）等高能物质中。储存在这类物质中的化学能主要用于驱动细胞内生化反应的发生，进而使得生物的各种生物活动，如细胞分裂、个体生长、矿质元素吸收、肌肉收缩、神经信号传导等得以正常进行。
（2）呼吸作用能为生物内其他物质的合成提供原料。例如，葡萄糖在糖酵解过程中的产物丙酮酸是合成氨基酸的原料。
通过对呼吸作用解析可以发现，呼吸作用过程首尾两端的两种物质均需要从环境中获取。这两种物质：一种是为细胞或生物提供物质和能量的物质，我们可以将其理解为食物；另一种是氧气（有的生物是利用其它种类的氧化性物质）。氧气用于接受食物在生物内代谢过程中产生的电子，这是因为氧气与食物之间的氧化还原电位不同，二者之间存在能势差。氧气接受电子后的产物是水。水从生物内排出的过程，也是食物代谢所产生的电子被带走的过程。伴随着电子的流失，如果氧气充足，那么食物在生物内的代谢过程就可以继续进行。从这个角度看，氧气还具有驱动食物在生物内代谢的作用。
综上所述，呼吸作用是所有细胞都具有的过程共性，该过程介导了环境中物质之间的能量传递，因而呼吸作用也可以认为是生物与环境之间联系的桥梁。既然“驱动自然界中的能量流动”是所有生物都具有的对自然界的影响，也就意味着可以从能量流动这一角度确立生物在自然界中的价值。
1.3.2生物价值的确立
纵观地球表面分布的河流，千姿百态，流向迥异。然而，它们都有一个共性，那就是，都是从地势相对较高的水源流向地势相对较低的水库、湖泊、海洋等。河道作为载体介导了河水在两地之间的传递。基于此，我们将水源称为“河水供体”，河道称为“河水传递介体”，水库、湖泊、海洋等称为“河水受体”。在河水流动过程中，从河水供体里流出来的水并非全部流至河水受体，有的还会以水蒸气的形式散失于空气中，或者被生物利用。当然，也会有外源的水（如雨水等）汇入河流中。对于河流，我们都不陌生，然而，河流会什么会在自然界中出现呢？
河水供体之所以会有水流出，是因为河水供体里的水处于过饱和状态，即在满足自身水容量的同时，还有剩余。就像水杯，当加入的水量超过水杯的容积时，水就会从水杯流出。同理，河水受体之所以能够接纳水，是因为其水容量未达到饱和状态，也就是还具有容纳水的能力。我们将这种容纳水的能力，称之为水容量状态。水容量状态反映了水在自然界中的分配情况。对于河水供体，我们可以将其理解为，特定时间内从自然界中分配得到的水量超过了其水容量的地方，而河水受体则是特定时间内，从自然界中分配得到的水量还未达到其水容量的地方。由此可见，水容量状态差异反映了水在自然界中的分配差异。河水供体和河水受体之间地势差的存在以及二者之间水容量状态的差异，驱动了河水在河水供体和河水受体之间的流动，河流也因此而诞生。伴随着河流的诞生，河道也应运而生。
在河水的流动过程中，水在自然界实现了再分配，即分配至河水供体的水被重新分配给河水受体，结果便是水在自然界中的分布相对更加的均衡。由此可推知，水在自然界中的分配不均衡性是河流出现的根本原因，河流的价值在于驱动水在自然界中的分布相对更加均衡。
纵观生存在地球上的生物，种类繁多，形态各异。然而，它们都离不开两种物质：食物和氧气（有的生物可能会利用其它种类的氧化性物质）。在生物的代谢活动作用下，食物中的电子向氧气方向流动，同时伴随着能量的释放和传递。在这个过程中，生物从中获取维持自身生物活动所需要的能量。自然条件下，能量的流动具有方向性，即从能势高的地方流向能势低的地方。例如，热能是从温度高的地方向温度低的地方传递，电能从电势高的地方向电势低的地方传递。为了便于与河流进行比较，能量的传递过程，称之为“能流”。食物与氧气之间的能量传递过程便是一种能流。同理，在能流中，提供能量的物质，称之为“能量供体”；接受能量的或者说规定能量流动方向（此处在第三章中会有具体的解释）的物质，称之为“能量受体”；介导能量释放和传递的物质，称之为“能量传递介体”。从食物、生物和氧气在能流中的角色可见，在生物介导的能流中，食物是“能量供体”，生物是“能量传递介体”，氧气是“能量受体”。在这条能流中，有的能量会以电能的形式传递给氧气，有的能量会以热能、光能等形式释放至环境中，有的能量会以化学能的形式储存于化学物质中等。此外，也会有外源的能量（如光能、热能等）流入生物。
正如两点之间画一条线可以有无数种画法一样，河水供体和河水受体之间理论上也应该存在无数条河道。然而，对于特定的河水供体和河水受体而言，二者之间往往只有一条河道。为什么会如此呢？现在，我们假设河水供体在单位时间内获得的水量突然增加，那么其需要输出的水量就会增加。对于河道而言，不难猜测会发生以下三种情况：1）当前河道的河堤被冲垮，河道在原来的基础上变宽；2）在当前河道的基础上又多出一条河道；3）所有的水经新的更利于河水流动的河道流动。这三种情况的共同点在于，河水供体和河水受体之间河道的河水输送能力变强。之所以会发生这种变化，是因为河水供体对河道的河水输送能力的需求变高。同理，如果河水受体的水容量状态突然发生变化也会影响河道的河水输送能力。由此可见，河道是河水供体和河水受体所需的河水输送能力的一种呈现形式，是河水供体和河水受体缓解其水容量状态差异的产物，是被动适应河水供体和河水受体对河水输送能力需求的产物。总之，河道是河水供体和河水受体按照其所需河水输送能力对河水传递介体进行选择的结果，只有具有合适河水输送能力的河水传递介体才能成为河水供体和河水受体的河道。
对于生物介导的能流而言，以由大草原上的狮子所介导的能流为例，当食物充足时，不但狮子个体身体强健，种群数量也会增加；当食物匮乏时，狮子个体就会相对比较瘦弱，种群数量也会减少，严重时可能会遭遇种群的灭绝；如果狮子遭遇灭绝，那么，本来属于狮子的食物就可能会被其它物种所利用。这种现象在生物界普遍存在。不难发现，发生在生物中的这些现象和发生在河道中的现象非常相似。我们可以将发生在生物界中的这种现象理解为，生物是能量供体和能量受体所需能量传递能力的一种呈现形式，是能量供体和能量受体缓解其能量状态差异的产物，是被动适应能量供体和能量受体对能量传递能力需求的产物。总之，生物是能量供体和能量受体按照其所需能量传递能力对能量传递介体进行选择的结果，只有具有合适能量传递能力的生物才能成为特定能量供体和能量受体所需要的生物。
正如河水在自然界中的分配不均衡性是河流出现的根本原因，能量在自然界中的分配不均衡性是能流出现的根本原因，其对能量传递介体的选择驱动了生物的出现。同样，正如河流的价值在于驱动水在自然界中的分布相对更加均衡，生物的价值在于驱动自然界中的能量流动，进而使得能量在自然界中的分布相对更加的均衡。既然生物的价值体现于其能量传递能力，那么能量供体和能量受体的多样性，也就决定了二者对能量传递能力需求的多样性，进而决定了生物种类的多样性。同时，能量供体和能量受体在历史长河中的变化也驱动了生物的进化。
学过生物的人可能会问，葡萄糖代谢释放的能量会以化学能的形式储存在ATP中，传递给氧气的能量相对要少很多，为什么氧气被认为是能量受体，而接受能量并转变成ATP的腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）却不被认为是能量受体呢？这是因为：1）氧气是从环境中获取的，不是细胞自身的固有组成成分；2）氧气与细胞中的其他物质相比，与葡萄糖之间的能势差相对更大，这样更利于驱动能量供体中能量的释放，也就更利于生物获取能量并实现自我功能的维持和改进。正如“黄河之水天上来，奔流到海不复回”、“白日依山尽，黄河入海流”等，这些诗句并不是说黄河里的水只能流入大海，也并没有否认黄河中堤坝也具有接受水的能力，之所以这样说主要是因为海平面与黄河源头之间有最大的地势差。也就是说，对于黄河而言，河流中修建的堤坝是其上游水的河水受体，而大海则是整条黄河水的河水受体。同理，ADP是细胞中可供给其能量的物质分子的能量受体，而氧气则是整个细胞或生物的能量受体。
1.3.3生物价值的对立统一
生物的价值包括自我价值和自然价值两个方面。生物的自我价值在于生物通过自己的活动，驱动自然界物质循环和能量流动的同时，从中获取物质和能量以实现自身生物活动的维持和发展。生物的自然价值在于生物对自然界中能量分布的贡献，即通过生物自己的生物活动满足自然界以及自身在物质循环和能量流动方面的需要，这是生物的真正价值所在。由于化学物质都具有能量，化学物质的转化过程也可以认为是能量的流动过程，因而，本书将化学物质的转化过程统一于能量流动过程。
生物的自我价值和自然价值是辩证统一的，二者既相互区别，又密切联系、相互依存，共同构成生物价值的矛盾统一体。
一方面，生物的自我价值是生物个体生存和发展的必要条件。生物个体提高自我价值的过程，就是通过努力自我完善以实现全面发展的过程。生物自我价值的实现是生物为自然界创造更大价值的前提。
另一方面，生物的自然价值是实现生物自我价值的基础，没有自然价值，生物的自我价值就无法存在。生物总是生活在自然界当中，个体无法脱离自然界而存在和发展。生物的生物活动不仅具有满足自我需要的价值属性，而且还必然地包含着满足自然界需要的价值属性。一个生物的需要能不能从自然界中得到满足，得到多大程度上的满足，取决于它的生物活动对自然界的贡献，即它的自然价值。
因此，生物实现自我价值的过程也是实现自然价值的过程，实现自然价值的过程，也是实现自我价值的过程。生物的自我价值背离了自然价值，就失去了其应有的价值意义。
