第3课 生命的进程

生命的行为模式是复制与变异,那复制和变异是基于什么呢?生命又是如何不断演化的呢?

生命进化的开端


当宇宙中的某些物质开始悄悄地进行复制和变异模式的时候,那就是生命进程的起步。在生命不断演化的过程中,承受的是环境变化和资源稀缺的巨大压力,物质生命体进化的唯一目的就是精准地反映外界环境,以达到自身的生存需求。

而为了准确地反映外界的变化,争取生存资源的最大化,类生命体(某些有机分子)需要存储大量的信息,以便应对宇宙这个千变万化的世界——抑或是火山爆发,抑或是太阳风暴,抑或是天寒地冻。而信息积累得越多,类生命体对环境变化做出反应的能力就越强,而这也导致生命物质的规模越来越大,复杂性也剧烈增加。

一旦类生命体复杂性达到了突破的临界点,就完成了量变到质变的升华,从而产生了最初的生命体 — 原核生物。

最初生命体中承载信息的是RNA,但是它的结构是单螺旋结构,所以不太稳定,常常因为信息负载过大而发生变化。经过长期的演化,DNA最终因为其稳定的双螺旋结构而掌控了生命复制和变异的秘密。

DNA作为重要的信息载体,其存储能力异常强大。1克DNA不到指尖上一滴水珠的大小,却能够储存1000TB的数据,相当于4000个250GB容量的电脑硬盘了。据外媒报道,某些科技公司已经开始购买DNA生物材料及设备,用于DNA数据存储的研究,这看起来很有意思。

据研究,最初的生命体之一是一种产生于约35亿年前极其微小的单细胞生物,海洋单细胞海藻,它们可以通过光合作用将太阳能转变成为生命存在所必需的基本营养要素,甚至吸收了亿万吨的二氧化碳,进而产生各种动物赖以生存的氧气,这对于构建地球如今的生态平衡有着至关重要的作用。不过,在几十亿年前,氧气对于很多原始生命体而言却是毒气,足以让他们万劫不复。

细菌也是一种最初的生命体,其强大生命力,让它们在地球上无所不在地存活着。它们甚至可以存活于南极距地面3700多米的冰封的湖底,在那个环境里,暗无天日,温度0℃,常年与空气隔绝,而且还要承受350个大气压。

生命进化的征程


经过原核生物的长期发展演变,在约20亿年前,生命进化出了最初的真核生物,比如原生菌类,藻类等。之后原核生物从自我复制进化到了采用有性生殖的方式,而这也为后期发展出来的动植物奠定了基础。

有性繁殖,相比起细胞分裂的自我复制式的自我繁殖,繁殖速度变慢了,但是它有一个优势就是通过DNA的大量交换,让我们的基因(DNA片段)得到了进化。继承好的特性,淘汰掉无法精准反映环境的基因,同时发扬变异出来的新特性,这样就能够让生命体更加适应这个变幻莫测的世界。

从单细胞到多细胞,再由多细胞通过有性生殖发展出植物,而在距今5.6亿年的时候,出现了动物,据研究最早的动物是海绵,从水生动物发展到陆生动物,渐渐出现了爬行动物,然后是哺乳动物,乃至最终进化出了人类这种高级的智慧生命体。生命进化的这个过程是艰难而缓慢的,而生命的神奇也正在于此,从0到1乃至无穷。

基因的改造


一个DNA拥有无限的可能性,任何生命体中的遗传物质都是由同样结构的DNA组合而成。DNA是生物界的一个通用语言,生命体都通过它来进行有效的复制和变异,从而不断地进化。

既然不同生物之间的单个DNA结构是一样的,那对由一系列DNA片段组成的基因进行改造到底是好还是坏呢?现在就有通过将某些特殊基因移植到细菌中而形成的一种能够自发产生生物燃料的新细菌,这无疑对人类乃至地球环境都是很有益的。

不过,关于转基因食品的话题在这个社会引起了广泛的讨论,褒贬不一。而2014年12月由Intelligence Squared在纽约组织的一场辩论,其主题就是我们是否应该支持转基因产品。这次辩论的正方是世界粮食奖得主Robert Fraley以及加州大学基因组和生物技术研究院Alison Van Eenennaam,而反方则是华盛顿州立大学可持续农业和自然资源中心教授Charles Benbrook等。

很明显这是一场不同于以往的比较专业的转基因辩论。

正方的观点是:转基因是种潜力巨大的技术,能够解决粮食供给问题和杀虫剂的使用问题,对于构建可持续环境很有意义。而且广泛的科学共识也认为这项技术是安全的,也没有任何的实际研究和可靠理论认为转基因会对人类健康带来危害。

反方的观点是:转基因技术会带来抗性基因的发展,这也许会危害人类健康。这一技术的问题可能在现有的观察下还不明显,但防范其可能引起危害的安全措施很多也没有实现。

最后辩论的结果是:辩论开始前,支持者32%,反对者30%,不确定者38%;辩论结束后,支持者60%,反对者31%,不确定者9%。

关于人为地对基因进行改造,孰是孰非,每个人心里应该有个自己的解读吧。

基因的自私性


基因的目的在于传承自身携带的各种遗传信息,所以在进化的过程中,某些精准反映环境的基因不断被保存下来,而那些对于生命无益的基因却被无情抛弃。

而生命个体为了让自身基因能够持续复制下去,往往会表现出其自私性。比如在一个猴群中,只有猴王拥有主动交配的权利,这明显就是其基因自私性造就的。幼鲸以及受伤的鲸鱼有时会无力游上水面,为了援救它们,鲸群中的一些同伴就会把它们托出水面。这种利他的行为看似充满无私性,其实还是可以从基因自私性来解读,因为与他们有亲缘关系的同类,也具有和他们类似的基因,所以挽救他们也是有助于增大其自身基因延续的可能性。

尽管个体基因有其自私性,但是一个违背基因自私性的现实是,物种群体的两性繁殖让基因不再完全复刻,而是能够自由重组成新的基因,这说明基因是有改变和更新的需求,而不是一味地追求个体基因的复制。而这种群体基因的求变性,是为了更大的生命界的生存和繁衍。

在生命漫长的进化过程中,各种生命体之间的基因相互影响相互交流,而这一切的目的都是为了生物界的前进,形成一个共同的生态圈。从基因的角度来看生命的进程,每个生命体都是被注入了基因数据的载体,一切的行为和取向似乎都是为了基因的传承与进化。这种基因论的冷酷性,也许能够让我们更加深入地透过本质来探索我们存在的意义。

脑图联想


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