随看随想

    《复杂生命的起源》这本书探讨了地球生命演化之谜，本文选自全书的最后一章。生命的起源复杂而神秘，每一种生命都是在复杂的环境中与之斗争、适应而演化过来的，每一个生命都异常珍贵，每一个生命的诞生都是一个奇迹。人类还未在宇宙找到第二个与我们相似的生命存在，作者告诉我们，宇宙中即使存在其他生命，也是异常罕见的。教育者阅读此书，虽然会被其中的科学概念困惑，但我们的专业和生物学类似，生命需要合适的环境，与生命打交道的教育亦然，想必读后会有许多共鸣。（杨赢）

    本书是一个大胆的尝试，试图预测生命为什么会是这样。大致看来，明神海丘准核细胞正在重走一条平行的演化之路，从细菌祖先通往复杂的生命形态。在宇宙中的其他地方，生命是否也会沿着同样的演化之路发展呢？这取决于出发点，也就是生命的起源。我认为，同样的起源也很可能一再重演。

    地球上所有的生命都使用化学渗透，都依靠跨膜质子梯度驱动碳代谢和能量代谢。我们已经探讨了这个奇特机制可能的起源与后果。维持生命需要持续的动力，需要永不停止的化学反应制造出各种活性中间体包括副产物ATP。这些分子才能驱动形成细胞所需的耗能反应。生命诞生之初，碳流和能量流必定更加充裕，因为那时还没有演化出生物催化剂，无法把代谢反应限制在狭窄的路径中。

    ……

    适合生命起源的环境普遍存在于宇宙中，但又有一系列严格的条件控制着最终的走向。在这样的生命起源场景中，宇宙中其他地方的生命很可能也依赖化学渗透，所以也会面临相似的机遇和限制。化学渗透偶联赋予生命无限的代谢多样性，让细胞几乎可以利用任何物质“进食”和“呼吸”。细菌之所以能利用水平基因转移共享基因，是因为遗传密码为万物共有。同理，因为所有生物都使用化学渗透偶联的操作系统，那些适应各种不同环境的代谢套装，就可以在生物之间互相传递、即插即用。如果说，在宇宙其他地方(包括我们的太阳系)找到的细菌不是以同样的方式生存、不依靠氧化还原反应和跨膜质子梯度提供能量，那才真叫人吃惊。因为这些现象都可以根据基本原理预测到。

    我认为可以得出合理的结论：宇宙中的复杂生命很罕见。自然选择中不存在固有的倾向去促使人类或是其他复杂生命出现。生命最有可能的状态，是停滞在细菌那种复杂度的水平，虽然我没法给出任何统计概率。明神海丘准核细胞的发现可能会鼓励很多研究者：如果地球上都多次出现了复杂生命的起源，那么在宇宙其他地方可能也会比较常见吧？也许是这样。但是我可以更确定地说，基于能量的原因，复杂生命的演化需要两个原核生物之间的内共生；这是一个罕见的随机事件，罕见到怪异的程度，随后两个细胞之间的激烈冲突又使其难上加难。只有度过这个艰险的阶段之后，复杂生命才回到标准的自然选择演化道路上。我们论证了很多真核生物共有特征都可以根据基本原理预测，从细胞核到有性生殖。我们还可以更进一步：两性的演化、生殖细胞与体细胞的区别、细胞程序性死亡、嵌合式线粒体、有氧代谢能力和生殖力之间的平衡、适应性与疾病、衰老与死亡，所有这些特征的出现，都源于“细胞中的细胞”这个出发点，也都可以预测。如果演化从头再来一次，它们还会重现吗？我认为大致都会。我们早就应该从能量角度研究演化了，这样的方法能为自然选择提供可预测的基础。能量的要求远比基因严苛。看看你的周围，这个美妙的世界反映了基因突变和重组的伟力，它们是自然选择的基础。

    窗外的大树和你有部分基因相同，但你和树在大约15亿年前的真核生物演化早期就已分道扬镳，各自沿着不同的路径前行。突变、重组和自然选择造就了不同的基因，而不同的基因为你和树规划了不同的路径。你在树林中奔跑，偶尔还喜欢爬树；而树木在微风中轻轻摇曳，用最神奇的生化魔术把空气转变成更多的树。你和大树之间这么多的差异，全都刻写在基因之中。这些基因都源自共同的祖先，但是现在却大多分化歧异，让人很难辨认出任何相似性。所有这些变化，都在漫长的演化旅程中被允许、被选择。基因几乎是无限宽容：任何可能发生的，都会发生。

    但是那棵树也有线粒体。线粒体的运作方式与叶绿体差不多，无数电子在亿万条呼吸链中永不停息地流动，无数质子被泵出线粒体内膜。大树一直在做这些事，你也一直在做这些事。这些电子与质子的循环从你还在母亲的子宫中开始，就支撑着你的生命：你每秒钟要泵出10个质子，从不间断。你的线粒体来自母亲的卵子，这是她留给你最珍贵的礼物。这份生命之礼，可以一代一代、毫无间断地追溯到40亿年前深海热液喷口之处，生命最初的扰动……

    能量流令人惊叹，却又冷峻无情。哪怕是几分钟、几秒钟的改变，都可能让生命的实验走向终点。孢子可以躲避能量流的严厉，沉入代谢的休眠，醒来时继续幸运的生存；但其余所有的生物，包括我们，仍然要随时依赖这样的能量机制，与最初的活细胞没有区别。这些机制从未发生过根本改变。怎么可能改变呢？活着才有生命，而活着就需要永不停息的能量流。所以，能量流对演化路径施加了严格的限制，决定了什么可以，什么不行。细菌一直都是细菌，永远不能改动供给它们力量生长分裂、征服世界的火焰。一次偶然的意外：原核生物之间的内共生事件，终于突破了能量之障。但它也没有改动生命之火，而是在每个真核细胞中引燃星星点点的火种，最终演化出复杂生命。我们人类的生理与演化，完全依赖于火焰的继续燃烧，而火光也照亮了我们的过去与现在，种种不可索解之处。我们的头脑，宇宙中最不可思议的生物机器，被永恒的能量之流驱动，现在可以思考自身，追问生命为什么会是这样。这又是演化中何等的幸运!

    愿质子动力与你同在！

    （选自尼克·莱恩《复杂生命的起源》，严曦译，贵州大学出版社2020年版）