大部分关键的生化反应方向被“物质代谢”和“能量代谢”所控制


大部分关键的生化反应方向被“物质代谢”和“能量代谢”所控制


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大部分关键的生化反应方向被“物质代谢”和“能量代谢”所控制


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大部分关键的生化反应方向被“物质代谢”和“能量代谢”所控制


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“控制系统的起源”与“耗散结构的起源”似乎是不同的两件事 , 但在生命起源的故事里 , 它们却没有明显的边界:系统发展出耗散结构之后 , 熵增的障碍会有所减轻 , 但只要熵增的潜力仍然显著 , 熵增的障碍仍然存在 , 那么耗散结构就可以继续突变 , 变得更加复杂、更加有序 , 让系统的熵增不断加快 。
终于在某些关键的突变之后 , 某些耗散结构发展出了针对自身的控制系统 , 能够主动维持自身的存在 , 生命也就诞生了 。
这个过程充斥着突变与适应 , 我们完全可以把它视为更普遍的 , 热力学上的“进化” , 然后惊讶地发现 , 生命并非进化的起点 , 而只是进化的一座里程碑 , 是进化在复杂性上的拐点 。
可那耗散结构究竟是怎样的耗散结构 , 那进化又是怎样的进化呢?刚才的回答未免有些过于抽象和空泛了 , 我们需要一个具体而详尽的回答 , 解释生命这个了不得的控制系统究竟是怎样出现的 。

【大部分关键的生化反应方向被“物质代谢”和“能量代谢”所控制】当然 , 我们不可能要求生命在诞生之初就一蹴而就地拥有了今天的全部控制功能 , 它一定和所有的原型一样 , 起先只有最基本的控制功能 , 然后才在进化中日渐复杂——那么 , 生命最基本的控制功能是什么呢?这第一项是“物质代谢”和“能量代谢” 。

它们控制了许多关键的生化反应的方向 , 借此 , 来自外界的物质被组织成了生命自身的结构 , 其他形式的能量转换成了生命可以利用的形式 。 物质代谢与能量代谢是维持耗散结构的基石 , 一定可以追溯到一切的开始 , 所以我们非常希望能在今天的物质代谢和能量代谢里找到一些生命起源的痕迹 。
不过有些棘手的是 , 在今天 , 各种生命的能量代谢都非常一致 , 但在物质代谢上 , 各种生命就八仙过海了 。 比如植物利用光合作用制造自己需要的有机物 , 而人类和其他动物就直接吃掉其他生物 , 用现成的有机物组织自己 。
在第三幕里寻觅物质代谢的起源 , 而那也正是白烟囱假说中“最引人入胜”的地方 。 但要最终确立这种控制机制 , 第二项是分子生物学的“中心法则” 。

这个法则的名字有些不可一世 , 但我们早在中学时代就很熟悉这套法则了 。 它规定了核酸要如何储存遗传信息 , 遗传信息又该如何表达为具体的蛋白质 。 不过 , 中心法则的起源并非白烟囱假说的重点 , 这本身也实在是一个极复杂的问题 , 绝不是某个研究者的某个假说就能覆盖的 。
第三项是“边界控制” , 这在前文刚有所涉及 , 但在生命起源问题中 , 它特指细胞膜的边界控制 , 或者说 , 是在追问最初的细胞膜是如何产生的 , 又是如何发展出选择透过性的 。
对“生命是什么”的讨论不只局限于这个问题本身 , 还将为之后的整本书构造讲述的纲领 , 引领我们回答这本书封面上的那个问题:“所有生命的共同祖先是怎样在40亿年前诞生的?”既然说到了“共同祖先” , 我们不免又要多费一些口舌 。
自从进化生物学正式建立 , “人类知道的一切生命形式 , 任何一个物种 , 都在进化上源自同一个祖先”已经成为生物学所有领域的普遍共识 , 其中很少再有什么可争议的事情 。
所以不妨说 , 通常的生物进化问题 , 都是研究这个祖先如何在40多亿年的岁月里开枝散叶 , 进化成了今天的每一个物种 , 而生命起源的问题 , 就是研究这个祖先还有怎样的祖先——因为这个祖先已经拥有非常复杂的细胞结构了 , 显然是地球上第一批细胞进化了很久的产物 。

所以 , 为了之后的整本书讲述方便 , 我们从此就把“已知生命的最后一个共同祖先”简称作“末祖” , 在其他中文科学读物里 , 这个概念大多会被叫作“露卡” , 音译自“LastUniversalCommonAncestor”的首字母缩写“LUCA” 。 再由此往前 , 末祖的所有祖先 , 当然也都是已知生命的共同祖先 , 所以它们将被我们称为“共祖” 。

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