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图序—3 牛肺疫支原体(Mycoplasma mycoides)已经属于所有细胞当中最简单的那一类了,但它显然拥有毫不逊色于眼球的高度复杂性。(David Goodsell绘)
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不过,对于那些心急的读者,我们倒也可以提前说出整幅图景中最关键,也最能讽刺整个“钟表匠类比”的部分:威廉·佩利认为石头代表了简单,而钟表代表了复杂,生命是比钟表更复杂的存在。
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但如今看来最可能的情形,却是生命本身就源自各种石头:
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橄榄石,地球深处最常见的石头,能与海水发生持续的水化反应,给生命起源提供源源不断的能量;
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石膏和石灰,地球表面最常见的石头,能够形成错综复杂的矿物管道,给生命起源创造化学反应的条件;
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铁硫矿,地热活动形成的铁的硫化物,能够催化复杂的氧化还原反应,促成了生命起源时的新陈代谢。
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这些石头虽然如此平庸,但是在原始海洋深处,它们构成了最不平庸的立体结构。那是一些像海绵一样错综复杂的沉积物,四通八达的毛细管道在其中纵横交错。这个宇宙中最常见的两种氧化物,水和二氧化碳,就在其中以最巧妙的方式邂逅,并在这些石头的催化之下发生了层层递进的化学反应:简单的无机物变成简单的有机物,简单的有机物又组合成复杂的有机物,一些最复杂的有机物开始催化复制自己的过程,遗传、突变、自然选择,进化就这样悄无声息地开始了。终于,这些有机物进化出了一种隔离机制,可以把自己与周围其他的化学反应统统区分开来。
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事儿就这样成了,第一批原始细胞诞生了!
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所以,有机物的构成细胞看起来如此柔弱,却是由岩石孕育出来的奇迹。直到今天,每一个活细胞的内部,都还镶嵌着数以万计的“岩石碎片”,那是一些金属氧化物的微粒,仍然延续着40亿年前的化学反应,电闪雷鸣般地传递着自由的电子,以此维持着我们全部的新陈代谢。
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威廉·佩利如果知道了此事,该做何感想呢?他以为生命如同钟表,与从来就有的岩石根本不同,然而到头来,生命内部最复杂的地方,竟然也“从来就有”一块块石头!
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我们或许可以借一句俗话——“搬起石头砸了自己的表”。
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延伸阅读眼睛是怎样进化出来的?
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许多人看到眼睛的解剖结构都会不由自主地问:什么样的突变能从零开始,把顽肉改造成这样精密的光学系统?
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早在19世纪初,进化生物学刚出现的时候,这就是一个关键的疑问了。那个时候,人们连神经如何感知光照都不清楚,所以达尔文在写《物种起源》时也承认自己尚未找到可靠的解释,但他提出了一些极富远见的理论预言,在之后的100多年里它们无不得到了充分的验证:
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• 生物视觉器官的进化,始于有色素的细胞。
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• 在简单的色素细胞和复杂的眼睛之间,一定存在过许多处于“中间状态”的视觉器官,它们一个比一个复杂,也一个比一个好用。
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首先,生物的代谢活动往往会制造一些有颜色的物质,这些物质可以被统称为色素。而色素之所以有颜色,就是因为它们会吸收某种频率的光,将其短暂地转变为化学能,生物如果能够及时地捕捉到这些化学能,也就感知到了光。
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一个最简单的经典案例是眼虫。这类单细胞生物属于古虫界,既不是动物也不是植物,既能光合作用也能主动觅食,它们用鞭毛运动,而鞭毛的基部有一个小细胞器,被称为“眼点”,这就是它们名字的由来。
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所谓“眼点”,实际上就是一小滴类胡萝卜素而已,眼虫细胞内的叶绿体就可以大量合成它们,用于在光合作用里吸收蓝紫光。眼点紧挨着鞭毛,鞭毛又恰好是遮光物,当眼虫朝着不同的方向,鞭毛的遮光程度就会不同,也就让眼点接收到不同强度的光照,眼虫据此就可以积极地调节鞭毛的运动方向,游向明亮的地方,促进光合作用了(参见图序—4)。
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图序—4 六只眼虫。细胞里数不清的绿色小颗粒是叶绿体,红色斑点就是眼点,注意右下角那只,它的鞭毛很清晰。(来自Lebendkulturen.de)
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同样的事情也发生在人类身上:视网膜上满满当当地覆盖着感光细胞,感光细胞顶端有像烙饼一样层层叠叠摞起来的内质网膜,内质网膜上密密麻麻地嵌满了视蛋白,这些视蛋白都含有被称为“视黄醛”的色素,这种色素实际上就是维生素A[3]的变体,它一旦接受了恰当波长的光子就会扭曲性状,从而触发各种蛋白质的一系列变化,最终形成神经冲动,传入大脑,让我们感知到光(参见图序—5)。
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至于为什么人们能看到不同颜色的光,那是因为不同的视蛋白能够让视黄醛吸收不同颜色的光,而每一个感光细胞都只集中镶嵌一种视蛋白,所以每个感光细胞都能像显示器的像素一样,给大脑传达一个点的颜色信息。而人眼的视网膜上大概有1.2亿个感光细胞,这么多的颜色信息点汇聚起来,自然就形成丰富多彩的视觉影像。(参见图序—6)
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不过,眼虫的眼点和动物的眼睛没有任何进化上的关系,要回答“眼睛是怎么进化出来的”,我们还要澄清很多事情。比如很多人认为“人进化出了人的眼睛”,然后质疑人眼周围是毫不透明的肌肉和骨骼,不可能突变出光通路需要的透明组织。但眼睛的进化历史要远远长于人类这个物种的进化历史,甚至长于所有脊椎动物的进化历史——它至少要追溯到所有两侧对称动物的共同祖先身上。这个共同祖先突变出了一个控制眼睛发育的关键基因PAX6,数亿年来,这个基因都没有明显的变化,把哺乳动物的PAX6基因切下来放在昆虫身上,昆虫照样长出正常的眼睛。
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