《复杂生命的起源》

作者：尼克·莱恩

出版：2020-11

评分：9.2

简介：地球生命在地球形成约5亿年后就已出现，然而在这之后的20亿年内，生命一直停滞在简单的细菌水平。在大约20亿~15亿年前，一种拥有精细内部结构和空前能量代谢水平的复杂细胞一跃而出。这份复杂性遗传给了大树和蜜蜂，也遗传给了人类中的你和我。我们与蘑菇有着天壤之别，但在显微镜下观察到的细胞又如此相似。从有性生殖到细胞衰老再到细胞凋亡，复杂生命共有的一套细胞特征在不同的物种间有着惊人的相似程度。生命为什么是现在这个样子？在40亿年的漫长岁月中，从简单的细菌到令人敬畏的复杂生命，这样的演化飞跃事件为何只发生了一次？不得不承认，在生物学的核心地带，横亘着一个巨大的认知黑洞。

01 引言

如果你想了解生命，《复杂生命的起源》是一本非常值得读的书，作者尼克·莱恩不但是作为专家参与了部分结论的研究，同时也对他认同的各种假说进行了严密的论证，仅仅参考文献就占了原书的 20% 以上，文中涉及的化学知识也只需要初中化学就能看懂。

本是一本科普书，但是看完以后，给我的意外收获则是重新思考自己的世界观，活着的意味着什么？两性的意义在哪里？到底怎样才是死亡？最关键的，这也让我重新思考创新以及创新带来的重大局限。

02 大问题

生物按照基因的不同，分为三大域：细菌、古菌和真核生物，在结构上，细菌和古菌也同统称原核生物，它们没有细胞核，而真核生物有细胞核，植物、动物、藻类、真菌和原生生物都属于真核生物，本书的“复杂生命”，就是拥有精良设计的真核生物。

复杂生命的机制比原核生物复杂很多，作者用各种事实中的矛盾，提出复杂生命的起源是一个迷。

一方面，复杂生命一出现就拥有一整套全新的特征，从有性生殖到衰老，没有哪个是在原核生物身上真正出现过，也就是说，真核生物的进化没有发现任何中间类型。

另一方面，就是原生生物诞生至已有 40 亿年，虽然适应能力很强，但是从未在结构上发生什么突破。

作者提出了他的推论：几十亿年以来，地球生命在基因组和环境之外，仿佛还被另一些看不见的因素限制着。

03 能量带来的制约

生命的各种能力由具体的结构决定，而结构又是由基因决定，那么基因由什么决定？我们以为是环境，但是作者认为，除了环境以外，我们忽略了一个很重要的因素，就是能量，作者从如下的角度，证明了来自能量的制约，冥冥中限制了原核生物的演化。

1、生命是能量流。更具体一点就是“氧化还原化学反应”，即从某种供体中获得电子，给与某个受体，只要电子流向正确设定的方向，生命就“活着”，电子不再流动，意味着生命死亡。

正如生物化学家艾伯特·圣哲尔吉（Albert Szent-Györgyi）的诠释：生命不过是一个电子寻找归宿的过程。

2、原始生命的能量来自质子梯度渗透机制。作者带我们回到了生命诞生的环境—-原始海底的碱性热泉喷口，那里特殊的岩石构造，自然形成了一侧有碱性热泉，另一侧有微酸海水的质子梯度（质子梯度可以理解为我们的大坝，水从大坝上面流下来，就能产生能量，在生命中，质子总会从高浓度流向低浓度，质子就是大坝中的“水”，而岩石微孔以及后来演化出来的细胞膜就是大坝），生命就在这些岩石的微孔中产生，直到现在，我们的细胞还是通过质子梯度渗透这样奇怪的机制来产生能量，这与我们的起源息息相关。

3、细胞膜的形成。原始生命演化出了以一种薄膜，替代了岩石中天然的微孔渗透薄壁的功能，这就是细胞膜，这样生物在细胞内可以模拟海底碱性热泉的环境，形成了氧化还原反应，生命有了可以离开海底碱性热泉的资本。

4、细胞膜上的能量机器限制了原核生物的演化。生物所有的能量，都是通过细胞膜上的蛋白质转换成 ATP 形成的，如果原核生物体型扩大，细胞膜上的能量转化机器就无法供给足够的能量支撑庞大的体型，因此原核生物保持相对微小的体型更有生存竞争力，生命在这个状态持续了近 20 亿年，没有发生突破。

04 伟大的内共生

20亿年前，在一次极其偶然的时机，一个细菌进入了另一个古菌的细胞内，它们竟然融合在了一起，细菌逐渐退化成我们现在细胞内的线粒体，细菌的基因则与宿主古菌的基因融合，后来还演化出了细胞核，这样，线粒体专门为宿主细胞提供能量，宿主细胞为线粒体提供生存环境，实现了伟大的“内共生”。

我们的细胞其实就如两个合伙人创办了一个“合伙企业”，这个“合伙企业”的两个创始人（一个古菌和一个细菌）经过不断试错，最终紧密合作，把合伙企业做大了。

这个伟大的时刻，40亿年来只发生过一次，难度在于：

1、进入门槛：古菌和细菌都没有吞噬能力，细菌不知如何进入到古菌体内。

2、融合门槛：这个门槛更高，两个完全不同种类的基因混在一起，一般情况下是相互冲突，造成生命死亡，所以它们的融合是一个奇迹。

通过合作分工，线粒体不断分裂，形成巨大的能量产出基地，从此细胞有了富余的能量，终于有资本向更大、更多样的方向进行演化，形成动物、植物等复杂生命，直至我们人类。

05 混乱的真核生物基因

这一伟大的内共生，解决了能量壁垒，形成复杂生命，但是科学家发现，我们基因的排列非常之混乱，原书中有这么一段：

我们一度被早期的细菌基因研究误导，认为人类染色体上的基因也应该像漂亮的珠串一般，按照有意义的顺序排列。而实际发现的情况，就像遗传学家戴维·潘尼（David Penny）形容的那样：“如果有一个委员会设计了大肠杆菌的基因组，我会很荣幸参与其中。然而如果有一个人类基因组设计委员会，我绝对不会承认跟我有关。即使是那些低能的大学委员会，都不至于把工作做得这么糟。

在真核生物演化早期，线粒体的基因与细胞的基因相互融合，也相互冲突，导致 DNA 中存在着大量的内含子，这些内含子不会被转译成蛋白质，作用不明，如同废物，这让早期真核生物的分裂周期处在可怕的混乱中。

作者通过各种线索证明，复杂生命通过演化出细胞核、两性生殖、线粒体单亲遗传（只遗传母亲的）、卵子早期隔离封存等机制缓解了线粒体基因与核基因融合导致的不匹配问题。

06 衰老的形成

由于我们体内的细胞是由两个不同的主体组成的，虽然配合良好演化至今，依然存在致命缺陷：这就是呼吸蛋白质的质量问题。

负责真核细胞“氧化还原反应”的呼吸蛋白质，是由核细胞基因与线粒体基因共同编码的，而线粒体基因的突变速度是核基因突变速度的10~50倍，细胞分裂次数越多，线粒体基因的突变可能性就越大，一旦线粒体基因出现突变，与此相关的呼吸蛋白质就会出现质量问题，细胞的氧化还原反应（呼吸）就受到影响。

结果就是：本应该按正常呼吸链路行走的电子泄露出来，被氧化成“自由基”。这样原来的电子通路就被截断（上文提到过：“生命不过是一个电子寻找归宿的过程”），但如果电子泄露的不严重，细胞还能生存并一代代分裂下去，但是呼吸性能已经不如以前，这就形成了衰老，如果电子泄露严重，细胞的生命也就走到了终点。

但是，在生殖传承方面，生命演化出惊人的机制解决了线粒体突变的问题，就是线粒体单亲遗传机制，线粒体只遗传母亲的，而女性在发育早期就把卵细胞储存起来，让雌性配子处于雪藏状态，限制线粒体突变的累积，正因为此，现代科学家已经通过线粒体基因追溯到 20 万年前的某个人类共同祖先：线粒体夏娃。也正是通过这样的线粒体单亲遗传机制，“老男人”因为线粒体不遗传给下一代，所以可以不断生产出符合要求的精子。

终究，生命只演化出了解决生殖细胞线粒体突变的问题，但是没有彻底解决其他组织器官的问题，在生命的造物主看来，其他组织器官只需要活到生殖年龄就够了，这就是：不朽的种系，寿命有限的肉体。

07 新的世界观

这是一本足以形成新世界观的科普书，最后谈谈我的五点读后感：

1、找到制约关键因素，是打开高速发展的钥匙。这也是演化的制约，演化并不是万能的，任何事物，总是会被某种因素限制在某个框架中，在复杂生命中，能量就是这个重要因素，如果不解决能量获取问题，任凭基因再怎么演化创新也无济于事，

2、重要的不是竞争，而是合作。一个细菌和古菌，在一个生态位中，是你死我活的竞争关系，但是它们竟偶然地融合在一起分工合作，造就了伟大的“内共生”，顺着这个思路，你就会发现，物种之间的合作场景，远比竞争的要多。与其说谁强大谁能生存，倒不如说谁能更好地与其他主体合作谁就能生存，生物如此，人亦如此，商业还是如此。

3、创新是伟大的，问题是永恒的。伟大的内共生，带来了两个主体的兼容性问题，虽然真核生物“绞尽脑汁”，演化出了细胞核、两性生殖、线粒体单亲遗传等机制，还是带来了我们最恐惧的器官衰竭和死亡，创新带来的问题需要更多的创新来解决，创新演化永不止息

4、混乱不可怕，没有演化才可怕。两个原核细胞融合后，产生了各种混乱，但是通过长期的演化，形成了人类这样的奇迹。我们有时总会抱怨生活工作中的混乱，但是再混乱的局面，只要开始演化，就会产生秩序和创新，我们缺的往往是开始演化的那个决定！

5、你认为的死亡与大自然认为的死亡是两码事。原核生物没有“死亡”的概念，它们一分为二，二分为四，它们就是永生的。但是我们这样高大上的复杂生命要死亡，其实大自然并没让我们死亡，因为我们的生殖细胞也从来没有死过，只要传承下去，我们的细胞也是永生的。

—END—

参考资料：

[1]、尼克·莱恩，《复杂生命的起源》

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