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生命的起源：所有生命的共同祖先在40亿年前是怎样诞生的？ [:1700256390]
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·第三步 完备修复·
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让我们来回答一个我们困惑已久的问题：这个赦免到底是什么？
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说穿了很简单，其实就是“完备的修复机制”。
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在第四章，我们说过生命是一台控制系统，这个控制系统的控制对象就是自身，它的控制效果是令自身持存。在那之后，第二幕的正文与“延伸阅读”介绍了一些具体的控制机制，在下一则增章里，我们还会讨论一些更加微观、更加具体的控制细节。但眼下，我们先来关注这样一件事：世界上绝无完美的控制系统，何况生命何其精致，何其复杂，它对自身的控制难道就没有出错的时候吗？
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当然会有。生命体内的任何一种生理过程，大到脊椎动物的一次肌肉运动，小到支原体合成一段RNA，都有可能出现种种错误，给机体带来一些损伤。所以在进化中，生命这个控制系统还必须发展出各种各样的“修复机制”，消除这些错误。如果修复不及时，“生命自身产生的有害变化不断累积，使得新陈代谢不可逆地趋于迟滞，正常的生理功能因此衰退”，衰老也就发生了，所以“完备的修复机制”必须足够强大，让错误永远不会累积到影响新陈代谢与生理功能的地步。
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那么，修复机制要怎样才能达到“完备”呢？
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首先，既然衰老的进程会具体到生命的每一个细胞，完备的修复机制也得有能力清除细胞里的各种错误。比如某些酶失去了活性，不能继续发挥功能，需要分解回收；有些代谢产物浓度失常，影响了细胞里的化学平衡，需要调整产量；有些细胞结构被自由基氧化破坏，不能继续使用，需要拆解再造；等等，都需要细胞启动各种专门的修复机制。
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专门的修复机制需要专门的物质，经过漫长的进化，每个物种的DNA都编码了大量的负责修复机制的RNA和蛋白质，就连DNA自己的损伤也有一套专门的DNA修复机制。我们在第十五章里说过DNA不用碱基U而只用碱基T，那正是这套修复机制的一部分。
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原则上，细胞的修复机制应该能让自己免于老死，否则那个物种也不会绵延下去了。但问题是，这是就物种而言的理想情形，一个现实中的细胞要真想免于老死，还要面对两个大难题。
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在这一步，我们主要讨论第一个障碍：修复机制本身也是控制系统的一部分，同样不可能是完美的。它们只能把错误减少到可以接受的程度，却不能杜绝错误，某些难缠的错误仍然会缓慢地累积下来。比如细胞膜的磷脂氧化变性，蛋白质错误折叠之后堆积聚集，尤其是DNA有可能遇上一些很难修复的损伤，比如负责修复功能的关键基因被破坏了，比如DNA的两条链都出错了，比如DNA的整个结构扭曲了，甚至DNA双链一齐断掉了，等等。这些错误都有可能堆积下来，然后诱发新的错误，最终引发不可逆转的细胞衰老，直至死亡。
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对于这些特别严重的错误，细胞需要一些特殊的修复机制。
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比如说，性行为就在DNA的修复机制中占据了重要的位置，因为它给细胞提供了“抄答案”的机会。
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简单地说，一切生命都有性行为，也就是与其他个体交换DNA的行为。对于原核细胞来说，它们的性行为很多样，除了第二十一章介绍过的“接合”，它们还能以种种方式从环境中摄取DNA。而真核生物的性行为主要是“有性生殖”，也就是受精作用（或者细胞融合）与减数分裂周期更替，这能让细胞直接获得一整套DNA，效率更高。那些二倍体甚至多倍体的真核生物还会在每个细胞里常驻好几套内容相同的DNA。
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DNA损伤毕竟是概率很小的事件，同类的DNA与自己的DNA不可能有同样的损伤，那么，自己的DNA哪里缺了、断了、乱了，只要在同类的DNA上找到对应的序列，复制一遍，也就修复好了。IX这就如同考场舞弊，自己哪道题不会做空下了，就抄别人的。
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不过，DNA的修复机制也不是随随便便就能“抄答案”的。因为DNA编码了那样多的内容，势必拥有惊人的长度。一个细菌的DNA可以长达几厘米，而真核细胞的DNA更可以长达几米，所以这些DNA总是以惊人的密度折叠成一团，蜷缩起来。要全面修复其中的错误，细胞往往需要一个“大修”的机会。
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通常来说，这个机会就是细胞分裂。因为细胞分裂伴随着DNA的复制，细胞会从头到尾把DNA都捋一遍，趁机展开更加全面的检查和修复。同时，细胞内各种物质、各种结构，也都要清点一遍，还会根据需求合成一大批新的出来。经此一番大修，分裂出来的子细胞真可谓“焕然一新”。这就是为什么在之前的讲述里，细胞分裂在赦免中占据了重要的位置。
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但是，正所谓“智者千虑，必有一失”，细胞分裂的全面大修也是控制系统的一部分，还是不能彻底解决第一个大难题，甚至可能带来新的错误。这些错误岂不是全都要随着分裂进入子细胞了吗？这的确是个尖锐的问题，而且是个现实的问题。实际上，我们已经明确地观察到，就连单细胞生物也会因为这样的错误展现出衰老的迹象，也就是上一步开头的时候，我们留待解决的“违反直觉的事情”。X就拿我们最熟悉的大肠杆菌来说，它们的繁殖方式就是直截了当的二分裂，长期以来，我们一直认为这两个细胞就是两个均等的新个体，认为它们都绝对永生。但是如果我们像编写家谱一样仔细追踪这些细胞的分裂谱系，就会发现大肠杆菌每次分裂产生的两个子细胞的代谢速度并不相同，总有一个慢一些。而且在下一次分裂中，那个慢一些的细胞的后代也会先天地慢一些，其中还有一个更慢一些。于是以此类推，每一代分裂都会产生一个代谢更慢，看起来更“衰老”一些的大肠杆菌，它们的适应性也总是更差一些，有更高的死亡率。
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类似的，粟酒裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）是一种单细胞的真菌，一种真核生物。它们无性生殖的主要方式也是一分为二，如果追踪它们的分裂谱系，也同样会发现每一代分裂都会产生代谢更慢的个体。
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图增—13 大肠杆菌每次都从“杆”中央分裂成两个细胞，所以第二代的大肠杆菌有一端直接继承自第一代细胞，另一端是在分裂的过程中新形成的。那么就这样分裂下去，有的子细胞仍然保留着第一代细胞的一端，有的子细胞两端都很新。经过统计，我们发现那些保留着较早世代的某一端的细胞会代谢更慢、分裂更慢、更容易死亡，而两端都很新的就代谢旺盛、分裂迅速，适应性也比较强。另外请注意，现实中的任何一个大肠杆菌都是上一代细胞分裂的产物，所以并不存在“第一代细胞”，这里只是为了方便理解而画上了它。（作者绘）
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看起来，如果这种衰老的趋势一直延续下去，经过足够多次的分裂，那些代谢最慢的个体就会彻底失去分裂能力，然后老死。但是迄今为止，即便持续观察几百代[11]，我们都没有在均等分裂的单细胞生物中观察到停止分裂的个体，所以这种分裂谱系中呈现出来的“衰老”是不是真正的衰老，仍然有些许模糊的地方。
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但是对于那些细胞分裂不均等的单细胞生物来说，衰老就明确得多了。
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酿酒酵母是实验室里最重要的真核细胞模式生物，它们既能有性生殖也能无性生殖，而它们无性生殖的主要方式被称为“出芽”，也就是从一个大细胞上分裂出去一个很小的细胞，这是一种不均等的有丝分裂。那个大细胞在分裂过程中只消耗了很少的物质和能量，所以能以非常快的速度不断出芽，制造大量的子细胞。但是，1993年，我们发现每一个大细胞都不能无限地出芽，它们分裂出大约40个小细胞之后就会停止出芽，然后迅速地凋亡了。后来在2008年，我们发现这种凋亡其实是酵母细胞的“自杀行为”：它们会在分裂足够多次之后启动一些让自己死亡的基因，而如果敲除了这些“自杀基因”，那么酿酒酵母的寿命至少可以延长10倍。XI
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无独有偶，原核细胞模式生物新月柄杆菌（Caulobacter crescentus）也有不均等的分裂，也展现出了类似的衰老机制。这种细菌的生活史很有趣，它们刚刚分裂出来的时候拥有发达的鞭毛，活跃地游动着，而当发现了条件优越的环境就会长出一个柄，固定下来，然后充分利用那里的资源，从另一端不断地分裂出带有鞭毛的新个体，去占领更大的空间。
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