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20211220听书笔记:《复杂生命的起源》

20211220听书笔记:《复杂生命的起源》

作者: 幸运星小燕子 | 来源:发表于2021-12-20 02:38 被阅读0次

很长时间以来,科学家们有各种各样的假说,但这些假说要么是抓住表象不放,要么是无法解释普遍情况,都不能从根本上回答这一切。而本书作者在研究中发现,问题的关键其实不是别的,而是能量。具体地说,就是真核生物平均每个基因能够获得的能量,远远超过原核生物,甚至高达后者的10万倍以上。

这个数字是如何得出来的呢?简单地说,是通过两者的体积、呼吸频率、每秒钟消耗的氧气和生成的能量等指标,推算出来的。详细的论证过程,如果你有兴趣的话,可以找原书来看。总而言之,作者认为,原核细胞和真核细胞的本质性差异,不是别的,而是能量等级上的天差地别。所以,即便过了40亿年直到今天,原核细胞都一直无法在复杂性上有任何突破。

可以说,原核生物和真核生物之间,不存在中间过渡形态。自然界中的细胞,要么是结构原始、体积微小的原核细胞,要么就是结构复杂、高度完善的真核细胞,而且所有真核细胞都有大量相同的关键基因,这些关键基因只存在于真核细胞体内,从没在原核细胞身上出现过。

内共生假说还能为真核细胞的复杂演化提供合理依据。刚才我们论证了,原核细胞受制于能量条件而无法演化得更加复杂,它们甚至也不能变得更大,因为所有能量反应都要在细胞膜上进行,细胞膜表面积要是变大的话,细胞的体积和消耗能量的速度会增加得更快。原核细胞已经很“穷”了,要让它变大,那它只会变得越来越“穷”,所以原核细胞就只能维持着又小又简单的形态。

但真核细胞体内可以有大量线粒体,每个线粒体就像一个小发电站,为真核细胞提供大量能量。比如人的肝脏细胞,每个细胞里就有多达1000万个线粒体,这么庞大的能量来源,把原核细胞衬托得特别寒酸。而且,就像我们刚才说的,线粒体已经把自己的结构最大幅度地精简化,原本细菌体内的几千个基因,在线粒体内部已经简化成十几个,所以线粒体就能消耗尽可能少的资源,维持尽可能高的产能效率。有了线粒体源源不绝的能量支持,真核细胞才有了向复杂化演进的本钱。

一次偶然的内共生事件造就了真核细胞,也赋予了真核细胞很多新的生理特征,包括衰老和死亡。长久以来,科学家们一直在研究衰老和死亡背后的生理机制,而作者认为,这种机制和内共生事件也有着密切关系。

我们都知道,质量越好的东西用得越久。鸽子细胞的质量更好,所以耐久度就更高,活得就更长;而老鼠细胞的质量要差很多,经常泄露自由基,在这种情况下,老鼠衰老得就更快,存活的寿命也就更短。不过有趣的是,大自然在关上一扇门时,总会开启一扇窗。老鼠虽然寿命短,但因为对细胞的质量要求不高,所以繁衍的后代数量也远高于鸽子。可以说,每种生物都在以自己的方式适应着自然。

原核生物一直没能进化出复杂生命,是因为它们受到生物能量的严格限制。而一次极其偶然的古菌和细菌之间的内共生事件,让细胞获得了线粒体,打破了能量的桎梏,才让复杂生命的出现成为了可能。同时,复杂生物的衰老和死亡现象,也能从线粒体的运行机制上得到强有力的解释。

关于我们人类从哪里来,既是一个经典的哲学命题,也是一个复杂的生物学命题。哲学层面的思辨永远没有尽头,但生物学方面的探究,却已经为我们指明了答案,那就是我们来自一次次偶然的意外。地球偶然具有了产生生命的条件,生命偶然从深海中诞生,真核细胞偶然来自一次内共生事件,人类则偶然来自一条正确的进化路径。可以说,是偶然造就了我们今天的一切。

同时,这么多偶然的巧合,也能帮助我们思考宇宙中复杂生命的存在状况。在地球几十亿年的生命史中,原核生物一直在不断演化,但始终没能突破复杂性的限制,如果不是一次极其偶然的内共生事件,直到今天,地球可能都还在被原核细胞统治着。

一个顺理成章的推断是:宇宙中的复杂生命很罕见,自然其实从来就没打算让人类或者其他复杂生命出现,所以,即便未来在其他星球发现生命体,它们很可能也只是停留在细菌那种简单水平。因此可以说,我们是极其幸运的,无论是地球生命的诞生,还是人类群体的崛起,都是独一无二的宇宙奇迹。

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