《复杂生命的起源》的原文摘录
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细胞不需要一条奔流到海的汹涌大江，而是用小运河组成的网络推动它们的磨坊。从能量角度来看，酶的威力不在于它们的催化速度有多快，而在于它们会针对性地发挥力量，引导网络达成最大化输出。 (查看原文) —— 引自章节：3 生命起源的能量 87 -
We can take it for granted that animals need oxygen (even though that is not always true), and have it, so oxygen is a common denominator. ...We tend to think of oxygen as wholesome and good, but in fact from the point of view of primordial biochemistry it is anything but: it is toxic and reactive. As oxygen levels rose, the textbook story goes, this dangerous gas put a heavy selection pressure on the whole microbial world. There are stark tales of the mass extinction to end them all – what Lynn Margulis termed the oxygen ‘holocaust’. (查看原文) -
Oxygen forced new relationships between cells – symbioses and endosymbioses, in which cells traded among and within themselves for the tools of survival. (查看原文) -
Thus the serial endosymbiosis theory claims that eukaryotes are composed of an ensemble of bacteria, forged in a communal enterprise over hundreds of millions of years after the Great Oxidation Event. (查看原文) -
Right up to her premature death from a stroke in 2011, Margulis did indeed hold firm to her belief that eukaryotes are a rich and varied tapestry of endosymbioses. For her, endosymbiosis was a way of life, an underexplored ‘feminine’ avenue of evolution, in which cooperation – ‘networking’, as she called it – trumped the unpleasantly masculine competition between the hunters and hunted. (查看原文) -
闪电能够提供的电子数量完全满足不了生命的需求。紫外线可能是更好的能量来源。……那时候的太阳还年轻，电磁波谱与现在相比更偏高能，在当时没有臭氧层过滤的条件下，紫外线通量比现在大得多，源源不绝地投射到地球以及其它行星上。 (查看原文) —— 引自章节：3 生命起源的能量 87 -
化学渗透偶联还特别灵活，它像是一个公共操作系统，支持多种电子供体和受体即插即用，还允许小范围的改装来产生更好的效果。同样，相关基因可以通过水平基因转移在种群之间交流，就像把新的应用程序安装到其他兼容系统中。所以，化学渗透偶联能让生物的代谢适应几乎任何一种环境，而且适应得非常快。难怪它会一统天下！ (查看原文) —— 引自章节：5 复杂细胞的起源 151 -
吞噬线粒体的宿主细胞是一个古菌，属于古菌域。所有的古菌都是原核生物，顾名思义，它们没有细胞核，没有性别，没有包括吞噬作用在内的一切复杂生命特征。这个宿主细胞在形态方面几乎没有任何复杂度可言。然而，不知如何，它捕获了后来变成线粒体的细菌。自那之后，它オ演化出了所有的复杂特征。如果事实的确如此，那么复杂生命的单一起源很可能有赖于对线粒体的获取，是线粒体触发了复杂生命的狂飙演化。 (查看原文) —— 引自章节：绪 论 为什么生命会是这样？ 1 -
把生命看作一种“低熵状态”，认为它比对应的有机物“浓汤”更加有序，这种观念并不完全准确。生命的组织和有序是以环境更加无序为代价的，而且后者付出的代价更高。 (查看原文) —— 引自章节：2 什么是活着？ 52 -
要跟上尼克的推理，关键之一要把握书中对环境与基因的关系的理解。如果我们把新达尔文主义简单地概括为对环境和基因的二分一一也就是说把环境视为自然选择的施予者，基因是被施予者一一那么，尼克对环境和基因的认识，更接近于美国著名的演化生物学家理查德・陆温顿（ Richard Lewinton）。他们都认为：没有环境就没有生物，没有生 物就没有环境，不能简单地分离二者。所以，尼克能把“能量”注入薛定的“什么是生命”之问，把这个经典的提问转化成“什么是活着”。活着意味着生长与繁殖，这两种生命过程都受制于能量。而能量的实质在于环境，在于生命体结构与环境的关联，在于物理条件对细胞结构和演化的约東。 基于这个逻辑，尼克·菜恩不同意薛定谔“生命抵抗熵”的信条。在尼克看来，生命的组织和有序性，以增加环境的无序性为代价，而且这种代价的数值更高。而有序性的达成有赖于对能量的消耗，进而形成了一种不自然的状态。限制这一演化路径的，正是能量本身。如果该论证成立，那么宇宙中有类似环境条件的其他地方也应该上演着一幕幕能量限制演化的大戏。如果我们解开了地球生命为何如此的谜题，也意味着可以在宇宙的其他地方找到生命。这不仅能为“搜寻地外文明计划”助力，为证明“我们在宇宙中并不孤独”增添更扎实的科学基础，也突破了“生物学研究无法做出预测”的学科桎梏。我们为什么会存在？是否存在创造地球生命的基本法则？尼克认为，如果我们把对生命的理解局限在DNA的信息视角之中，那我们水远在记载过去、记录环境对生命的影响；可是，结合能量理解演化，我们就能找出促使生命演化的环境。这是对生物学研究的重新导航！ (查看原文) —— 引自章节：出版后记 330 -
包括人类在内的所有生物都是耗散结构，都靠各自环境提供的远离平衡态条件支持。呼吸作用的持续反应为细胞提供自由能，用来固定碳，用来生长、合成各种活性中间体，用来把这些构件组成各种长链聚合物（包括碳水化合物、DNA、RNA和蛋白质），还用来增加环境中的熵，让生物本身维持在低熵状态。在没有基因或信息的情况下，只要有持续的活化前驱物供应（活化的氨基酸、核苷酸和脂肪酸）和持续的能量流入，那么某些细胞结构，比如细胞膜和多，就应该能自发形成。能量流和物质流会强制细胞的结构出现，结构成分也许会被替换，但只要这些流入持续不断，结构也会维持下去。原始汤理论中真正缺席的，正是这种持续的能量流和物质流。“汤”里面没有什么东西可以驱动耗散结构（也就是细胞）的形成；没有什么东西可以支持细胞的生长和分裂；也没有什么东西可以在缺乏催化酶引导代谢的情况下，突然变成有生命之物。这些条件听起来很苛刻，那么真的存在某种环境可以满足这些条件，驱动最原始的细胞形成吗？答案是，几乎肯定有。 (查看原文) —— 引自章节：3 生命起源的能量 87 -
真核细胞至少有两个部件来源于细菌内共生：线粒体（复杂细胞中的能量转换器）起源于-变形菌，叶绿体（植物细胞的光合作用机器）起源于蓝细菌。 (查看原文) —— 引自章节：1 什么是生命？ 19 -
“自然讨厌真空”，亚里士多德如是说。两千年后，牛顿的观念与亚里士多德的思想相呼应，两位都在思索，究竟是什么物质填满了空间？牛顿认为，那是一种名为以太（æther）的神秘物质。进入20世纪后，这个观念在物理学领域被破除，落得声名狼藉，不再被主流研究考虑。然而在生态学中，“空白恐惧”（horrorvacui）的观念仍然大行其道。一首古老的童谣形象地描述了“填满所有生态位”的原则：“大跳蚤背上咬着小跳蚤，小跳蚤背上咬着更小的跳蚤，无穷无尽。”每个可以占据的生态位都会被占据，每种生物都精巧地适应自己所处的环境。每个植物、每个动物、每个细菌，本身都是一处栖息地；对于各式各样的跳跃基因、病毒和寄生虫来说，这些场所都是机遇无限的丛林沃野，更不用说对更大型的掠食者意味着什么了。怎么都行，什么都有。 但这只是表象，事实并非如此。绵延不断的生命画卷只是一种表面印象，生命问题的核心赫然存在着一个黑洞。是时候直面生物学中最大的悖论了：为什么地球上所有的生物会被区分为形态简单的原核生物和具有众多复杂特征的真核生物这两大类？真核生物的共同特征，在原核生物中完全找不到。在两种生物之间，一条鸿沟、一团虚无、一片真空，大自然理应不能容忍这种状态。所有的真核生物基本上共有这一切形态特征；而从形态上看，所有的原核生物几乎一样都没有。《圣经》中曾有最准确的描述：“凡有的，还要给他，叫他丰足有余。” (查看原文) -
我认为，至少有一部分真核生物特征是由宿主和内共生体之间的亲密关系塑造而成的，所以它们的出现可以根据基本原理来预测，这些特征包括细胞核、有性生殖、两性，甚至还包括不朽的种系，以及它的代价：寿数有限的肉体。 (查看原文) -
自然选择鼓励变化的情况相当罕见，在大多数情况下它都阻碍改变，会不断清除一个适应度地形（adapative landscape）中的变异尖峰。只有当这个“地形”（即环境）经历了翻天覆地的改变时，自然选择才会鼓励变异，而非压制。而由此带来的演化速度，可能快得惊人。眼睛的演化就是一个绝佳的例子。眼睛出现于寒武纪大爆发时期，在大约两百万年之内就演化出来了。 (查看原文) -
克隆虽然可以制造出完全相同的个体，但反而会因此在不同种群中累积不同的突变，致使它们分化。有性生殖则形成鲜明的对比。有性生殖在种群内部形成基因池，不断地混合匹配各种特征，从而阻止分化。所有真核生物都具有一样的基本特征，这表明它们起源于一个互相交配、进行有性生殖的种群。这又意味着它们的种群不会太大，才能在严格意义上互相交配，形成单一基因池。种群中的任何细胞只要不能进行有性生殖，就无法留下后代。《圣经》又一次言中：“引到永生，那门是窄的，路是小的，找着的人也少。” (查看原文) -
那么，在细菌和古菌中十分普遍的基因分享方式——水平基因转移，可能造成这样的结果吗？与有性生殖一样，水平基因转移也涉及基因重组，也会变换不同的基因组合，造成“流动”的染色体。但是它与有性生殖的不同之处在于，水平基因转移并不是对等交换基因，也没有细胞融合或全基因组的系统性重组。水平基因转移是零敲碎打，而且是单向的，它无法对种群中的个体特征进行各种组合，反而会造成个体之间的分化 (查看原文) -
为什么真核生物有如此破碎的基因？有几个已知的好处。同一个基因可以通过不同的剪接方式拼出不同的蛋白质。例如，免疫系统就可以通过这样的蛋白质重组机制，把不同的蛋白质片段拼接成数十亿种不同的抗体。对于任何细菌或病毒，这样丰富的抗体中总有一款能选择性地黏附上去，形成免疫标记，启动免疫系统中的杀手机器去消灭它们。然而，免疫系统是大型复杂动物后期才发展出来的产物。在演化早期，破碎的基因有什么好处吗？福特·杜利特尔（Ford Doolittle）是20世纪的演化生物学老前辈，他曾在70年代提出一个假说，认为内含子可能出现于生命起源之初。这就是所谓的“内含子早现理论”（introns early）。他认为，早期的基因因为缺少现代基因复杂的修复机制，在复制过程中一定会迅速累积许多错误，这让它们非常容易遭受突变熔毁（mutational meltdown）。因为突变概率很高，DNA的长度会决定DNA上累积的突变数量，所以只有很短的基因组才可能避开突变熔毁的命运。如果只能有很短的DNA，那又如何大量制造各种各样的蛋白质呢？内含子就是解决方案，只需要重新组合许多小片段即可。这个理论非常精彩，至今仍有少数拥趸，不过杜利特尔本人已经倒戈。 (查看原文) -
有性生殖曾被认为是20世纪生物学难题中的“皇后”，不过现在我们深入理解了它的优势（至少相对于严格的无性生殖——比如克隆）。有性生殖可以打破原本固定的基因组合，让自然选择可以“看见”单独的基因，把我们的特质逐个分列出来。这有助于生物抵御寄生物的侵袭，适应变化的环境，以及维持种群中必要的多态性。 (查看原文) -
如果自然选择积极地作用于固定基因组合，结果可能更糟。假设某个关键基因发生了一个罕见且非常有益的突变，它带来的显著优势会让突变扩散至整个种群。继承了这个新突变的生物因为显著的优势，在种群中的占比越来越高；最终，这个突变基因会扩散到“固定”（fixation）的程度，即种群中所有的个体都携带它。然而，自然选择只能“看见”整条染色体。所以这条染色体上的其他99个基因也会搭上优秀基因的便车，在种群中固定下来。这是一种灾难。假设种群中的每个基因都有两三个版本（即两三种等位基因），这100个基因本来可以提供一万到一百万种不同的等位基因组合。但这条染色体固定之后，所有这些多态性都被一扫而空。 (查看原文)
作者: [英] 尼克·莱恩（Nick Lane）
原作名: The Vital Question
isbn: 7569103467
书名: 复杂生命的起源
页数: 336
出品方: 后浪
译者: 严曦
定价: 84.00元
出版社: 贵州大学出版社
出版年: 2020-11
装帧: 精装