生命的起源過(guò)程
1 引子
什么是生命？在我的博文《對一些最根本問(wèn)題的解答》中有一個(gè)定義，所有能夠具有生存，繁衍，完善進(jìn)化能力的就是生命。這個(gè)定義比較泛，覆蓋了精神心理社會(huì )等等領(lǐng)域。因研究指向原因，本文特指物質(zhì)生命，也就是一般意義下的生命。
生命的產(chǎn)生是一個(gè)巨大的秘密。進(jìn)化論已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)初步的解釋?zhuān)茖W(xué)家們也進(jìn)行了初步的驗證，但是仍然存在很多未知之謎。
進(jìn)化論說(shuō)的是，物競天擇，生存競爭。這只是一個(gè)大道理，并沒(méi)有落實(shí)到具體的進(jìn)化步驟上?？茖W(xué)家們進(jìn)行的驗證是利用無(wú)機物制成原始湯，然后對之施加閃電雷擊，最后從中獲得有機物，蛋白質(zhì)等。但是這與生命仍然存在不小的距離。沒(méi)能回答生命是如何一步一步從無(wú)機物，有機物的世界一步一步的走出來(lái)的。
我這里就開(kāi)始進(jìn)行一個(gè)分析，算是一個(gè)生命誕生過(guò)程的假說(shuō)。生命的存在需要具有一系列的機制，它們分別是：成長(cháng)機制(反饋機制，新陳代謝機制，生產(chǎn)機制)；復制機制(遺傳機制即繁衍機制，演化機制)；隔離機制：生命還需要形成一個(gè)與外界相隔離的界限；協(xié)同機制：多細胞之間的協(xié)同等等。
先把生命產(chǎn)生過(guò)程中的需要的機制想清楚。然后構想這些機制是如何一步步產(chǎn)生的，再在根據概率的考慮(生存競爭)剔除一些想法。
2 生命起源的第一步：復制機制的出現
復制機制的形成過(guò)程：演化和尋找到一種合用的物質(zhì)來(lái)實(shí)現復制機制。
最開(kāi)始的生命擁有成長(cháng)機制，生產(chǎn)機制，復制機制，是在進(jìn)行物質(zhì)爭奪。遍布全球。然后繼續相互競爭。
生產(chǎn)機制形成的過(guò)程：演化和尋找到進(jìn)行生產(chǎn)的機制，完成對特定物質(zhì)的生產(chǎn)和制作。這一點(diǎn)在我們的世界里，出人意料地非常簡(jiǎn)化地就實(shí)現了。首先是低錯誤概率復制(遺傳)機制的產(chǎn)生:通過(guò)隨機過(guò)程獲得含有制造RNA復制酶的RNA片段，這就是生命出現的第一步。
RNA生產(chǎn)RNA復制酶，RNA復制酶反過(guò)來(lái)復制RNA片段，從而使含有RNA復制酶基因的RNA分子遍布世界。這個(gè)過(guò)程實(shí)際上還是屬于化學(xué)反應。這就有點(diǎn)像結晶體的結晶過(guò)程一樣，從一個(gè)晶核出發(fā)，把周?chē)鷿M(mǎn)足條件的物質(zhì)全部變成結晶體。
3 生命起源的第二步：分解機制的出現
我認為，最初的基因就是通過(guò)閃電等在原始的有機湯中生成的，僅含RNA復制酶的基因也是通過(guò)某種隨機的方式：可能是復制的錯誤，也能是自然界的偶發(fā)事件導致新的含RNA酶的基因片段接在了含RNA復制酶的基因片段上。
在具有RNA復制酶的RNA遍布世界過(guò)程中時(shí)，在含有RNA復制酶基因的基礎上當通過(guò)隨機過(guò)程產(chǎn)生具有制造RNA酶和RNA復制酶的RNA分子時(shí)。他們可以生產(chǎn)RNA酶用來(lái)分解RNA，也可以用RNA復制酶來(lái)復制自己。這時(shí)，這個(gè)基因顯然具有比原有基因更具有競爭優(yōu)勢。當這兩種基因混合在一起時(shí)，只含RNA復制酶的基因既會(huì )復制自己，也會(huì )復制同時(shí)還含RNA酶的基因。而含RNA酶的基因可以生產(chǎn)RNA酶來(lái)分解這兩種基因，從而減少只含RNA復制酶的基因數量；不含RNA酶的基因無(wú)法破壞含RNA酶的基因。所以漸漸地，不含RNA酶的基因逐步被淘汰出局。
這一步演化過(guò)程中，直接通過(guò)隨機事件獲得同時(shí)含有RNA酶和RNA復制酶的基因的概率應該遠小于在僅含RNA復制酶的基因上改造的概率。所以我認為，生命誕生歷程中的第二步就是在第一步的基礎上發(fā)生的。
4 生命起源的第三步：選擇性復制機制的出現
含有RNA酶和RNA復制酶的基因進(jìn)一步往下演化，通過(guò)隨機事件提供的演化機制，并通過(guò)生存競爭的選擇，逐步地完善遺傳基因的功能。比如保護自身基因不受RNA酶破壞的選擇性分解機制出現，在特定情況下產(chǎn)生復制行為的選擇性復制機制，這是生命歷程中的第三步?；蛟诋a(chǎn)生的RNA酶和RNA復制酶的結構不斷演化，變得越來(lái)越復雜，分子量越來(lái)越大。其演化的目的是獲得控制RNA酶和RNA復制酶生效的合適條件。當擁有這些機制的基因可以容易地戰勝沒(méi)有這個(gè)機制的基因，獲得更多的生存機會(huì )。生命演化中的這一步，實(shí)際上是為下一步隔離機制的形成打基礎的，也可以合并到下一步去。
5 生命起源的第四步：隔離機制形成(病毒的出現)
生命歷程中的第四步：外殼的形成，也即隔離機制的形成。外殼的生產(chǎn)和組裝也是最初始的合成代謝機制。
這一步也是屬于非常重要的一步。通過(guò)RNA生成蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)不是用于催化生化反應的酶，其作用是隔絕外界，保護脆弱的基因，通過(guò)蛋白質(zhì)構建成基因的外殼。這時(shí)的生命已經(jīng)是接近病毒的結構了，成為一種原始生命體。核酸位于它的中心,稱(chēng)為核心(core)或基因組(genome),蛋白質(zhì)包圍在核心周?chē)?形成了衣殼(capsid).衣殼是病毒粒的主要支架結構和抗原成分,有保護核酸等作用. 隔離機制包含：脫殼、裝配，兩個(gè)機制。病毒均須經(jīng)脫殼，即脫去外被的蛋白質(zhì)釋放核酸，才能進(jìn)行下一步復制。病毒核酸和結構蛋白是分別復制的，然后裝配成完整的病毒粒。最簡(jiǎn)單的裝配方式（如煙草花葉病毒）是核酸與衣殼蛋白相互識別，由衣殼亞單位按一定方式圍繞RNA聚集而成，不借助酶，也無(wú)需能量再生體系。
這一步在生命演化歷程中具有絕對意義。這一步驟進(jìn)一步完善了原始生命的生存機制，和繁殖機制，開(kāi)始正式向生物領(lǐng)域邁進(jìn)。病毒是原始生命，在進(jìn)化為細胞的途中，有從細胞退化后形成的病毒，也有直接從原始病毒進(jìn)化的情形。
生命歷程中的第五步：向DNA－蛋白質(zhì)世界轉變。雖然RNA很適合做遺傳分子并能發(fā)展演化形成廣泛的催化活性，但它化學(xué)功能性的限制使其沒(méi)法裝備起來(lái)迎接環(huán)境中的挑戰和機遇。地球上生命的一個(gè)重要革新是單個(gè)大分子的發(fā)展，即使這種分子中包含一些很不適合復制的亞單位，它們仍具有眾多的催化功能。由RNA指導和催化下的蛋白質(zhì)合成是RNA世界的最高成就，但也隨即開(kāi)始消亡。
DNA遺傳比RNA遺傳的優(yōu)勢在于，DNA更穩定，且能容納比RNA更豐富的遺傳信息。隨演化的繼續往后發(fā)展，RNA已足以容納更多的遺傳信息了。里面的過(guò)程只有簡(jiǎn)單的幾個(gè)演化步驟就能完成，這一步轉變應該是通過(guò)隨機概率，自然選擇獲得的。
RNA具有的幾個(gè)特點(diǎn)使得它適合作為簡(jiǎn)單達爾文系統的基礎：它只有4個(gè)不同亞單位，每個(gè)亞單位的化學(xué)特性非常相似，亞單位被激活并連接在互補模板上后就能聚合，它是多聚陽(yáng)離子，不論序列如何易溶于水它形成的簡(jiǎn)單的二級結構對序列變異高度容忍，同時(shí)在引進(jìn)一些關(guān)鍵性突變后能采取完全不同的結構。所有這些共同點(diǎn)使得RNA與它的DNA和蛋白質(zhì)后繼者相比更顯簡(jiǎn)單。DNA的低活性、高穩定性使得它更適合作為遺傳物質(zhì)，而亞基（包括陰性、陽(yáng)性、疏水性基團）的巨大的化學(xué)多樣性使得蛋白質(zhì)更宜于作為催化功能的基石。而沒(méi)有RNA打下的基礎，這些更復雜的分子也不會(huì )產(chǎn)生上。
RNA世界對地球的統治大約起至42億年前，終止于36億年前。它可能只占了那個(gè)時(shí)期中的一小部分，因為在此之前是前體RNA的世界。在已知的有關(guān)RNA的化學(xué)和生化特征的基礎上，對DNA世界進(jìn)行的研究很大程度上具有推斷性。
隔離機制可以保護基因不受RNA酶或DNA酶的破壞，增加基因的存活概率。
7 從病毒到原核細胞
7.1 內部物質(zhì)合成代謝機制出現
合成代謝機制是在病毒演化過(guò)程中已經(jīng)實(shí)現，也就是蛋白質(zhì)外殼的生產(chǎn)和組裝。往下一步就是生命體內部物質(zhì)合成代謝機制的出現(替代病毒的脫殼組裝機制):主要是廢棄物的排泄機制出現。
7.1.1 進(jìn)入機制
最原始的進(jìn)入機制，其實(shí)就是蛋白質(zhì)外殼上的縫隙，通過(guò)滲透壓的作用，進(jìn)入原初細胞體內。當然隨著(zhù)排泄機制的形成和完善，這個(gè)機制也不斷演化，最后演變成細胞的口器。
最原始的排泄機制，也是通過(guò)蛋白質(zhì)外殼上的縫隙，利用滲透壓的作用，將廢棄物排出原初細胞體內。這個(gè)機制不斷完善的結果是形成高爾基體。利用專(zhuān)門(mén)的分泌泡與外殼作用而排泄出去。
7.1.3 生產(chǎn)機制
這個(gè)機制最初是將在外面的蛋白質(zhì)外殼的生產(chǎn)過(guò)程，簡(jiǎn)單地搬到殼體內部。在內部由DNA指導下完成蛋白質(zhì)的分解和合成。
這個(gè)機制最后完善成為核糖體。
7.1.4 動(dòng)力機制
最初是就像是在殼體外部一樣直接利用化學(xué)反應產(chǎn)生的能量幫助進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，DNA轉錄復制等生理活動(dòng)。后來(lái)，逐步演化形成專(zhuān)門(mén)的膜結構，以幫助更加高效便利地獲得化學(xué)能。
7.2 二分法繁殖機制
二分法繁殖機制就是環(huán)狀DNA在殼體內部繁殖成兩份后，分別移動(dòng)到不同的位置，細胞外殼變形，從中間形成凹陷，最后斷裂開(kāi)。隨即各自在新的DNA指導下，重新修補外殼，成為兩個(gè)生命體。
這個(gè)機制的形成，最初的情形應該是由于原初細胞內部的生產(chǎn)機制和進(jìn)入機制導致殼體內部空間越來(lái)越小，無(wú)法容納全部物質(zhì)，內部滲透壓越來(lái)越大。在滲透壓的作用下，發(fā)生斷裂，隨即對斷裂部位進(jìn)行修補。
這個(gè)過(guò)程通過(guò)遺傳物質(zhì)的復制過(guò)程保留下來(lái)，并不斷固化完善。就獲得了二分裂繁殖手段。
隔離機制可以保護基因不受外界其它生命物質(zhì)的RNA酶或DNA酶的破壞，增加基因的存活概率。生產(chǎn)機制提高有機物的產(chǎn)量和數量，新陳代謝機制，保障生物體不受外界過(guò)多干擾地成長(cháng)。動(dòng)力機制，增加了能源的非唯一性，解決了生物體的能量來(lái)源。二分裂繁殖，可以更加有保障地完整繁殖后代。這一切都大大提高了生物體的生存競爭能力。
當這些機制都完善之后，病毒也就演化成了原核生物。原核生物就形成了一種高效繁殖的生命形態(tài)。擁有極大的競爭優(yōu)勢，和數量?jì)?yōu)勢，改變了病毒數量上的弱勢，和生存能力上的弱勢，從而占據了整個(gè)世界。
當然，也有病毒跟隨原核生物一起繼續演化，和存活。利用原核生物高效制造出的有機物質(zhì)和提供的場(chǎng)所，增加了病毒的生存機會(huì )。病毒也為原核生物提供了另一種可能的演化工具和手段。
7.3 原核生物在生命起源史上的重要意義
形成物質(zhì)能量代謝機制：有保障地為生命活動(dòng)提供一個(gè)合適的內環(huán)境，加快生命活動(dòng)的速度。二分裂方式實(shí)現繁殖機制，解決了殼體丟失的問(wèn)題，保障了遺傳物質(zhì)的安全性，促使生命體穩定快速繁衍后代。對比病毒聽(tīng)天由命的繁衍過(guò)程來(lái)說(shuō)，生物體第一次努力地為自己創(chuàng )造了生存條件，強化了生存能力。
原核生物的誕生，正式宣布了生命的誕生。隨著(zhù)原核生物的誕生，生命演化的腳步不斷提速。
由于原核生物帶來(lái)的成熟和繁殖過(guò)程的加快，移動(dòng)機制產(chǎn)生成為必要。鞭毛就是一種移動(dòng)原核生物所處位置的方法，它可解決了如何更好地傳播擴散遺傳物質(zhì)的問(wèn)題。
根據考古發(fā)現，最早的原核細胞生物在35億年前就已經(jīng)出現，其后種類(lèi)越來(lái)越多。在最早的原核細胞生物分化過(guò)程中，最重要的是古細菌與真細菌的分化。
此時(shí)吞噬機制尚未誕生。
8 原核生物向真核生物的演化
8.1 吞噬機制的誕生
最原始的吞噬機制是，通過(guò)細胞膜折疊，內陷，將食物包裹其中。折疊部分兩端各形成一層膜，并相互分離。包裹食物的分離部分就形成食物泡進(jìn)入細胞體內。
吞噬機制的誕生是源自于為了更好更快地獲得食物，更快地成長(cháng)，加快繁殖的步伐，進(jìn)一步增強競爭能力。當然它的誕生，也是基于隨機產(chǎn)生，通過(guò)生存競爭存活下來(lái)的。
吞噬機制還帶來(lái)了細胞器的產(chǎn)生。一些原核生物被吞噬進(jìn)去之后，并未被溶菌酶分解，而是和吞噬者一起共生，構成一個(gè)復合體。被吞噬者，比如線(xiàn)粒體，葉綠體等，形成了細胞中的重要細胞器。
宿主通過(guò)核膜對自己的遺傳物質(zhì)進(jìn)行保護，協(xié)助和控制寄生體的生產(chǎn)和繁殖。寄生體通過(guò)宿主提供的條件，為宿主提供特定高效的服務(wù)。
協(xié)作共生機制的產(chǎn)生，實(shí)際上加快了生物演化的過(guò)程，減小了隨機變異的苦難程度。通過(guò)這種方式，生物快速地獲得了一些獨立進(jìn)化的高效功能，并淘汰了一些低效的功能實(shí)現。
8.3 轉錄和翻譯分離機制的誕生
因為通過(guò)吞噬機制進(jìn)入內部的這些被吞噬者也會(huì )爭奪無(wú)保護的遺傳物質(zhì)，核膜也就因此而出現。進(jìn)一步通過(guò)核膜分離，使得遺傳物質(zhì)的轉錄和翻譯必須分別在核膜內外進(jìn)行。
8.4 無(wú)絲分裂和有絲分裂繁殖機制的出現
因為細胞器的出現，使得繁殖方式必須演化才能與之相適應。這就是無(wú)絲分裂和有絲分裂的出現。
首先演化出的是無(wú)絲分裂。
無(wú)絲分裂比較簡(jiǎn)單，分裂后遺傳物質(zhì)不一定能平均分配給子細胞，這涉及到遺傳的穩定性等問(wèn)題。無(wú)絲分裂具有獨特的優(yōu)越性，比有絲分裂消耗能量少；分裂迅速并可能同時(shí)形成多個(gè)核；分裂時(shí)細胞核保持正常的生理功能；在不利條件下仍可進(jìn)行細胞分裂。
然后演化出有絲分裂過(guò)程：
有絲分裂是一個(gè)連續的復雜過(guò)程，為了描述方便起見(jiàn)，習慣上按先后順序劃分為間期、前期、中期、后期和末期四個(gè)時(shí)，在前期和中期之間有時(shí)還劃分出一個(gè)前中期。
有絲分裂的重要意義:是將親代細胞的染色體經(jīng)過(guò)復制（實(shí)質(zhì)為DNA的復制）以后，精確地平均分配到兩個(gè)子細胞中去。由于染色體上有遺傳物質(zhì)DNA，因而在生物的親代和子代之間保持了遺傳性狀的穩定性?？梢?jiàn)，細胞的有絲分裂對于生物的遺傳有重要意義。
1+1>2說(shuō)的是一個(gè)集體力量大于個(gè)體力量的道理。實(shí)際上，是作為集體來(lái)說(shuō)，擁有個(gè)體所不存在的一些性狀特征。
通過(guò)分工協(xié)作可以極大地提高整體的效能，簡(jiǎn)化個(gè)體所需要執行任務(wù)的復雜性，減少不必要的浪費，從而提高整體的生存競爭能力。
這一步演化的關(guān)鍵在于協(xié)作機制的誕生：通過(guò)協(xié)作機制，協(xié)調和解決個(gè)體自私和整體生存的矛盾。
這個(gè)機制在真核生物的誕生過(guò)程中已經(jīng)出現。通過(guò)協(xié)作，達到雙方共贏(yíng)的局面，也達到增強整體生存競爭能力的效果。
多細胞生物存在兩種形態(tài)：
9.1 群體單細胞生物
特點(diǎn)：由多個(gè)單細胞個(gè)體聚合而成的群體，但絕大多數群體內的單細胞個(gè)體具有相對獨立性。如盤(pán)藻、空球藻、實(shí)球藻、團藻等。
9.2 多細胞生物
通過(guò)協(xié)作，達到雙方共贏(yíng)的局面，也達到增強整體生存競爭能力的效果。這對多細胞生物來(lái)說(shuō)也是一樣：通過(guò)整體形成的相互影響的信息控制鏈條，使得不斷分裂的細胞實(shí)現分化，獲得特定的功能和性狀。通過(guò)對整體形態(tài)的目標定義，調整各個(gè)細胞的分裂速度和剝離情形。
協(xié)作機制主要包括：分化機制，互利機制，抑制機制。(相關(guān)文章應該存在，這里不再詳細論述。)
多細胞生物必須解決從一個(gè)生殖細胞
9.2.1 多細胞生物繁殖的先天解決方案
一種方式是先天解決方案：這就是生物發(fā)育過(guò)程中的分化機制，和固定形態(tài)機制，這些都是被非常精巧地進(jìn)行控制的。
細胞的基因組通過(guò)細胞分泌的一些發(fā)育調節因子進(jìn)行開(kāi)啟和封閉控制。是一個(gè)自己對自己的閉環(huán)控制，非常精妙，也非常復雜，這會(huì )帶來(lái)較大的演化代價(jià)。但是這種方式可以保證比較精確地得到繁衍復制。
細胞通過(guò)分裂增生，逐步擴大細胞群的數量，在一定條件下，細胞開(kāi)始分泌發(fā)育調節因子。開(kāi)啟和關(guān)閉一些基因組，指導細胞向不同的方向分化。通過(guò)生長(cháng)激素的調節，控制生長(cháng)形態(tài)，構成特定形狀不同的部件。
另一種是后天結合，就是共生關(guān)系：通過(guò)共生一方提供特殊的環(huán)境為共生的另一方提供共生條件，人和闌尾、腸道中的益生菌，比如白蟻與鞭毛蟲(chóng)，地衣中的真菌和藍藻/綠藻。獨立繁殖，相互依存。因為他們是獨立演化，各自的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)共生等關(guān)系互相補充，這樣的演化代價(jià)相對會(huì )小一點(diǎn)。所以共生、共棲和寄生關(guān)系，在生物界非常普遍。他們通過(guò)相互結合補充，帶來(lái)的是快速演化，但是這種方式存在的是繁殖和后代重新組建問(wèn)題。
分化機制帶來(lái)的細胞功能單一高效，同時(shí)不產(chǎn)生過(guò)多的浪費。當然會(huì )浪費一點(diǎn)遺傳物質(zhì)。分化機制主要是降低了了多源繁殖方式演化時(shí)的復雜度。共生機制，降低了遺傳物質(zhì)的浪費，避開(kāi)了細胞分化、誘導、控制等的演化法復雜度，降低了功能演化上的復雜度，可以盡可能地利用演化得到的已有功能低代價(jià)地組合出具有更強競爭優(yōu)勢的物種出來(lái)。帶來(lái)的是多源生物共同繁殖的問(wèn)題，但可以用習俗偏好、甚至文化等方式進(jìn)行解決。
10 進(jìn)一步的研究方向：
建立更加詳細的遠古世界的數字模型，通過(guò)進(jìn)一步的理論分析，計算出各個(gè)機制出現所需要的時(shí)間，并與化石證據相互映證。
通過(guò)這里的分析得到一些結論，和實(shí)際的生物研究情況進(jìn)一步進(jìn)行對照和分析。
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