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我们祖先曾经“厌氧”
46亿年前地球诞生以后,实在无法确定最早的生命形式究竟是在什么时候出现的。 一般认为大约是在40亿至35亿年前出现的。 1977年美国哈佛大学的化石专家巴洪,在南非发现了34亿年前的岩石中的含有细菌的化石。 因此,大约35亿年前,地球上肯定已经出现了生命。
人类是呼吸空气中的氧气而生活的,如果没有氧气,就会窒息而死。 因此,大概很多人都认为氧气无论对什么生物而言都是至关重要的。 而远古的地球大气中不含氧气,实际上,细菌中有很多种类一旦有氧就不能存活。 像这样的细菌,因为讨厌现下地球的含氧空气,所以被命名为厌氧菌。此外,原生生物、真菌中也有些种类不需要氧。
35亿年前,我们最早的祖先就是厌氧菌。 此后,在这些厌氧菌中间,出现了像现下的蓝细菌一样能够进行光合作用的细菌。 蓝细菌是蓝藻中一个原始的种类,漂浮在海面上生活。 它的光合作用和植物一样,利用光能,把二氧化碳和水转化成有机物等营养物质,在这个过程中会产生氧气。蓝细菌增加的结果,使得20亿年前地球上的氧逐渐多了起来,不仅是海水中的氧,大气中的氧也开始增加。 这是严重的环境污染,是地球上最早的大规模公害。
我们的祖先,尽管说那个时期还只是细菌,但也可以说正面临着首次出现的重大危机。 很多生物因此而死亡了。 但是,幸运的是地球上的所有生物还不至于全部灭绝,其中进化出了能够利用氧的细菌。 现下根据它们喜欢氧而命名为好氧菌。 地球上仍然还有些地方氧气无法进入。 地面以下很深的地方可能就没有氧气。 在这样的地方,古细菌的祖先勉勉强强地幸存了下来。
在现实中,我们已经变得完全倚赖于氧,没有氧根本就不能生活了。 如果当初人类不得不在没有氧的环境中勉强生活,那恐怕不会有今天这样的繁华景象。
动物、植物如何产生
在地球上的氧逐渐扩散、我们的祖先古细菌类生物陷入危机之前,生物主要是透过发酵的方法从养分中获得能量的。 这是现下的许多厌氧菌、酵母菌等采用的方法。 酸奶就是使用乳酸杆菌发酵牛奶而制成的。 啤酒等的酿造也是利用酵母分解养分而产生酒精。
但是,能积极地利用氧而进化产生的好氧菌,采用的是一种全新的方法──有氧呼吸──来制造能量。 这种方法较之发酵,可以从等量的养分中制造多得多的能量,是一种非常有效的方法。 因此,这种新进化而来的好氧菌在地球上以爆发之势增加了起来。
由于好氧菌的繁荣,从古细菌进化而来的我们的祖先虽然躲避了氧而勉强幸存下来,但在这期间也完成了两项重大的“发明”︰一是细胞中产生了具有核膜的细胞核,为了不让重要的DNA物质受损伤,核膜将它们完全包裹在细胞核中;二是细胞具有了把其他细胞吞噬入自己体内的能力,也就是能把好氧菌和蓝细菌等吞噬到自己的细胞内。
希腊神话中有这样一个故事︰第二代的大神克洛诺斯把自己的孩子一个接一个地吞噬掉。 着名的宙斯是第三代的大神,他也是克洛诺斯的孩子,也曾被他的父亲吞噬过一次,但是他成功地逃脱了出来。 真核生物的祖先也吞噬后来进化产生的好氧菌和细菌,所以有的学人就根据克洛诺斯的神话称之为“克洛诺赛特”。
这里最重要的事件就是吞噬了能够进行有氧呼吸的好氧菌。 根据细胞内共生进化学说的观点,这个事件被专门称为细胞内共生。 大约在15亿年前,某种好氧菌被吞噬到了厌氧菌的细胞中并开始了共生,原本厌氧的生物也能够在有氧的环境中生存了。 之后,被吞噬的好氧菌变成了细胞的线粒体。 这样产生了镶嵌状的细胞,这种细胞就是原生生物、真菌、动物、植物的共同祖先,这也就是此后各种各样进化的根源。 获得了线粒体的真核生物的细胞,不久又吞噬了蓝细菌。 在自己的细胞内进行光合作用获取营养物质,对真核生物而言是非常适合的。 它们进化成了现下的植物。
偶然性”的重大作用
日本遗传学家木村先生发表中性学说的时候,进化被认定是为了适应环境而产生的,即使在分子水准自然选择也还是最重要的。 因此,分子进化的中性学说受到了来自世界各地科学家们的猛烈反对。 此后,由于分子生物学的发展,很快出现了许多新的数据,而这些数据都支援中性学说。
例如,如果说自然选择重要,那么对于生物而言生死攸关的遗传基因似乎也可以快速地进化。 但是实际上,这些生死攸关的基因很难变化。 相反,被认为并不怎么重要的基因变化速度却很快。 这就是说,进化过程中发生的基因变化,大多数并不具有变得比以往更好之积极意义,即大多数的变化是呈“中性的”。 于是,中性学说逐渐被全世界的科学家们接受。 1992年,木村博士被列入了为进化研究做出杰出贡献的人物的行列,与达尔文、孟德尔齐名。
摘自《听基因讲祖先的故事》
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