生命的复杂化

大约40亿年前,在远古海洋富含化学物质的环境中,生命可能已经开始得以发展。科学家们认为,其中的关键就是能够自我复制的复杂有机分子(如DNA)的出现。
在地球历史上的这一时期,大气中并没有臭氧层可以遮挡来自太阳的强烈紫外线辐射。当这些复杂的分子自我复制的时候,太阳光线的辐射可能造成频繁的突变。其中的某些变化会产生更加适应环境的分子结构。自然选择在这种情况下展露无遗。

例如,那些复制频率更高、结构更复杂的大分子往往具有一个优势,那就是它们可以将其他分子吸附过来,成为自己的保护层。实验表明,在模仿的活跃的火山活动环境中,通过冷水的快速降温,氨基酸可以在自身周围形成一个膜的结构。第一个细胞很有可能就是通过这样的方式产生的。
这些原始细胞都是结构简单的类细菌生物,我们称之为原核生物,它们的外层膜中包裹着原生质,那是一种凝胶似的物质,含有一系列大大小小的分子。DNA位于原生质中的一个特定区域,但是并没有什么固定的组织结构。原核细胞可以通过分裂出两个新的细胞来完成复制。这些早期的微生物以远古海洋中丰富的有机分子为食。
大约在34亿年前,随着有机分子的大量产生,进化出一种新的原核微生物。这就是蓝藻,它们采用了一种全新的进食方式:光合作用。光合作用利用阳光中的能量将二氧化碳和水转化为葡萄糖(一种简单的糖),并产生氧气这一副产品。在此之前,氧气对生物是有毒的。也就是从那时起,氧气出现在大气中,各种各样的生命开始依赖它生存。
下一次大的飞跃是18亿年前,更大、更复杂的细胞出现了,它们被称作真核细胞。它们的体内存在一个包含DNA的中心结构——细胞核。此外,真核细胞还有一些具有特定功能的特殊结构,它们被称为细胞器。事实上,某些细胞器拥有自己的DNA,而一些特定的细胞器和某些细菌具有相似之处。据此,美国生物学家琳恩·玛格丽丝在20世纪60年代末总结出了真核细胞与不同种类原核细胞之间的共生(互利)关系。这一理论现在被科学家们所普遍接受。
虽然我们及所有多细胞生物的细胞都属于真核细胞,但是最初的真核细胞却出现在单细胞微生物身上,它们具有许多与现存物种——比如原生动物(具备一定的动物特性)、黏菌(具有一些真菌的特点)和某些藻类(像植物一样可以进行光合作用)——很相似的特点。
也许,真核细胞带来的最显著的创新就是性行为的出现。在有性繁殖中,一部分遗传因素来自父亲,另一部分来自母亲,这就导致了更大的变化。而这种变化可以帮助生物适应不断变化的环境,并加快进化的步伐。

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