宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个-第14节
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用各种氨基酸与高浓度的天冬氨酸和谷氨酸形成一种蛋白质性质的混合物，把这些混合物放入水中，就出现了微球。它们表现出一些代谢作用，例如它们能把一些有机物分解，它们具有膜一类的结构，能够进行类似芽生的〃生殖作用〃。
当然，团聚体也好，微球也好，都是短命的。它们都称不上细胞，它们的内部还没有什么可利用的稳定结构，周围也没有一个哪怕是很原始的半透性膜。
现在要问，在还没有细胞的时期，有没有其他类型的生物？如果有，可能是什么样子的呢？我们来进行一些臆测。
现在所知道的生命过程都离不开细胞，但是细胞，即便是原核生物的细胞，例如最简单的细菌，内部的结构也很精致、很复杂。看来生命一开始不会以细胞的形式存在，原则上应该有一个非细胞形态的生物，换句话说，就是前细胞形态的生物。
病毒如果算是生物，那么因为它没有细胞结构，它就是一类非细胞形态的生物。它是不是前细胞形态的生物呢？那是另一个问题。病毒不能在细胞外进行复制，换句话说，在细胞外，病毒并没有代谢作用，也不能复制自己，不能产生后代。因此，病毒是否是生物，一直是一个争论的问题，还有理由认为病毒是退化的细菌或者是离开细胞的基因。所以长期以来没有把病毒看做是前细胞生物。
第54节：二、生命演化（5）
现在看来，至少可以从病毒的简单结构推测前细胞的生物类型。我们知道，病毒的基本成分就是遗传物质（DNA或RNA）加上由蛋白质组成的外膜，这样的结构在早期地球的〃热汤〃里可能有条件进行代谢作用和复制自己。最简单的病毒只含有三个基因，一个基因产生出复制酶，一个基因产生出自己所特有的蛋白质，一个基因产生出另一种蛋白质，用于附着在宿主细胞上。类病毒是比病毒更简单的结构，它只是一条RNA，没有蛋白质，但是它一旦进入适宜的细胞（主要是高等植物例如土豆的细胞），就能复制自己并引起宿主出现特有的病症。生命是否可以由类病毒的形式出现呢？这也是一种可能性。
在现代生命系统中，DNA是至高无上的统治者，它是地球上绝大多数生物的遗传物质，即使不含DNA的少数病毒，也是以与DNA有关的RNA作为遗传物质的。因此，在生命物质准备向细胞演化之前，无论它是结构多么简单的前细胞形态，一定不能缺少DNA。DNA的重要性不仅在于作为遗传物质而传递本身，而且更主要的是在于DNA所具有的各种功能。
首先，细胞内的DNA含有生物正常发育、生长和繁殖所需的全部信息，它好比是一套详细、完整的〃生物建筑蓝图〃，决定生物长成什么样子，长到多大，什么时候开始繁殖下一代，甚至什么时候开始衰老，什么时候死亡。
其次，DNA在很大程度上决定了生物的习性。据近年的研究成果，错综迷离的动物行为的根源是可以追溯到遗传物质DNA本身的。
第三，DNA还决定了生物与环境的关系，决定了一种生物能在什么样的环境范围内生存，决定了生物对环境因子变化的反应。
第四，DNA通过〃半保留式的复制〃，可以精确地把其所含的遗传信息从1份变为2份，再变为多份，使得一个细胞可以分裂为多个含有相同DNA的细胞，使得一个小小的受精卵可以长成一个成熟的生物体，使得遗传物质可以精确地从上一代传给下一代，从而才有〃种瓜得瓜，种豆得豆〃，使生命得以延续。
第五，DNA通过RNA的中介和一整套的遗传密码，编码了生物所需的所有蛋白质，决定了蛋白质链中的氨基酸种类及其排列顺序。离开了DNA的指引，细胞内将是混乱一团。
第六，生物能够进化，也完全是由于DNA的存在。DNA在精确复制的同时，还可表现出一定的变异性。可以说，细胞内DNA的变异，特别是DNA整体结构的变异，是生物进化的基础，所有生物进化最终都要归结于DNA的变异。
因此，概括地说，生物细胞内的DNA好比是发号施令的总司令、细胞王国的国王，拥有至高无上的地位和权力、任何重大的指令都是从DNA发出，任何进化都与DNA有关。
第55节：二、生命演化（6）
化学进化所占的时期有多长呢？如果地球的年龄是46亿年，原核生物在36亿年前出现，那么在细胞生物出现前的l0亿年都主要是化学进化的时间。这里有一点值得指出：化学进化的时间应该很长，在地球形成以前就有化学进化，在生命出现以后还有化学进化。但是细胞生物出现以后，化学进化至少在地球上已经不再是很重要的事了，这是因为任何有机物的出现，都会被微生物所利用。而达尔文早就清楚地认识到了这一点。
4．20亿年前…菌类和原核细胞出现
现代生命的物质基础都是细胞。细胞有这样的特性：它把遗传物质和其他与生命密切相关的物质集中在小范围里，保证这些物质在那里有比较高的浓度，使新陈代谢过程得以正常进行。在这里，细胞膜起了特殊的作用。另一方面，细胞有两个基本的功能：一，它能进行特有的新陈代谢；二，它能进行生殖作用。缺少任何一个功能，生命都会停止。
非细胞形态的生物出现在早期地球上可能不止一次，因为这样的生命形态很不稳定，不可能一试就成功。
细胞结构有这样的优点：
第一，它有细胞膜，可以控制物质的交换，可以保证细胞内的大分子经常处于高浓度的状态。如果没有这可贵的膜，细胞物质就会被水冲淡变稀，大分子之间的相互作用就不可能建立了。
第二，它有蛋白质和酶，可以催化细胞内的物质代谢，由此得到能源和碳源，并释放出一些能量供代谢的需要。
第三，它有完整的遗传系统，这包括遗传物质DNA、三类RNA和核糖体以及细胞分裂的机制，由此可以进行DNA的复制，可以产生出RNA和蛋白质（包括酶在内），可以产生出子细胞。
有人认为像病毒那样的非细胞形态的结构，如果在早期地球中，由于基因突变和自然选择可能逐渐发展成原核细胞，一个可能的步骤如下：首先，由于基因突变和自然选择，病毒的体积得到了增大，蛋白质的外膜发展成为原始的细胞膜；其次，也是由于基因突变和自然选择的过程，在原始的细胞膜内，遗传系统逐渐得到完善化；最后，还是由于基因突变和自然选择的过程，在原始的细胞膜内产生出较多种类的酶，于是细胞内的代谢作用逐渐地提高了效率。
可以设想，在早期的地球中，各种类型的非细胞生命都在进行大实验、在彼此〃竞争〃，于是，在长期的自然选择中才出现了原核细胞。
在原始海洋的某个地区或者其他适宜的地方，一旦出现了原始的原核细胞，它就有了相当强的竞争能力，于是它可以逐渐分布到海洋的其他地区去。首先出现的是不能进行光合作用的细菌，理由是某些细菌类型的细胞比较简单，能够进行的工作比较有限。
第56节：二、生命演化（7）
细菌类型的原始生物怎样解决自己的食物问题呢？有理由相信当时海洋里有丰富的有机物，这〃热汤〃可以源源不断地对原始细菌提供能源和碳源。那时地球上的生态系比较单纯，主要成分是原始细菌和〃热汤〃，还有充足的阳光和适宜的温度。
最早的细菌类型的呼吸方式是无氧呼吸…发酵作用。当时的地球没有氧气，另外，如果细胞里要进行有氧呼吸，则需要一套机制，需要一系列的酶和细胞色素，不然就不能利用氧气。按照由简到繁的进化原理，先出现的应该是结构比较简单的细胞类型和呼吸方式。
可以想象，在养分丰富的环境里，温度又适宜，原始细菌会迅速地生长，得到大量的繁殖。经过一个时期，海洋里到处都有了它，于是出现了许多厌氧类型的细菌。经过许多万年，〃热汤〃的浓度逐渐变稀了，一句话，海洋里现成的有机物逐渐减少了。
这样，必然出现了食物问题。
在海洋里的有机物还没有被消耗完以前，原核细胞通过突变和自然选择会产生出新的细胞类型，它能够把简单的物质合成为可以利用的有机物。由此，可能出现这样的细胞：它能够把二氧化碳跟氢化合，产生出有机物，这就提供了一些食物。
接着，也可能出现这样的细胞：它能够固定氮气，把氮气转化成硝酸盐和氮的有机物，这样，食物的种类就得到了增加。
在这样的生化功能的基础上，一些原始细胞可能合成出卟啉和有关的一些其他化合物。卟啉是合成叶绿素等的基本化合物，这就为叶绿素和细胞色素的产生打下了基础。有了叶绿素就可以出现光合作用了，有了细胞色素就可能发展出有氧呼吸的机制了。
这意味着光合作用类型的原核细胞要登上生命的舞台了。
光合作用的出现是进化的一件大事，从此，食物有了新的更大量的来源，于是〃热汤〃的逐渐消失并不能阻碍生命的继续发展。同样重要的是，由光合作用所产生出来的氧气是一种很活泼的气体，它的出现要逐渐从根本上改变地球的环境，比如说，还原性的大气要逐渐变成氧化性的大气。
环境的这种转化要给许多细菌之类的原核生物带来灾难，这是因为氧气对厌氧细菌是有毒的，会把它们杀死。于是原始的细菌在进化中有两条路可走：一是避开有氧气的环境，生活在缺氧的地方；二是逐渐产生出一些能够处理氧气的酶，这就成为好氧细菌。
从与氧气的关系讲，现在基本上有三类细菌：厌氧的、好氧的、无所谓的（即在有氧无氧的条件下都能生存的）。有些细菌具有细胞色素和复杂的酶，利用氧气进行呼吸作用，跟我们人类基本上一样。
第57节：二、生命演化（8）
环境影响生物的进化，这是一方面。另一方面，新生物类型的出现会改变环境。例如，光合作用的出现至少从两方面改变了环境：使大气有了氧气；使食物有了新的来源。于是海洋里的生态系较为复杂了。
5．10亿年前…真核细胞出现
真核细胞跟原核细胞有若干重大的差异：真核细胞有细胞核膜，染色体大多有若干条，染色体由DNA和组蛋白所组成；而原核细胞只有核区，没有核膜，它的染色体只是一条环状的DNA分子，没有组蛋白。真核细胞的细胞质里有若干细胞器，例如线粒体、叶绿体、中心粒、内织网等；原核细胞没有细胞器。这就是说真核细胞和原核细胞之间有明显的鸿沟，界限分明。那么它们在进化中的关系如何呢？ 在生物史中，从化石材料知道，先出现原核细胞，以后才有真核细胞。现在要问真核细胞是怎样来的，是不是起源于原核细胞呢？答案是肯定的。问题是怎样起源的呢？ 由于缺乏若干中间类型，大部分论点是根据已知的生物学知识推论出来的。现在比较流行的一个理论是内共生说。按照这个假说，在原始原核生物的进化中，产生出多种类型的原始生物。
跟这个假说有关的是以下四种生物：
（1）蓝藻类的单细胞，它所含有的叶绿素分布在细胞内一层层的膜上。这是叶绿体类型的生物。
（2）好氧型细菌类的单细胞，细胞里有片层结构能进行呼吸作用。这是线粒体类型的生物。
（3）具有鞭毛的细菌类的单细胞，能活泼游泳。这是代表中心粒类型的游泳生物。
（4）一种细胞较大的生物类型，它具有原始的细胞核，能进行有丝分裂。这可以看作是一种〃前原生动物〃。
结构复杂的真核细胞由以下的步骤发展而来： 那些个体较大的前原生动物被其他原始生物所侵入，或者它吞下其他原始生物。假定是好氧细菌进入了较大细胞的前原生动物里，于是前原生动物可能受害而死亡，也可能把它消化掉，也可能偶而由于突变而能与入侵者〃和平共处〃，于是逐渐发生了共生作用。共生对两种生物都有利，前原生动物形成了有效的呼吸结构线粒体，而共生的好氧细菌得到安生处所。以后又发生了类似的过程，具有鞭毛的小细胞并入上述的具有线粒体的前原生动物，并发生了共生作用，于是它获得了游泳工具和中心粒子，它的活动能力增强了，结构更加复杂了。这是动物细胞的起源，可以看作是鞭毛虫之类的原始动物。
而叶绿体生物（
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