緒論:寫作既是個(gè)人情感的抒發(fā),也是對學(xué)術(shù)真理的探索,歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇單細(xì)胞生物起源范文,希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。
“在手表中存在的每一個(gè)加工的跡象,每一個(gè)設(shè)計(jì)的表現(xiàn),在大自然的產(chǎn)物中也都存在著;并且,大自然的產(chǎn)物遠(yuǎn)勝手表,超出了一切人為的計(jì)算?!?/p>
既然手表一定有一個(gè)創(chuàng)造它的手表匠,大自然也就應(yīng)該有一個(gè)設(shè)計(jì)它的萬能的設(shè)計(jì)者,也就是上帝。
佩利的“手表類比”一經(jīng)提出,懷疑論者休謨等人就在邏輯上給予反駁:手表匠要利用材料才能制造手表,而上帝卻要從無中創(chuàng)造出自然界,二者不是一碼事。機(jī)器有許多許多種,如果你在沙灘上見到一輛車,見到一臺收音機(jī),總不至于認(rèn)為它們也都是由手表匠制造出來的吧?依此類比,自然界有各種各樣的產(chǎn)物,也應(yīng)該有各種各樣的設(shè)計(jì)者,而不應(yīng)該只有一個(gè)上帝。如果一塊手表不是完美的,我們就可以推知它的制造者不是完美的;因?yàn)樽匀唤绮⒉皇峭昝赖模陨系垡簿筒皇峭昝?、萬能的了?
這個(gè)類比在邏輯上還有最致命的一點(diǎn):它先假定大自然沒有加工、設(shè)計(jì)的跡象,所以荒野中的手表才會顯得突兀;但是它馬上又假定大自然充滿了加工、設(shè)計(jì)的跡象,所以才像手表一樣需要有一個(gè)設(shè)計(jì)者。這樣,這個(gè)類比就不是自洽的,在邏輯上也就不成立了。
然而,盡管“手表類比”在邏輯上被駁倒,但天地萬物的由來問題卻并不因此而得到解決。如果我們不能對自然界,特別是最為復(fù)雜的生物界的起源給出一個(gè)科學(xué)的解釋,上帝的陰影就無法排除。到了19世紀(jì)中葉,現(xiàn)代生物學(xué)之父達(dá)爾文對生物界復(fù)雜性的起源交出了第一個(gè)科學(xué)答案:自然選擇完全可以代替上帝作為生物界的設(shè)計(jì)者。在自然選擇的作用下,復(fù)雜的生物體可以經(jīng)由最簡單的生物體一步一步進(jìn)化而來。佩利曾經(jīng)拿人眼跟望遠(yuǎn)鏡做比較,推斷只有上帝才能設(shè)計(jì)出構(gòu)造遠(yuǎn)比望遠(yuǎn)鏡復(fù)雜、完善的人眼。因此,達(dá)爾文在《物種起源》中專門用一節(jié)討論了眼睛的進(jìn)化,通過比較現(xiàn)存生物或簡單或復(fù)雜的眼睛,證明人眼并非不可能從無到有,從簡單(比如單細(xì)胞生物的眼點(diǎn))到復(fù)雜逐漸進(jìn)化而來。他非常自信地寫道:
“如果有誰能夠證明存在著任何一樣不可能經(jīng)由為數(shù)眾多的、逐漸的、輕微的改動而形成的復(fù)雜器官,那么我的理論將絕對破產(chǎn)?!?/p>
這種假說認(rèn)為生物可以隨時(shí)由非生物產(chǎn)生,如中國古代的“肉腐出蟲,魚枯生蠹”;西方有關(guān)生命起源的實(shí)驗(yàn)是通過單細(xì)胞繁衍進(jìn)化開始研究的,從單細(xì)胞的草履蟲的滋生開始演變;然后是以細(xì)胞分裂為繁衍后代的方式到多細(xì)胞生物誕生變異逐步發(fā)展進(jìn)化為動物的過程;證實(shí)了肉湯變腐里面存在微生物生命的一種進(jìn)化,否定了肉湯變腐是自然發(fā)生說的論點(diǎn)。
二、生生論
生生論認(rèn)為生物不能自然發(fā)生,只能由其親代產(chǎn)生。此種看法沒有回答“最早的生物從何而來”的問題。
三、宇宙胚種論(宇宙發(fā)生說)
這種假說認(rèn)為地球上最初的生物來自別的星球或宇宙胚種,它們可以通過隕石或其他運(yùn)載工具而到達(dá)我們生存的地球。我們可以通過物理現(xiàn)象證明宇宙胚種論只是一種原始的臆想。宇宙間存在著高能量的放射線、紫外線、含有各種波段的放射性物質(zhì)。含有生命體征的微生物孢子不用考慮如何穿越高壓大氣層,只是單單這些射線的輻射強(qiáng)度足可以殺死任何帶有生命跡象的微生物。地球上見到的碳質(zhì)隕石中含有大量的氨基酸、蛋白質(zhì)、有機(jī)分子,雖然有科學(xué)證明可以演變?yōu)樵忌荒苷f明其隕石攜帶的是養(yǎng)分和可供生物繁衍的外界物質(zhì),和生命基本體征無關(guān)。地球上最早的胚種起源直接借助這些有機(jī)成分滋養(yǎng),配合合適的溫度氣候才從單細(xì)胞到多細(xì)胞一步一步進(jìn)化而來,并非直接胚胎進(jìn)化那么簡便單一。
四、化學(xué)進(jìn)化論
在廣袤的地球上,在空氣、水的作用下,無機(jī)物經(jīng)過大氣、陽光、水的作用從無機(jī)物發(fā)展成有機(jī)物;有機(jī)物繁衍成單細(xì)胞生物、單細(xì)胞生物繁衍成多細(xì)胞生物、多細(xì)胞生物形成帶有生命體征的胚胎;胚胎進(jìn)化成高級生物。這種看法比較符合科學(xué)事實(shí)。化學(xué)進(jìn)化論最初由蘇聯(lián)學(xué)者奧巴林(1924)和英國學(xué)者霍爾丹(1929)提出,已為越來越多的科學(xué)事實(shí)所證實(shí)?;瘜W(xué)進(jìn)化的基本過程如下:
1.由無機(jī)物生成有機(jī)小分子物質(zhì)。原始地球的大氣是無游離氧的還原性大氣,包括H2、NH3、CH4、CO2、H2S、水蒸氣等,它們在高溫、紫外線、雷電、宇宙射線等原始地球條件的作用下,能合成氨基酸等組成生物體的有機(jī)小分子,這一過程已于1953年由美國學(xué)者米勒模擬原始地球的條件和原始大氣成分,在實(shí)驗(yàn)室中合成了有機(jī)物。米勒認(rèn)為,“原始地球上盡管不能形成生命,但能形成構(gòu)成生物體的有機(jī)物”。原始地球上由無機(jī)物分子進(jìn)化成有機(jī)物分子是一種化學(xué)生成的基本反映。
2.由有機(jī)物單排列分子分裂成復(fù)雜的有機(jī)物分子群??梢酝葡?,有機(jī)物合成以后,被雨水沖淋,而后匯集到原始海洋中的有機(jī)小分子(單體),經(jīng)海浪的撞擊,濃縮、蒸發(fā)、聚合等,彼此的相互作用,可以形成蛋白質(zhì)、核酸等有機(jī)大分子(聚合體)。1965年7月,我國生物學(xué)家合成了具有生物活性的結(jié)晶牛胰島素;1981年,我國生物化學(xué)工作者王德寶等合成了酵母丙氨酸轉(zhuǎn)移核糖核酸。這些成果說明了,原始地球上的有機(jī)小分子物質(zhì),在原始海洋中,經(jīng)過長期的生物化學(xué)變化形成有機(jī)物單排列分子分裂成復(fù)雜的有機(jī)物分子群。
中圖分類號:G632 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2015)17-259-01
實(shí)驗(yàn)是生物的靈魂。生物實(shí)驗(yàn)是學(xué)生掌握科學(xué)知識,培養(yǎng)觀察能力和分析能力,創(chuàng)新精神和探究精神的重要方法。而在實(shí)際的教學(xué)中,學(xué)生對生物的興趣往往也起源于實(shí)驗(yàn)的神奇。興趣正是最好的老師,能夠提供無窮的動力。在興趣的引領(lǐng)下動手參與各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)活動,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,思考實(shí)驗(yàn)原理和結(jié)論,也能提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。
一、學(xué)生不是“看客”
根據(jù)新課改理念,鼓勵學(xué)生動手探究,培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和創(chuàng)新精神。蘇教版教材也安排了許多探究活動。但是在實(shí)際的教學(xué)過程中,由于受到學(xué)校條件的約束、課時(shí)安排的限制、對于學(xué)生管理的擔(dān)憂,很多探究活動都沒有落實(shí)到實(shí)處。我覺得生物學(xué)習(xí)與獲得預(yù)期效果相比,感受學(xué)習(xí)的過程、體驗(yàn)探究的樂趣更為重要。
課堂應(yīng)以學(xué)生為主體,在教學(xué)過程中,凡是有條件給學(xué)生動手的實(shí)驗(yàn),一定要放手讓學(xué)生動起來。如探究實(shí)驗(yàn):《影響鼠婦分布的環(huán)境因素》。鼠婦很容易尋找到,實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生也完全能夠勝任。因此我請同學(xué)分組后,自備實(shí)驗(yàn)材料,在課堂上進(jìn)行探究。有些小組采用紙板遮光、有些采用電筒照射、有些拿課本遮擋、有些就拿張白紙等等,最后獲得的實(shí)驗(yàn)效果截然不同。于是我乘勝追擊請同學(xué)們談?wù)摲治鍪『统晒Φ脑?,得出會影響鼠婦分布的環(huán)境因素。這節(jié)課不止氣氛熱烈,學(xué)生也感受到了探究的快樂、集體的力量、成功時(shí)的自豪感。
通過請學(xué)生動手操作實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論,將學(xué)生從“看客”的站臺引領(lǐng)到課堂的主體地位上,真正做到學(xué)習(xí)的主人,化被動為主動。
二、走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室
有一些探究實(shí)驗(yàn)的操作要求較高,在教室中分組完成可能難以進(jìn)行。但只有學(xué)生的主動參與、動手體驗(yàn),才能感受生物實(shí)驗(yàn)的魅力,并在實(shí)際操作中將相應(yīng)的知識真正理解。
老師不應(yīng)該只是把這些活動流于形式,應(yīng)在有限的課堂教學(xué)中盡可能地開展探究活動。在學(xué)校條件允許的前提下,可以帶學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,分組嘗試探究實(shí)驗(yàn),真正感受生物的魅力。如《觀察洋蔥鱗片葉表皮細(xì)胞》的實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作中,有些同學(xué)取的是紫色面、有的取了透明的鱗片葉,在顯微鏡下的實(shí)驗(yàn)效果差異很明顯。通過這兩組同學(xué)交換觀察的方法,使他們在實(shí)踐中認(rèn)識到染色的原因。而取材料的方法,不同小組也存在差異:有些小組直接切下了厚厚的一塊皮、有些輕輕地撕下了一層,還有同學(xué)切下一片后用刀片背面刮去葉肉。當(dāng)看到不同的操作時(shí),我并沒有制止和規(guī)范,而是在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí),請不同小組的同學(xué)介紹自己的操作方法和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,再請同學(xué)們分析哪種操作更簡便、效果更好。
通過實(shí)際操作,能夠更好的發(fā)現(xiàn)問題,只要及時(shí)地聯(lián)系理論知識引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析,就能獲得比在課堂多講幾遍更好的學(xué)習(xí)效果。也能極大地喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。
三、對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“二次開發(fā)”
現(xiàn)行教材強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的探究意識,安排了許多探究觀察活動。但有一些理論性強(qiáng)的常規(guī)課,也有挖掘出探究活動的價(jià)值。讓學(xué)生在“探究”過程中獲得學(xué)習(xí)的方法、感悟?qū)W習(xí)的樂趣、體驗(yàn)探索與創(chuàng)造的艱辛和成功時(shí)的幸福。
在實(shí)踐教學(xué)和前輩的指導(dǎo)下,我將《單細(xì)胞生物》設(shè)計(jì)為一節(jié)完整的探究課,分為兩個(gè)板塊進(jìn)行。圍繞單細(xì)胞生物這個(gè)主題,探究一:探究草履蟲是不是單細(xì)胞結(jié)構(gòu)。引導(dǎo)學(xué)生采用觀察模型、收集信息的探究方法,認(rèn)識草履蟲的結(jié)構(gòu)組成。對比細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu),得出結(jié)論:草履蟲是單細(xì)胞生物。探究二:探究草履蟲是不是生物。聯(lián)系判斷生物的標(biāo)準(zhǔn):是否具有生命特征,逐一進(jìn)行探究。生物體對外界刺激能夠做出反應(yīng):引導(dǎo)學(xué)生拿出鹽、糖等實(shí)驗(yàn)材料,分組進(jìn)行探究,通過熱烈的探究活動,得出草履蟲能夠趨利避害的結(jié)論。
以這樣的完整探究模式能夠創(chuàng)造出民主的學(xué)習(xí)氛圍,更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和思維能力。
四、體驗(yàn)家庭小實(shí)驗(yàn)
學(xué)校的教學(xué)時(shí)間有限,學(xué)生對于生物實(shí)驗(yàn)的興趣不只停留在課堂上。因此可以開辟出更廣闊的學(xué)習(xí)空間,增加學(xué)生的動手機(jī)會。根據(jù)蘇教版生物的教材安排和學(xué)生的實(shí)際情況,我補(bǔ)充了幾個(gè)家庭實(shí)驗(yàn),但不規(guī)定實(shí)驗(yàn)方案。鼓勵學(xué)生分實(shí)驗(yàn)小組在已掌握的理論知識基礎(chǔ)上大膽假設(shè)和思考。培養(yǎng)學(xué)生良好的思維習(xí)慣、探究意識和創(chuàng)新能力,并在合作探究的過程中體會集體的力量,學(xué)會合作學(xué)習(xí)。如:
《綠葉在光下制造淀粉》,這個(gè)實(shí)驗(yàn)由于需要的實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長,如果在課堂上進(jìn)行沒有足夠的課時(shí)安排,而且也會限制參與動手的人數(shù)。因此我將這個(gè)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到了家庭中,請同學(xué)就拿自己家中的盆栽作為實(shí)驗(yàn)對象,在課堂上把葉子帶來,我們挑一部分進(jìn)行檢驗(yàn)。雖然有些同學(xué)選的植物葉子含淀粉量少,效果不明顯,有些同學(xué)操作馬虎也沒有獲得預(yù)期的現(xiàn)象,但是看到自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在課堂上展示出來,同學(xué)們獲得了很大的滿足感。課堂上更愿意動腦思考了。
再如《觀察鰲蝦》的實(shí)驗(yàn),我請同學(xué)們和父母做一個(gè)親子互動。在家中一起對鰲蝦進(jìn)行解剖,并請同學(xué)們做小老師向父母介紹鰲蝦的各個(gè)結(jié)構(gòu)。然后用鰲蝦的各部分設(shè)計(jì)一個(gè)粘貼畫,選出優(yōu)秀的作品進(jìn)行展示。這樣的探究活動促進(jìn)了孩子和父母的情感交流,也使學(xué)生有了學(xué)習(xí)生物的自豪感。
這些有趣的實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活緊密相連,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,也給了學(xué)生在父母面前展示才能的機(jī)會。在“玩”實(shí)驗(yàn)中對生物知識進(jìn)行應(yīng)用和遷移,真正做到寓教于樂。
動手實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取知識和進(jìn)行創(chuàng)新活動的重要途徑,也是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果的重要手段。通過各種形式的動手實(shí)驗(yàn),使學(xué)生真正感受到生物的魅力,將為考試而學(xué),轉(zhuǎn)化為為興趣而學(xué);將被動接受轉(zhuǎn)化為主動獲取。
我們又該怎么看待這一全新的事物?
看點(diǎn)一:是否屬于“人造生命”
“人造生命”誕生后,在醫(yī)學(xué)網(wǎng)絡(luò)上,就其是否屬于真正的“人造”,科研人員持不同的意見。
一位網(wǎng)友在某著名生命科學(xué)論壇上指出,如果只有基因組是人工合成的,其他部分是從自然界借來的,不能稱為人造生命。如果完全由無機(jī)物質(zhì)(原子)開始建構(gòu),最后成為有生命的生物體,才能真正稱為人造生命。
支持這位網(wǎng)友觀點(diǎn)的學(xué)者指出,在人造生命中,各種細(xì)胞器(例如核糖體、高爾基體等)、細(xì)胞膜(如核膜)等,以及細(xì)胞整個(gè)復(fù)雜的膜D質(zhì)D核系統(tǒng),是否都能人造出來?即使造出了上述各種細(xì)胞器、細(xì)胞膜與膜D質(zhì)D核系統(tǒng),還有復(fù)雜的整個(gè)細(xì)胞系統(tǒng)組裝工程問題,而文特爾只解決了細(xì)胞核內(nèi)“建構(gòu)染色體的基因”的一部分問題,有點(diǎn)像借了別人的房子重新裝修,但要說“整個(gè)房子都是新建的”就有點(diǎn)勉強(qiáng)。
中山大學(xué)附屬二院黃紹良教授曾于2002年成功建立中國人胚胎干細(xì)胞系。他認(rèn)為,在某種程度上,人造生命技術(shù)與克隆技術(shù)有著相似的地方,只不過前者把遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)入另一個(gè)剔除遺傳物質(zhì)的“載體”中,但是人造生命的這個(gè)遺傳物質(zhì)是人工合成的,載體是細(xì)菌。從這點(diǎn)來看,質(zhì)疑“人造”可以理解。但文特爾的研究重塑了絲狀支原體的脫氧核糖核酸(DNA),從構(gòu)成生命最核心的DNA來說,可以在這種新的單細(xì)胞細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行自我復(fù)制,可以將遺傳信息傳遞下去。所以,說這個(gè)生物體是人造生命并不為過。
對于這樣的質(zhì)疑,文特爾回應(yīng)說,將它界定為“人工合成生命”,是因?yàn)樗耆蝗斯ず铣扇旧w控制。這是第一次有人造出了完整的108萬對堿基染色體,將這一染色體移植到受體細(xì)胞并控制受體細(xì)胞,有效地將其轉(zhuǎn)化為另一個(gè)新的物種,所以這是一個(gè)全新的模式。
看點(diǎn)二:打破了“修補(bǔ)”基因的舊框架
“人造生命”的真正意義在哪里?國家干細(xì)胞工程技術(shù)研究中心主任韓忠朝指出,人造生命不僅要看作是生命科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,更要看作是科學(xué)理念的進(jìn)步。
韓忠朝說,現(xiàn)在科學(xué)界做的都是“改造”和“修補(bǔ)”基因工作,而不是“取代”基因。無論是基因組工程、克隆技術(shù)、干細(xì)胞技術(shù),都是在這個(gè)概念里打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。而文特爾經(jīng)過十多年的研究,“重起爐灶”新建了一個(gè)人工基因組,打破了以前的概念。雖然合成DNA從技術(shù)上來看并不是很難,但是沒有人想過將DNA擴(kuò)大到基因組水平。
中國科學(xué)院北京基因組研究所研究員胡松年參與過“人類基因組1%計(jì)劃”。他指出,隨著生命科學(xué)領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展,一些技術(shù)瓶頸已被科學(xué)界突破。文特爾堅(jiān)持自己的理念,用十多年時(shí)間完成一個(gè)設(shè)想,這一研究挑戰(zhàn)了大家固有的理念,所以對科學(xué)界產(chǎn)生了巨大的震動。
韓忠朝指出,文特爾的研究提醒我們,美國在涉及生命科學(xué)等重大戰(zhàn)略領(lǐng)域研究上,再次走在國際的前沿,這點(diǎn)值得我們關(guān)注,而研究中的創(chuàng)新性思維更值得科學(xué)界關(guān)注。
看點(diǎn)三:人造復(fù)雜生命還有多遠(yuǎn)
人造生命誕生后,引發(fā)不少公眾擔(dān)心:會不會有一天從實(shí)驗(yàn)室里跑出來一個(gè)具有高等智慧的“怪物”?人造生命是不是打_了“潘多拉魔盒”?對此,韓忠朝說,單細(xì)胞生物體到高等生物之間還有漫長的路要走,到智慧生命就更遠(yuǎn)了,公眾的恐慌還沒有必要。但是,對生命科學(xué)領(lǐng)域的研究必須嚴(yán)格監(jiān)督。
胡松年說,文特爾所使用的DN段,僅僅包含約850個(gè)基因,而人類自身已發(fā)現(xiàn)數(shù)萬個(gè)基因,約有30億個(gè)堿基。相比之下,新的生命體結(jié)構(gòu)還非常簡短。
韓忠朝說,DNA可組成遺傳指令,以引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作。這次創(chuàng)造出的單細(xì)胞生物體,是構(gòu)成生命最小的單位,可以看作所有生命的起源。更重要的是,細(xì)胞具有獨(dú)立的功能。
黃紹良說,實(shí)驗(yàn)室制造的生命,有點(diǎn)像溫室里的花朵,并不是自然選擇的結(jié)果,沒有經(jīng)過自然界“物競天擇”的過程,有可能非常脆弱,是否像克隆羊多利一樣“弱不禁風(fēng)”,還有待觀察。
看點(diǎn)四:是否挑戰(zhàn)倫理的底線
人造生命是天使還是魔鬼?支持者和反對者涇渭分明。反對者認(rèn)為人類不能挑戰(zhàn)自然規(guī)則,更不能隨意改變自然規(guī)則;而支持者則將其看作人類戰(zhàn)勝自然規(guī)則的巨大科學(xué)進(jìn)步。
影片中說,自從人類發(fā)現(xiàn)了基因的結(jié)構(gòu),就可以相信哪怕是塵埃,只要經(jīng)過特別精致的編排,就能締造出生命這樣的高級物質(zhì)形態(tài),而且只要給它足夠的時(shí)間和空間,它就能演化出智能。
我覺得這段話說得很好,它用現(xiàn)代的科學(xué)文化知識向我們詮釋了世界是物質(zhì)的,生物起源于物質(zhì),物質(zhì)是人類起源的基石。
在中學(xué)課本里,我們學(xué)習(xí)了生物的起源,明白了單細(xì)胞生物到智能的人類是如何一步步進(jìn)化的。孰不知地球源于太陽,太陽才是真正的生命的締造者。宇宙是那么地神奇,在眾多星球中,它選擇了地球,給了它生命,這更是奇跡。看了影片,我們明白了,這種奇跡其實(shí)也是有它一定的必然性,因?yàn)榈厍蛱厥獾臉?gòu)造為生命的出現(xiàn)提供了機(jī)遇。
自然界中,四種相互作用力的存在維系著整個(gè)宇宙。太陽為地球創(chuàng)造了生命,但由于力的存在,或許曾經(jīng)地球也被這種力毀滅過,又誕生生命。科學(xué)家們的不斷研究,向我們揭示著那些奧秘。宇宙創(chuàng)造了人類,人類發(fā)展了,又去研究宇宙,或許這就是哲學(xué)吧!
科學(xué)家們研究太陽系的行星,只想發(fā)現(xiàn)有沒有生命存在。然而,研究結(jié)果表明,即使是和地球最相似的金星,也未成為另一個(gè)生命的搖籃。太陽創(chuàng)造了生命,但它也可以毀滅生命,它的強(qiáng)光、強(qiáng)磁場及射線等都是非常可怕的,都是可以將生命徹底毀滅的。
地球上生命的誕生也是經(jīng)過無數(shù)日日夜夜的進(jìn)化得來的,地球的演變最終產(chǎn)生了生命。地球上環(huán)境的完善也是眾多因素影響的結(jié)果。月球作為地球的天然衛(wèi)星,它留給我們了足夠做美夢的溫馨長夜,然而它卻由于質(zhì)量太小而只能成為一顆死行星,或許這就是宇宙的選擇。
從單細(xì)胞生物開始,到宇宙的支配者。圍繞著整個(gè)生命和文化的進(jìn)化,堪稱野心之作《孢子》終于于9月5日正式發(fā)行。經(jīng)過長時(shí)間期待,發(fā)行日當(dāng)天,各地的游戲銷售點(diǎn)便聚集了大量為了能盡快買到游戲而躍躍欲試的人,玩家最關(guān)心的是“會是個(gè)怎么樣的游戲呢?”。本文將帶大家瀏覽下該游戲的龐大世界。
關(guān)子EA《美國藝電》
美國藝電總部設(shè)在美國加利福尼亞州紅木城,是全球著名的互動娛樂軟件公司。由1982年創(chuàng)立至今,公司在全球?yàn)橐曨l游戲、個(gè)人計(jì)算機(jī)、手機(jī)及互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)、、銷售各種互動軟件。EA旗下?lián)碛蠩A Sports、EA、EASPORTS Freesty[e及POGO四大品牌,并且擁有27項(xiàng)產(chǎn)品的全球銷售量分別超過百萬套。
EA風(fēng)靡全球的經(jīng)典游戲包括EA Sports的《FIFASoccer》、《NBA Llye》,EA的《模擬人生》、《極品飛車》等。EA綜合運(yùn)用多種媒體技術(shù),并結(jié)合了小說家、電影導(dǎo)演和音樂家的創(chuàng)造,使EA的產(chǎn)品一直能引領(lǐng)互動娛樂的時(shí)代潮流。該公司下屬有著名的EA Sports、POGO、The Sims、Maxis、英國牛蛙公司、擅長飛行模擬游戲的Orngin、擅長戰(zhàn)爭模擬游戲的簡氏公司和開創(chuàng)即時(shí)戰(zhàn)略游戲的Westwood(現(xiàn)已解散重組為EA洛杉磯分部EALA)。
單細(xì)胞生物進(jìn)化文明形成量終成為宇宙的支配者
制作了《虛擬人生》和《虛擬城市》等系列的,世界著名的游戲創(chuàng)造者威爾。懷特用了長達(dá)8年的時(shí)間,全力打造的《孢子》備受關(guān)注。Will Wright通過模擬城市和人們形態(tài)制作的《孢子》會是什么樣的呢’讓我們一起來看一下吧。
《孢子》是講述生命起源,文明發(fā)展到巡游宇宙大冒險(xiǎn),一次大膽嘗試的游戲。最初的模擬的場景是從孕育生命的海洋的”細(xì)胞階段”開始,逐漸向陸地進(jìn)化的“生物階段”,擁有智慧后的不斷通過爭斗來擴(kuò)大領(lǐng)地的“部落階段”,隨之變遷成在星球上穿梭戰(zhàn)爭的“文明階段”。隨后生命掙脫了星球,以遨游在浩瀚宇宙中的“宇宙階段”為結(jié)尾。真是龐大的背景設(shè)定啊。
構(gòu)成本作的5個(gè)階段,是完全不同的設(shè)定。只聽概要的話,會有很多人有“這游戲要怎么玩呢”的疑惑。那么,讓我們首先從實(shí)際玩家的角度來體驗(yàn),具體是個(gè)怎么樣的游戲吧。
從小到幾乎看不到的單細(xì)胞生物開始挑戰(zhàn)漫長的進(jìn)化路程
萬物起源于“細(xì)胞階段”。玩家成為在原始星球上的一個(gè)初始生命體。在原始海洋中被“潮汐”所推動。游戲剛開始時(shí),可以選擇初期的生命體是“食肉”還是“食草”的。這個(gè)決定,將會成為之后生存戰(zhàn)略的一大要素。
很快,最初的生命體誕生了?!凹?xì)胞階段”是第一人視角動作類的。玩家用鼠標(biāo)引導(dǎo)生物,在海潮中為了獲得植物或者動物的食而活動著。在這海潮中,同時(shí)還存在著很多其他種類的生物,弱肉強(qiáng)食,適者生存,30億年反復(fù)進(jìn)化著。
這個(gè)階段的玩點(diǎn)在于,生命的形態(tài)、捕食和攻防。玩家每吃掉一個(gè)食物就可以得到一個(gè)“DNA元素”,必須要通過”求愛”才能增加生命的組成部件。同時(shí),生命成長為什么樣的形態(tài)取決于食物的爭奪。而且還會出現(xiàn)為了適應(yīng)環(huán)境的變化而進(jìn)化出不同形態(tài)的情況,實(shí)在是變化很多,很讓人期待。
接著,在獲得很多食物之后,漸漸長大,終于擁有了生命體最初的“腦”,便也到達(dá)了“細(xì)胞階段”的終點(diǎn),邁出了向智慧生物的第一步,也意味著告別海洋的時(shí)刻來到了。為了在陸地上生存,長出了腳,“生物階段”繼續(xù)發(fā)展著。到該階段為止,即使悠閑地玩,也不過30分鐘,但是游戲中卻已過了30億年。
各種各樣的生命在海潮中涌動,仿佛是個(gè)小宇宙。為了吃食而活動,漸漸變大,漸漸復(fù)雜。生命移動到陸地上,開始群居生活。在這個(gè)“生物階段”的地圖上散布著各種生物的巢穴,不斷擴(kuò)大生存間的競爭。玩家在這個(gè)階段需要做的是攻擊其它種類的生物,搶奪食物,使之滅絕,或者發(fā)揮社交能力,使之成為同伴。
移動到陸地上后備種各樣的生物在肥沃的大地上展開激烈的競爭
“細(xì)胞階段”選擇食肉性進(jìn)化而來的話,最初分散在玩家“巢”周圍的是和其等級差不多的生物。食肉性生物的嘴、角用于攻擊、磨練戰(zhàn)斗技巧、爭奪食物。
選擇食草性的玩家,因?yàn)榧词故褂霉艏记蓪⑵渌餁⑺懒艘膊荒艿玫绞澄?,所以取而代之?yīng)用“歌唱”、 跳舞”等社交技巧,使之成為同伴。不論使用什么方法,打倒一定數(shù)量巢穴中的生物,或者用魅力,在巢穴中制霸的話,便可以得到“DNA元素”和生物的組件等?;氐阶约旱某惭ㄖ?,進(jìn)行“求愛”的話,便進(jìn)入生物編輯畫面。在這個(gè)界面里,可以裝備新的組件,攻擊和社交的新技能。順便一提,如果加載翅膀在空中飛行的話,移動會更便捷。
隨著生存競爭的不斷擴(kuò)大,獲得更多的“DNA元素”,生命的智慧不斷提高,之后便可組成“團(tuán)隊(duì)”。每個(gè)進(jìn)化階段,團(tuán)隊(duì)的數(shù)量會從1匹、2匹、3匹、4匹逐漸壯大,直到比任何生物都強(qiáng)大時(shí),擁有大腦的生命體就完成了。歷經(jīng)數(shù)億年動物間爭斗的歷史拉上帷幕,挺進(jìn)了“部落階段”,邁出了走向行星支配者的第一步。
“生物階段”是決定玩家培育的生物今后的發(fā)展的方向。首先力壓群雄,占據(jù)食物鏈的頂端,征戰(zhàn)于巢穴與巢穴之間。
成為擁有智慧的生命體后,這個(gè)階段將在以部落種族為單位,進(jìn)行抗?fàn)?。在這里玩家以外的生物也從”生物階段”發(fā)展而來,逐漸集成部落。是對抗還是通過社交使之臣服,通過各種手段,成為行星上地位最高的生命體。
從這個(gè)階段開始,玩家操作的不再是一個(gè)對象,而是多個(gè),感覺比較像即時(shí)戰(zhàn)略型游戲。操作標(biāo)準(zhǔn)也類似于即時(shí)戰(zhàn)略型游戲,所以有經(jīng)驗(yàn)的玩家很容易上手。實(shí)際上這個(gè)階段主要是”收集食物”,“擴(kuò)建部落”和“征服其他部落”。
生物開始建設(shè) 原始社會形態(tài)作為人類而開始活動
對于食肉性的,食物是通過獵捕生活在附近的野生動物獲得的。食草性的是摘取野生植物的果實(shí)。食物收集是指把找到的食物自動收集到部落指定的倉庫中,感覺很像帝國時(shí)代。收集到一定數(shù)量的糧食后,部落里會增加孩子,可以建造各種各樣的建筑物,隨之部落會不斷龐大。接著是通過武裝攻擊競爭對手的部落,或者帶著樂器通過唱歌跳舞來拉攏同伴。
如果發(fā)展得慢的話,就會被競爭對手攻擊,從這個(gè)階段開始,就是對戰(zhàn)模式了。為了不被他人先得手,需要快速籌集糧食和增加成員,建造制作石斧的小屋,制作樂器的小屋之類的。攻擊性的需要把競爭部落的所有成員殺死,所有小屋破壞掉,才能對其統(tǒng)治。統(tǒng)治的部落到達(dá)一定數(shù)量后,玩家所控制的生物將成為行星上最強(qiáng)的生命體,從而步入“文明階段”。
部落階段,如即時(shí)戰(zhàn)略游戲般,玩家收集食,擴(kuò)張部落技能,制作不輸于競爭對手的強(qiáng)大部落。
玩家在星球上開始創(chuàng)造最初的文明。但是星球上不是所有的生物都說一種語言,存在著與其他文明間的競爭。從這里起,游戲的內(nèi)容漸漸變得更大規(guī)模。玩家作為文明城市的支配者,制造各種交通工具在星球上探險(xiǎn),不論是與其他文明的斗爭還是采取友好的外交,目的在于成為星球的統(tǒng)治者。
在這個(gè)世界里,文明的基本資源就是”香料”,如同金錢,而且可用于城市里造建筑物和大樓,或者作為給競爭文明的禮物以建立友好關(guān)系。用運(yùn)輸器,在星球的“香間歇泉”邊建造采集基地的話,城市可以快速富足的發(fā)展。
玩家所控制的生物建立起文明的建筑物,文明階段開始。同其他文明結(jié)成同盟。用盡一切手段,成為星球的王者。
中圖分類號:R378 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)24-0225-01
前言
抗菌肽是陽由7-100個(gè)氨基酸(AA)組成,形成先天免疫應(yīng)答系統(tǒng)的一部分為生命系統(tǒng)所共享??咕膶?xì)菌, 真菌 ,病毒以及癌細(xì)胞都有抑制作用。目前這些化合物被用來研究作為替代抗生素的潛在的藥物。至少可以和抗生素互補(bǔ)作用來抵抗各種病菌?,F(xiàn)在已經(jīng)被報(bào)道的抗菌肽已經(jīng)有3000多種,包括已經(jīng)合成的和在生物體中天然產(chǎn)生的。大多數(shù)的抗菌肽至少含有10個(gè)氨基酸殘基,凈電荷范圍從-3到+20,疏水性<60%,這些特性奠定了抗菌肽的抗菌活性,使它們能夠與革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的細(xì)胞膜結(jié)合,并破壞細(xì)菌細(xì)胞膜形成孔洞,引起細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)容物泄露。與常規(guī)抗生素相比,抗菌肽可以增強(qiáng)細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性或者通過抑制細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá),從而達(dá)到殺死細(xì)菌的效果。
1.抗菌肽功能的概述
不管抗菌起源與哪里,他們都有共同的特點(diǎn)。比如具有較小的相對分子質(zhì)量和螺旋結(jié)構(gòu)。抗菌肽的經(jīng)典作用機(jī)制涉及細(xì)胞膜損傷。雖然陽離子抗菌肽可以與帶負(fù)電荷的細(xì)菌細(xì)胞膜表面通過靜電相互作用,但是,有些抗菌肽破壞細(xì)胞膜通過抗菌肽與細(xì)胞膜表面特異性識別作用??咕膶?xì)菌表現(xiàn)出廣譜的抗菌活性,因?yàn)榭咕牟荒芘c特異性受體相互作用,他們的微生物靶標(biāo)很少發(fā)展為抗性表型。例如短桿菌素是第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗菌肽,該化合物是直連和環(huán)狀D型氨基酸的混合物。非常令人鼓舞的是,在臨床使用超過60年后,并沒有發(fā)現(xiàn)病原微生物對其產(chǎn)生抗性,除了抗菌作用外,由于它們作為特定細(xì)胞功能調(diào)節(jié)劑的推定作用,一些抗菌肽還顯示出了意想不到的功能。例如,導(dǎo)管素是抗菌肽中除了具有抗菌活性還具有其他活性的良好實(shí)例。 通過蛋白酶的作用對化合物進(jìn)行酶處理,已產(chǎn)生凱瑟琳家族抗菌肽以及IL-37抗菌肽。盡管這兩種抗菌肽都具有抗菌活性,但是凱瑟琳家族抗菌肽也可以作為蛋白酶抑制劑,從而參與細(xì)胞內(nèi)的各種生命過程。
2.抗菌肽作用機(jī)制的研究
抗菌肽的作用機(jī)制已經(jīng)通過選定一些抗菌肽進(jìn)行了簡單的研究,這些肽的功能不同,一些抗菌肽可能是通過破壞細(xì)胞膜從而殺死細(xì)菌,一些抗菌肽是使細(xì)胞膜相互作用,使細(xì)胞膜形成瞬時(shí)孔洞,使抗菌肽進(jìn)入細(xì)胞并且與細(xì)胞內(nèi)的靶標(biāo)接觸,從而達(dá)到殺死細(xì)菌的作用。
2.1 抗菌肽與細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用
抗菌肽的經(jīng)典作用方式就是和細(xì)菌細(xì)胞膜的相互作用,其特點(diǎn)就是膜通透性。抗菌肽的表面帶有正電荷,與帶有負(fù)電荷的微生物表面相互作用,導(dǎo)致導(dǎo)致細(xì)胞膜的雙層磷脂的頭基團(tuán)滲透。 因此,跨膜電位和pH梯度被破壞,滲透調(diào)節(jié)受到影響并且呼吸被抑制。從而達(dá)到殺死細(xì)菌的效果。目前提出抗菌機(jī)制的模型有桶板模型,毯式模型和環(huán)孔模型。
2.2 抗菌肽能夠抑制并破壞細(xì)胞內(nèi)的靶標(biāo)
抗菌肽除了能和細(xì)菌細(xì)胞膜相互作用之外,一些實(shí)驗(yàn)證據(jù)還表明抗菌肽可以消除細(xì)胞內(nèi)的靶標(biāo)它們可以具有多個(gè)細(xì)胞內(nèi)靶并且可以結(jié)合細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的DNA,RNA和蛋白質(zhì),抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成,以及DNA,RNA或蛋白質(zhì)合成。 此外,抗菌肽還可以干擾細(xì)菌細(xì)胞的分裂。 所以說抗菌肽可以通過抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的形成以及抑制核酸合成,還可以通過抑制蛋白質(zhì)的合成從而抑制細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)膜的活性,從而達(dá)到殺死細(xì)菌的效果。
結(jié)論
抗菌肽作為一種新型化合物具有廣譜的殺菌活性,低細(xì)胞毒性和獨(dú)特的作用機(jī)制被認(rèn)為可能作為抗菌新藥代替原有的抗生素 , NDM-1超級細(xì)菌的出現(xiàn)提示我們需要找到或生產(chǎn)更多種類的抗菌肽來抵抗他們,抗菌肽一方面可以通過破壞細(xì)胞膜殺死細(xì)菌,另一方面可以通過抑制細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá),從而達(dá)到殺死細(xì)菌的效果。所以說抗菌肽具有廣闊的發(fā)展前景
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一、太陽引力對地球的作用
太陽是維持太陽系穩(wěn)定的主要星球,地球等行星繞著太陽公轉(zhuǎn)。太陽以及月球的引力不僅給地球的海洋帶來永恒的潮汐,更重要的是讓地球獲得了一個(gè)恰到好處的自轉(zhuǎn)速度。這個(gè)自轉(zhuǎn)速度讓地球產(chǎn)生合理的地磁場,地磁場對地球形成了一個(gè)巨大的“保護(hù)盾”,可以抵擋大部分致地球生物于死地的“太陽風(fēng)”(當(dāng)太陽內(nèi)部活動劇烈,發(fā)生大爆炸時(shí),太陽表面黑子群數(shù)量增多,太陽噴發(fā)出大量的高能量帶電粒子,這些粒子形成了“太陽風(fēng)”),減少來自太空宇宙射線的侵襲,使地球上的生物得以生存。如果沒有了這個(gè)“保護(hù)盾”,外來的宇宙射線,會將最初出現(xiàn)在地球上的生命形態(tài)殺死,生命根本無法在地球上存活。
二、太陽是生命的起源
1.太陽能作為最原始的能量創(chuàng)造著生命
在地球早期,強(qiáng)烈的地殼、火山活動使禁錮在地球內(nèi)部的揮發(fā)性物質(zhì)不斷地噴發(fā)出來,形成了地球的原始大氣。其中含有氨、甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氫氣、水等無機(jī)小分子,這些成分在太陽產(chǎn)生的紫外線、閃電、高溫和宇宙射線的共同作用下,合成氨基酸、脂肪酸、核苷酸、單糖等小分子有機(jī)化合物。這些小分子有機(jī)化合物隨著雨水匯集而形成原始的海洋,這就是霍爾丹所謂的“原始湯”,為生命的誕生提供了必要的條件。在適當(dāng)?shù)臈l件下,有機(jī)小分子逐漸結(jié)合成為更復(fù)雜的蛋白質(zhì)、核酸、多糖、類脂等大分子有機(jī)化合物。有機(jī)大分子在原始海洋中越積越多,并相互作用,聚集構(gòu)成了各種獨(dú)立的多分子體系,經(jīng)過進(jìn)一步演化,多分子體系結(jié)構(gòu)、機(jī)能的日益復(fù)雜和完善,能夠不斷地進(jìn)行自我更新,與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。由此產(chǎn)生了原始生命。
澳大利亞發(fā)現(xiàn)的距今35億年的瓦拉翁納群中的絲狀細(xì)菌化石,是最早具細(xì)胞結(jié)構(gòu)的化石,這是地球演化史上的一次飛躍,使得地球歷史從化學(xué)演化階段推向生物演化階段。
2.太陽能在生物起源和進(jìn)化過程中扮演著重要角色
原始大氣是沒有氧氣的,從非細(xì)胞形態(tài)的原始生命出現(xiàn)開始,到具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物的產(chǎn)生,大氣中仍然缺少氧氣。因此,它們只能在無氧條件下進(jìn)行異養(yǎng)生活,以原始海洋中的有機(jī)物為養(yǎng)料,依靠發(fā)酵的方式獲取能量。直到約27億年前,出現(xiàn)了含有葉綠素的原始藻類,如燧石藻、藍(lán)綠藻等,一種新的生命演進(jìn)過程――光合作用發(fā)生了。這些藻類能利用太陽輻射出的光能進(jìn)行光合作用,成了最早的自養(yǎng)型生物,并且它們能通過進(jìn)行光合作用釋放氧氣,改變了大氣的成分。當(dāng)大氣中游離氧的濃度不斷增加并達(dá)到一定濃度比例時(shí),生物的代謝方式開始發(fā)生根本性的改變,從厭氧生活發(fā)展到有氧生活,使地球上其他進(jìn)行有氧呼吸的生物得以發(fā)生和發(fā)展,大大促進(jìn)了生物的進(jìn)化。
從最原始的單細(xì)胞生物分裂并發(fā)展成為復(fù)雜的生命形態(tài)都是陽光的杰作。生命的本質(zhì)含義就是把太陽的光能變成物質(zhì)的新陳代謝。
三、太陽對生物的作用
1.對絕大多數(shù)生物來說,活細(xì)胞所需能量的最終源頭都是來自太陽的光能
細(xì)胞作為一個(gè)基本的生命系統(tǒng),只有不斷輸入能量,才能維持生命活動的有序性。幾乎所有的綠色植物和一些體內(nèi)有光合色素的原始單細(xì)胞藻類、細(xì)菌類都要依靠陽光進(jìn)行光合作用來獲得自身進(jìn)行生命活動所需的能量(即把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物),他們被稱為光能自養(yǎng)型生物。所有的動物和其他不能進(jìn)行光合作用的異養(yǎng)型生物,他們則要直接或間接的依靠能進(jìn)行光合作用的綠色植物來獲取能量和營養(yǎng)物質(zhì)以進(jìn)行生命活動。
2.萬物的生長,生物的進(jìn)化,都離不開陽光
太陽除了提供生物生命活動所必需的能量外,它還影響著植物的分布,影響著動物的體色、習(xí)性,影響著生物的生長發(fā)育繁殖等各項(xiàng)生命活動。
從最早的藻類植物開始,到相繼出現(xiàn)的各種綠色植物,不僅能將光能轉(zhuǎn)換利用,還能通過吸收陽光,釋放需養(yǎng)型生物賴以生存的氧氣。幾億年下來,它們通過陽光制造的氧氣為這個(gè)世界錦上添花,為更多生命形式提供了可能性。而太陽光照地面的角度,還影響著地球的氣候和環(huán)境,這些都給生物產(chǎn)生多樣性帶來影響,讓生物得到進(jìn)化。
四、太陽對地球的影響
罪惡的沉淀是地獄,因此孩子長大之后又會去犯罪,導(dǎo)致如此的惡性循環(huán)。一個(gè)孩子生命的開端,就已有正邪兩條道路供他選擇,這次選擇對于他生命的征程起著決定性的作用。雖然在往后的人生道路上,或許還會有一個(gè)交匯點(diǎn),改變他的命運(yùn),然而誰也不能預(yù)測命運(yùn)之神是否會給你這樣一次機(jī)會?誰又能百分之百地把握住這次機(jī)會呢?這一切都是未知數(shù)。最好的方法是在生命的起始處,做出一個(gè)正確的決定,才不會遺憾終生。
開端,又不是單獨(dú)意義上的生命開端,那樣一去而不復(fù)返,心靈、思想上的開端同樣可以改變命運(yùn)。有一首《從頭開始》的歌唱得很有意思。是啊,當(dāng)你的人生出現(xiàn)缺口時(shí),父母亡故,商場失意,都需要你的心靈來重新確定一個(gè)開端,使你的人生再次煥發(fā)出光彩,使你重振旗鼓,輕裝上陣,迎戰(zhàn)新的挑戰(zhàn)。
15世紀(jì),歐洲的大航海拉開了地理大發(fā)現(xiàn)的序幕,航海家和隨船的博物學(xué)家們到達(dá)了一個(gè)又一個(gè)地方,在那里,他們發(fā)現(xiàn)了與歐亞非大陸相當(dāng)不同的世界。
在北美,人們見到了高達(dá)近百米、體態(tài)宏偉的巨杉,它是世界上最大的生物,比藍(lán)鯨還要巨大;在南美,他們見到了體態(tài)和行為都很怪異的大食蟻獸、犰狳;在澳洲,他們見到了大量的有袋類動物以及會下蛋的哺乳動物,比如鴨嘴獸――當(dāng)嚴(yán)肅的科學(xué)家第一次看到寄來的鴨嘴獸繪圖時(shí),他們以為這是哪位哥們在搞笑……這些新大陸上生活著大量與舊大陸完全不同的生物。
事實(shí)上,這是海洋的地理隔離造成的效果――自古生代開始,地球上的聯(lián)合古陸開始解體,飄向不同的方位,每一塊大陸都成了一個(gè)生態(tài)孤島,各自獨(dú)立演化了至少數(shù)千萬年,形成了各自獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng),也呈現(xiàn)了一個(gè)個(gè)生物演化史的縮影。由于現(xiàn)在的歐亞非大陸面積最大,生物之間的交互、競爭最激烈,經(jīng)過了更多的洗禮,舊大陸的生物往往對新大陸的生物具有優(yōu)勢,那些跟隨著船員們偷渡到新大陸的生物迅速站穩(wěn)了腳跟,成為了無往不利的入侵物種。這種危害在海島中更加明顯,后者是一個(gè)個(gè)獨(dú)立演化的更小的小世界。如達(dá)爾文在加拉帕戈斯群島發(fā)現(xiàn)了十多種地雀,這些地雀在群島不同的島嶼上演化出了各自獨(dú)立的行為和特征,這一演化系統(tǒng)后來成為了進(jìn)化論重要的基石。海島上演化出的生物受到島嶼面積的限制,數(shù)量較少,而且往往為了適應(yīng)島嶼環(huán)境而自我,比如一些昆蟲和鳥類放棄飛行能力。它們往往具有一兩項(xiàng)獨(dú)特的本領(lǐng),但在其他方面就相當(dāng)孱弱,即使隨船來幾只貓,都有可能讓它們?yōu)l臨滅絕。
當(dāng)把世界放大
17世紀(jì),列文虎克(Antoni Van Leeuwenhoek)造出了成像清晰的顯微鏡,他觀察了水,并在里面發(fā)現(xiàn)了很多小動物,他興奮地寫道:“我發(fā)現(xiàn)了自然界最驚奇的一面”。一個(gè)豐富的微觀世界從此被展示在了世人眼前。
在這個(gè)世界上,生存著大量的單細(xì)胞生物――細(xì)菌、真菌、色藻、藍(lán)藻、原生動物等等。它們中的一些看起來非常死板,只是會長大,然后分裂;有些則相當(dāng)活躍,就像小蟲一樣,知道捕食也會逃避,它們幾乎一刻不停,很快就能游出顯微鏡的視野。微生物無處不在,分布幾乎超出我們的想象,形成了一個(gè)個(gè)我們過去不曾了解的微觀生態(tài)系統(tǒng)。
它們就在我們的身體里,我們身體里只有10%的細(xì)胞屬于我們自己,另外的90%則屬于微生物,多達(dá)上萬種。我們身體的很多疾病都是由于體內(nèi)的菌群失衡,或者外界的微生物入侵造成的。但因?yàn)樽鳛槲⑸镏黧w的細(xì)菌細(xì)胞的體積要比人體細(xì)胞小得多、輕得多,它們龐大的數(shù)量也只占到了你體重的 1%~3%,得益于此,我們才能有個(gè)“人模人樣兒”……
微生物學(xué)的出現(xiàn),使得我們在醫(yī)藥衛(wèi)生方面取得了里程碑式的突破,加深了我們對世界的理解,也顛覆著我們對世界的認(rèn)知――以往我們認(rèn)為動物和植物之間是有著嚴(yán)格界限的,但是在這里我們往往找不到這種界限。比如眼蟲,這類形狀有點(diǎn)像瞇瞇眼的單細(xì)胞生物,它具有鞭毛,能夠游動,也具有可以感光的眼點(diǎn),可以從環(huán)境中攝取有機(jī)物,似乎是個(gè)動物;但是,它又具有葉綠體,能夠進(jìn)行光合作用,還在合成淀粉,這又是十足的植物特征……
后來,我們又發(fā)現(xiàn)了古菌,它們與細(xì)菌在外觀上看起來有幾分相似,但是成分又有所不同,繁殖速度較慢。古菌在與細(xì)菌的生存競爭中落了下風(fēng),現(xiàn)在主要生存在一些別的微生物很少占領(lǐng)的地方,比如高溫、缺氧等極端環(huán)境,被認(rèn)為是最古老的細(xì)胞類型之一。
在黑暗中游蕩
白天,地球的表面沐浴在陽光下,植物利用光合作用合成有機(jī)物,支撐起了地表的生態(tài)系統(tǒng),我們生活在這個(gè)環(huán)境里,并且熟悉這個(gè)環(huán)境。然而,還有那些不曾有過陽光的黑暗之地,在那里,我們發(fā)現(xiàn)了與眾不同的生態(tài)體系。
首先是被探險(xiǎn)家發(fā)現(xiàn)的巖洞深處的生物,包括熔巖流過后形成的深邃管道,也包括水流溶解巖石形成的溶洞。在這里,視力和體色成為了擺設(shè),因?yàn)闆]有光,很多動物都拋棄了這些特征,同樣因?yàn)闆]有光,這里沒有植物。溶洞的營養(yǎng)來自水流的攜帶,而熔巖洞則來自上層植物穿透進(jìn)來的根系。貧乏的有機(jī)質(zhì)使得這里動物的數(shù)量稀少,它們不僅生長緩慢,而且都練就了忍饑挨餓的超級本事,比如洞螈 (Proteus anguinus)能一口氣餓上10年……它們有的會具有與我們完全不同的生物節(jié)律――比如安氏坑魚(Phreatichthys andruzzii)47小時(shí)當(dāng)一天過,反正也沒有陽光,日子就隨便算啦。而一些在別處滅絕的生物,也能在這樣的環(huán)境下茍延殘喘下來,比如奧氏洞迷蝦(Speleonectes ondinae)是數(shù)億年前動物的孑遺。
深海,則是另一處沒有陽光的地方,在那里也沒有植物,強(qiáng)大的壓力可以把多數(shù)潛水設(shè)備壓癟,世界上只有少數(shù)深潛器能夠到達(dá),這是最近幾十年我們才開始詳細(xì)了解的世界。在這里,所有的營養(yǎng)都來自大洋表層的掉落物。為了接住來之不易的食物,很多動物都長了一張大嘴巴和大胃口,比如深海安康魚(Melanocetus johnsonii)能一口吃下自己體型兩倍大的食物。而地廣魚稀的深海,找到異性也非常不容易,雄魚進(jìn)化的體型極小,只有小指頭大小,一旦遇到雌魚,它將用牙齒終生吸附在雌魚身體上。雌雄魚的血管合二為一,雄魚的消化系統(tǒng)隨之退化,依靠雌魚的營養(yǎng)生存。這樣,深海安康魚可在任何合適的時(shí)間為卵受精,而不用擔(dān)心雌魚到了排卵期卻找不到后代的父親……
當(dāng)然,落下去的最大塊的肉是鯨魚的尸體,沒有動物能一口吃得下,這些重達(dá)8~160噸的巨大尸體最終會落到大洋底部,形成鯨落(Whale-fall)。之后,吃肉的魚來了,刮骨的貝類來了,即使是骨架也會被覆蓋上白白的菌席,硫氧化細(xì)菌或古菌會成為這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)新的生產(chǎn)者――它們將骨架上散逸出來的硫化物氧化,獲得化學(xué)能,將無機(jī)物合成有機(jī)物,產(chǎn)生新的營養(yǎng)。長相怪異的管蟲會和這些微生物共生,幫助它們獲取硫化物和氧,并分享它們合成的有機(jī)物。整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)可以維持?jǐn)?shù)十到上百年。在海底,鯨落可能像島嶼般星羅棋布,構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)特的生物傳播和轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)。這些生物傳播網(wǎng)絡(luò)可能和海底火山口、滲液口周圍聚集的那些生物聯(lián)網(wǎng),因?yàn)樵谀抢铮瑯佑辛蜓趸?xì)菌和管蟲。如果真是如此,在全球范圍的那些底部,就形成了一個(gè)和地表完全不同的生態(tài)系統(tǒng),那里的生物利用化學(xué)物質(zhì)的氧化獲取能量和營養(yǎng),是一個(gè)深部生物圈。而它的范圍,也許更大,能夠延伸到巖層之中。
宇宙會有驚喜?
今天,我們的眼睛已經(jīng)不只盯著地球,我們探索宇宙的序幕已經(jīng)拉開。那在宇宙中,我們會不會找到其他的生命?
至少,相當(dāng)多的科學(xué)家相信,地球不是宇宙中的唯一。截至2013年,加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家對15萬顆恒星的衛(wèi)星進(jìn)行了分析,他們認(rèn)為22%的恒星都存在一顆體積與地球相似的行星,且這顆行星正處在可能有液態(tài)水的距離上。若是如此,光銀河系就應(yīng)該有90億顆行星符合要求,地球應(yīng)該有不少相似的朋友……那離我們最近的恒星系,比鄰星會不會有個(gè)地球?答案果然是肯定的。就在前不久,在那找到了宜居星球的蹤跡,科學(xué)家管它叫比鄰星b(Proxima b),質(zhì)量是地球的1.3倍,可能有水存在,也許會有生命吧?
生命世界可以截然地分成兩個(gè)互不重疊的類群:原核生物和真核生物。盡管卡爾·沃斯曾經(jīng)根據(jù)16srRNA提出了廣被接受的“三域”分類體系,但地球上只存在兩類最基本的生命形式。沒有任何化石記錄或者現(xiàn)存生物的證據(jù)偏離“原核一真核”法則(即真核生物由原核生物演化而來),也沒有任何證據(jù)證明這兩個(gè)類群存在一個(gè)原始祖先。原核生物和真核生物間的分歧是生命世界最大的鴻溝。查頓最早認(rèn)識到,并由代爾夫特微生物學(xué)院最早分析列出了古細(xì)菌、真細(xì)菌及真核生物間的差異。清楚地顯示這兩個(gè)原核類群間的關(guān)系比其各自與任何真核生物的關(guān)系都要近。無論是細(xì)菌細(xì)胞(其染色體組為染色絲且無生物膜包被)或是營有絲分裂的細(xì)胞(具有由脂蛋白生物膜包被的蛋白化染色體的核),都是所有生命的基本單位。
沒有任何物質(zhì)和能流體系比一個(gè)活細(xì)胞更為復(fù)雜,細(xì)胞核是唯一區(qū)分真核生物和細(xì)菌的特征。細(xì)菌細(xì)胞的起源等同于生命自身的起源,而連續(xù)內(nèi)共生理論則闡述了隨后真核生物通過共生方式的起源。
在進(jìn)一步討論前,我們有必要區(qū)分生態(tài)學(xué)中的“共生”和進(jìn)化生物學(xué)中“共生起源”的概念。
共生指的是不同的物種生活在一起;而內(nèi)共生作為一種拓?fù)錀l件,指的是一類由一個(gè)成員生活在另一成員內(nèi)部而形成的共生關(guān)系。共生通常是,但并非總是環(huán)境趨同的結(jié)果。共生并不是一個(gè)進(jìn)化的過程,而是由環(huán)境導(dǎo)致的生物間在生理上暫時(shí)的或拓?fù)涞年P(guān)系;共生起源則意味著由于長期的共生關(guān)系而產(chǎn)生了新組織、器官、生理過程以及其他新特征。真核生物的兩大細(xì)胞器一質(zhì)體和線粒體,即由共生起源演化而來。
異養(yǎng)需氧的α-變形桿菌可能被具運(yùn)動能力的厭氧原生生物(如現(xiàn)生的變形鞭毛蟲類)所吞噬。在選擇的作用下,遺傳和代謝發(fā)生退化,使得曾經(jīng)自由生活的真細(xì)菌演化成我們今天所見到的線粒體。此次共生所產(chǎn)生的后裔包括絕大多數(shù)的異養(yǎng)原生生物,如變形蟲、隱藻、唇滴蟲以及壺菌、卵菌(如馬鈴薯晚疫病菌)等。同樣,一些運(yùn)動型的原生生物將藍(lán)藻細(xì)胞作為食物攝入,但未能成功消化,它們最終也成了共生體。在光線充足的水域,自然選擇又一次減少了遺傳和代謝冗余,將不能消化的藍(lán)藻與吞食的原生生物進(jìn)行了永久的聯(lián)合。以這種方式,細(xì)胞質(zhì)中含有能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器的藻類產(chǎn)生了,經(jīng)過演化,一部分類群最終成為陸生植物的祖先。頂復(fù)門(一個(gè)包含了導(dǎo)致瘧疾發(fā)生的瘧原蟲屬的門)顯然是從這種藻類的一個(gè)譜系演化而來的。包括弓形蟲在內(nèi)的本門成員,保留了一個(gè)DNA的質(zhì)體殘?bào)w,但它們不再具有光合作用的能力,由此也可以看到“用進(jìn)廢退”的原理。自然選擇并無先見之明,早先為藍(lán)藻的質(zhì)體因無用而在演化過程中逐漸退化。一些自由生活的細(xì)菌(如藍(lán)藻)和某些細(xì)胞器(如綠藻的葉綠體)非常相似,這支持了這種觀點(diǎn):某些細(xì)菌已經(jīng)在其他細(xì)胞中滯留了千百萬年。
由于從自由生活的α-變形桿菌得到了線粒體,并且從自由生活的藍(lán)藻得到了質(zhì)體,所以沒有人再去質(zhì)疑有氧呼吸和光合作用細(xì)胞器是共生起源的。
我們可以對現(xiàn)代共生關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,無論是內(nèi)共生還是外共生,都對理解進(jìn)化過程具有非比尋常的重要意義。細(xì)胞是如何發(fā)生合并的、如何減少冗余的,這些問題都與第一個(gè)真核生物(顯然即是第一個(gè)原生生物)的出現(xiàn)密切相關(guān)。具有諷刺意味的是,雖然大多數(shù)疾病的條件由于循環(huán)共生而變化多端,卻沒有幾個(gè)原生生物學(xué)家和微生物學(xué)家熟悉那些具有洞察力的、蓬勃發(fā)展的、分析這種幾乎無所不在的關(guān)系的文獻(xiàn)。
在我們假定的復(fù)雜真核生物個(gè)體起源的歷程中不存在任何“缺失環(huán)節(jié)”,每個(gè)假定的事件都可以在再生的微生物中觀察到。有關(guān)基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究,將證實(shí)或證偽這種主要以現(xiàn)生生物為依據(jù)構(gòu)建的演化歷史。個(gè)體生物學(xué)加上化石記錄的直接知識對重建進(jìn)化歷程必不可少。分子生物學(xué)技術(shù)和序列分析自身不足以創(chuàng)造可測試的進(jìn)化假說。
復(fù)雜的個(gè)體和栓核
與眾不同的細(xì)胞核是如何演化的?誰是第一個(gè)真核生物?在過去的時(shí)間中,我們深入地發(fā)展了連續(xù)內(nèi)共生學(xué)說。三個(gè)不同來源的新數(shù)據(jù),使得我們能夠?qū)?xì)胞核起源的關(guān)鍵步驟有新的認(rèn)識。
我們重建了從生活于太古代(35億~25億年前)的最早的原核生物到第一個(gè)復(fù)雜的真核生物個(gè)體的轉(zhuǎn)變過程。元古代(25億~5.41億年前)是原生生物層次上細(xì)胞出現(xiàn)的大背景。在連續(xù)內(nèi)共生學(xué)說中,所有的真核生物都是共生起源的產(chǎn)物,然而沒有任何原核細(xì)胞是由完整的細(xì)胞合并而成。
我們推測,基于硫的初級合作,在游泳型原生生物的核鞭毛細(xì)胞器系統(tǒng)演化過程中,聯(lián)合了熱原體古菌和類似于螺旋體屬的運(yùn)動型真細(xì)菌。最早的真核生物的栓核(細(xì)胞核連接器或根絲體、基體軸絲)內(nèi)至少具有兩個(gè)完整的細(xì)菌染色絲組。原生生物學(xué)家已經(jīng)知道,這種被稱為“核鞭毛”的細(xì)胞器系統(tǒng),最早是由杰尼基在20世紀(jì)30年代進(jìn)行了描述,他把核鞭毛系統(tǒng)看成是波動足的原基體通過纖維連接到細(xì)胞核。對細(xì)菌一無所知的人通常會這么說:“細(xì)胞核連接到毛基體和它們的鞭毛上,通常是兩個(gè)或四個(gè)。”我們將這種細(xì)胞器系統(tǒng)(鞭毛蟲的核鞭毛、水霉和黏菌的游動孢子以及許多運(yùn)動型的藻類細(xì)胞等)解釋為這些細(xì)菌第一次染色絲組整合的產(chǎn)物。有絲分裂的演化伴隨著具有組蛋白包被、核小體鉚釘?shù)娜旧|(zhì)的形成,發(fā)生在缺氧、酸性、富含有機(jī)質(zhì)、可能是泥質(zhì)的環(huán)境中,并且早于與后來成為線粒體的需氧α-變形桿菌發(fā)生的共生事件。
新的關(guān)于硫氧化還原過程在有核細(xì)胞和自由生活的硫共生體中所扮演角色的生化數(shù)據(jù),以及元古代水體主要環(huán)境的地質(zhì)信息,顯示我們所構(gòu)建的演化歷程似乎是正確的。我們認(rèn)為,現(xiàn)生的古原生生物(往往為多核的單細(xì)胞生物)是最早運(yùn)動型真核生物演化階段的遺留產(chǎn)物,我們應(yīng)該繼續(xù)對其進(jìn)行研究。