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奇异的进化故事:我们祖先曾经“厌氧”

2005-08-31 09:11 长谷川政美 上海科教出版社 阅读 0
核心摘要: 本文追溯了生命从厌氧菌到好氧菌的进化历程,阐述了线粒体通过细胞内共生起源的学说,并介绍了木村资生的中性进化理论,强调偶然事件在进化中的重要作用。文章以通俗易懂的语言,结合科学证据,揭示了人类祖先从厌氧到需氧的转变过程,以及这一过程对现代生物系统的深远影响。

46亿年前地球诞生后,最早的生命形式出现时间尚不确定,一般认为约在40亿至35亿年前。1977年,哈佛大学化石专家巴洪在南非发现34亿年前岩石中的细菌化石,表明约35亿年前地球已存在生命。

人类依赖氧气生存,但远古地球大气中不含氧气。许多细菌在无氧环境中存活,被称为厌氧菌。35亿年前,我们的最早祖先就是厌氧菌。随后,出现了类似蓝细菌的光合作用细菌,它们利用光能将二氧化碳和水转化为有机物,并释放氧气。蓝细菌的增殖导致20亿年前地球氧气增加,成为最早的大规模环境变化。

我们的祖先面临危机,许多生物死亡,但部分细菌进化出利用氧气的能力,成为好氧菌。同时,一些古细菌在无氧环境中幸存。

在氧气扩散前,生物主要通过发酵获取能量,如乳酸杆菌发酵牛奶制酸奶,酵母分解养分产酒精。好氧菌采用有氧呼吸,从等量养分中产生更多能量,从而迅速繁衍。

真核生物祖先完成了两项重要“发明”:细胞核的形成,将DNA包裹在核膜内;以及吞噬其他细胞的能力,如吞噬好氧菌和蓝细菌。约15亿年前,某种好氧菌被吞噬到厌氧菌细胞中并共生,最终演变为线粒体。这产生了原生生物、真菌、动物和植物的共同祖先。随后,真核细胞吞噬蓝细菌,演变为植物。

线粒体和叶绿体具有独立DNA和蛋白质合成体系,支持共生学说。人类细胞的根源可追溯至好氧真细菌在古细菌样厌氧单细胞生物体内的共生。

日本遗传学家木村资生提出中性学说,认为大多数基因变异是中性的,对自然选择无好坏影响。例如,人、牛和猪的胰岛素氨基酸序列差异不影响功能。中性学说强调偶然事件在进化中的作用,即“幸者生存”而非“适者生存”。这一观点对理解竞争社会具有深远意义。

摘自《听基因讲祖先的故事》,长谷川政美等著,上海科教出版社2005年7月版。

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