人生的那些事-003 生命的由來

2020-08-27 聞道踐行

對於這奇特的一生，我們總會有很多困惑，其中，最讓我們好奇的，莫過於生命是如何誕生的。

得益於科學的不斷進步，我們對世界的認識也越來越深刻了。

對於宇宙的產生，目前普遍被大家接受的理論，就是宇宙大爆炸，在宇宙的初期，它的密度和溫度異常高，然後快速膨脹，隨後產生了夸克、光子、電子等基本粒子，進而形成離子和原子，最後產生星星、星系和黑洞。今天的宇宙，還在進一步的膨脹中。

138億年前，在大爆炸中，宇宙誕生了；46億年前，太陽誕生了；45.4億年前，地球誕生，和其它星球一樣，地球繼承了星際的各種化學元素，彗星撞擊地球帶來了水。

38億年前，生命在地球上誕生了。

生命在地球上是如何誕生的呢？

很長一段時間，原始湯理論(primordial soup theory)被大家普遍接受，這個理論認為生命起源於海洋，各種元素在閃電的作用下產生了胺基酸，進而合成了蛋白質，最後形成了生命。但這個理論忽略了一個問題，就是能量，在這個理論中，能量來源於閃電。但要維持一個微小的原始生物圈(相當於光合作用進化之前的生物圈)，光靠閃電，需要每秒4次閃電，覆蓋海洋的每平方公裡，顯然這是不太可能的。

原始湯理論提出90年後，關於生命起源，一個更加可信的解釋，是由邁克.羅素和比爾.馬丁提出的鹼性熱泉口理論(alkaline hydrothermal vent theory)。

鹼性熱泉口理論認為，生命誕生於海洋，地殼運動，導致海底火山噴發，氫氣從裂縫中冒出，和富含二氧化碳的海水產生化學作用，在硫化鐵的催化下，生成碳基分子，如甲醛(CH2O)或醋酸酯，隨後產生RNA和DNA，最後形成了生命。

鹼性熱泉口理論，作為生命的起源理論，目前普遍為科學界所接受。

所有的生命來源於共同的祖先-盧卡(LUCA-last universal common ancestor of all of life)，盧卡的後代分化形成了我們現在所知的細菌王國；古生菌很快分支，形成了第二個王國。細菌和古生菌在生命中存在了很長時間。

盧卡子孫的聯姻

生命之初，形成了細菌細胞和古生菌細胞。

細菌就像原子一樣，無法進一步分解，細菌是功能的最小單位。許多細菌可以像我們一樣吸收氧氣。

所有古細菌都是原核生物。它們沒有核，沒有性別，也沒有其他複雜的特徵。

隨後，一個古生菌細胞吞噬一個細菌細胞，細菌細胞成功地避免了被古生菌細胞消化，細菌細胞成了古生菌細胞的資產，兩者以一種新的方式一起共生。古生菌細胞和細菌細胞的聯姻，誕生了一個新的物種-真核生物。

古生菌在吞噬細菌細胞的過程中，吸收了其少量的基因，使其能夠在生理上維持細胞膜，完成某些選擇功能。

細菌細胞在成為古生菌細胞的附屬細胞後，變成了線粒體，它負責為真核細胞生產能量，成為真核細胞的能量工廠，就這樣，它們完美的結合在一起。

線粒體的形成，一定程度上，可以說就是生命的起源。

植物的綠葉體和動物的線粒體功能一樣，它負責光合作用，為植物提供能量。

所有組成複雜生物體的細胞都是真核細胞，植物、真菌和動物作為一個整體，它們本身都是真核生物。

複雜細胞不是通過「標準」自然選擇進化而來的，而是以合作的狂歡形式進行的，在這種合作中，細胞彼此緊密地結合在一起，甚至進入彼此內部。

古細菌宿主細胞與變成線粒體的細菌之間奇異的共生關係，最早是由進化生物學家比爾·馬丁（Bill Martin）在1998年提出的猜想。在過去的二十年中，他的猜想已被基因組研究充分證實，成為共識。

生命的躍升-有性繁殖

細菌是無性繁殖，通過自身分裂進行繁殖。真核生物(包括原生動物和動物，由細菌進化而來)的行為特徵是有性繁殖。

無性繁殖是連續和快速的，但基因從祖先傳給後代，是一種垂直轉移，後代完全繼承祖先的基因，這顯然不利於基因的多樣化。

自然選擇在生命的進化中，選擇了有性繁殖-讓不同的細胞相互結合，子孫的基因來自於兩個祖先。

通過混合來自兩種生物的基因，有性繁殖增加了遺傳變異，相比變異較少的生物，更有可能擁有在新環境下有用的基因。

遺傳變異編碼在生殖細胞中，並在有性繁殖過程中通過精卵相互作用引入受精卵中，使繁殖生物種群具有更大的變異，使整個種群能更好地適應環境的變化。

此後，生命就在遺傳和變異中不斷的演化，形成了我們今天看到的各種生物。

生命的原動力-生存和繁衍

通過遺傳和變異，生命不停的演化，適應新的環境；在演化過程中，生存和繁衍是生命的原動力。獲取更多的資源，確保生命所需要的能量，提升機動性，避免成為獵物；更多的繁殖，增加基因的多樣性，提升生存的概率。

如果固定不動，很難獲取能量，如是真核生物在變異過程中進化出了鞭毛，方便移動，後續進一步進化出魚的鰭、鳥的翅膀和動物的四肢。

如果細胞的某個部位對光敏感，就能更好的避開天敵，提高了生存的概率，它們的基因被遺傳了下來，慢慢進化出了眼睛。

細菌和病毒一直存在這個星球上，為了抵禦它們的入侵，生命體進化出了免疫系統；為了提升食物轉化成能量的效率，進化出了消化系統；為了統一調度這些複雜的器官和系統，進化出了神經系統。

生命的誕生，是一個奇蹟，而生命的進化，是一部史詩。這部史詩非常精彩，後續我們繼續探討。

參考書籍：

《The Deep History of Ourselves：The Four-Billion-Year Story of How We Got Conscious Brains》

《Life Ascending：The Ten Great Inventions of Evolution》

《The vital question ：why is life the way it is》

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