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地球上的第一个活细胞是何时出现的？一类叫作“叠层石”（一层层的单细胞生物化石）的化石给了我们惊人的答案。地球形成后不到10亿年，生命就开始形成并演化。叠层石可追溯到34亿年前，那时生物体已经可以利用太阳光获取能量了（光合作用）。进化需要些时日，于是科学家推测最早的生命大约出现于38亿到35亿年前。
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还有最最令人吃惊的：我们所知道的生命仅出现了一次，而且无疑出现在水里——或许是大海里的某处，可能在海底的某个火山口，那里可以提供源源不断的能量流。地球上的每个生物都有相同的遗传密码，也就是说每个生物都是同一个单细胞生物的后代。很快，那个细胞的后代遍布海洋各处，消耗有机原料，降低了其他类型细胞出现的可能性。生物学家称第一个细胞为所有生物的“最终共同祖先”（Last Universal Common Ancestor，缩写为LUCA）。
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所有生物都是从LUCA进化而来的。初期，它们都是单细胞的形式。目前，生物学家将它们分为3类：古细菌、细菌（两者均没有细胞核）以及真核生物（包含一个细胞核）。但对于如何给生物分类，生物学家依然有争议。
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生命之树
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此图是生物分类的一个版本。对于究竟如何绘制生命之树，生物学家意见不一。但无论如何，人类都是动物的一个小分支，在此树上甚至都没有标注出来。
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几十亿年的细菌
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细菌生龙活虎地进化了20亿到30亿年后，才出现了多细胞植物和动物。那段时期内，细菌产生了4次革新，它们越来越复杂，也改变了它们所在的星球——光合作用、呼吸、单核细胞和有性繁殖。
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最早的细菌所需的食物开始耗尽。或许当时它们只是随意吃点附近的化学成分，但最终这些开始变得稀缺。有一些变异使得细菌开始用空气、阳光和水生产自己所需的所有分子——真是个惊人的革新！
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细菌生产所需化学成分的过程叫作“光合作用”。在这个过程中，叶绿素分子吸收太阳的光子，细胞借助这种能量，将水和空气中的二氧化碳结合，产生碳水化合物以储存能量，同时将游离氧释放到水中。今天植物的光合作用依然是这个过程。人们称这个过程“无疑是地球生命历史上最重要的新陈代谢的革新”（马古利斯和萨根1986，78）。发明光合作用的细菌，与海洋浮游生物一道，时至今日，依然进行着地球上半数的光合作用。
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猜猜下文如何？随着时间推移，光合作用产生的氧气日渐积累到大气中。生命开始出现时，大气中的游离氧非常少，只有1%左右。大约过了30亿年，也就是6亿年前，氧气在大气中所占的比重上升到21%，差不多与今天相同。
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大气中氧气的增多对细菌产生了威胁。氧气是容易引起化学反应的，这就意味着它会与其他原子结合。氧气与细菌结合，致使细菌丧命。后来，有些细菌进化到可以通过与光合作用相反的过程利用氧气。这些细菌吸收氧气，消化碳水化合物，为细胞释放更多的能量，比光合作用释放的能量要多，二氧化碳是这个过程的副产品，被释放到大气中。这个过程叫作“呼吸”。
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好聪明的细菌！负责光合作用的细菌吸收二氧化碳，释放氧气，而“呼吸细菌”则吸收氧气，释放二氧化碳。它们一起形成了能够维持大气平衡的循环系统。
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此时，这些细菌依然是简单的单细胞生物，没有清晰的结构或中心（细胞核），名为“原核生物”，或“无核细胞”（意思是没有中心）。细胞膜包围细胞，细胞膜内不同的化学成分随机飘动游荡。
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这些简单细胞的繁殖方式是一分为二，每个新细胞都是母体的克隆。不过，这些简单细胞通过让临近的细胞进入自己的细胞膜，就可以交换遗传物质。这给它们带来了遗传的灵活性，这是复杂的生物做不到的。它们能快速变异。
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大约过了20亿年（约15亿年前），细菌完成了一次相当艰难的大动作：一些细菌与其他细菌融合。宿主菌没有将进入的细菌食用并消化掉，而是与对方结合，形成了共生关系。通过这种方式，一种新的、更为复杂的细胞产生了，叫作“真核生物”或“有核细胞”，细胞中央是一个受保护的细胞核。
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这些新细胞都非常大，一般比没有细胞核的细胞大10倍到100倍不等。新细胞具备了类似骨架的结构，还有细胞膜包围并保护细胞核中的遗传物质。有核细胞还具备两个小部分，叫作细胞器——之前都是作为独立的细胞存在的。这两个细胞器分别是线粒体和细胞质体（在光合作用的细胞中）。这些细胞器依然具备各自独立的DNA，生物学家由此推知，它们过去是独立的细胞。
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细菌再次重复了这个过程。它们发现了进化成更复杂细胞的方式。此外再也没有新的细胞种类产生。
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我在这部分的描述中把细菌拟人化了，把它们描述得像人一样有意识地进行创造。这么写，是想读者朋友们读起来更有趣些，读者朋友可都是有思想、有意识的生物。不过，我跟多数生物学家一样，认为细菌是没有思想、没有意识的生物。其革新都是环境所喜欢的随机变异，并通过自然选择而传递了下来。这就是自然选择的进化的含义。
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琳恩·马古利斯
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微观世界的特立独行者
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马古利斯是位坚持己见的生物学家，她指出有核细胞一定是在小细菌融合为新类型的细胞时出现的。
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琳恩·马古利斯（Lynn Margulis，1938—2011），美国生物学家，她对有核细胞起源的研究让进化研究延伸到了30亿年前。