笔趣阁小说

第四章 物质与生命的界限（第1页）

第四章物质与生命的界限

在生命进化过程中，在生物进化历史中，我们发现很多种中间体，比如人类与猴子、大猩猩的共同祖先来自古猿类，所有的生物都来自海洋，在陆地与海洋之间的两栖动物有青蛙、鳄鱼。动物能够拥有叶绿体，可以在不进食的情况下直接获取阳光的能量，而一些植物具有动物的特征，能像动物一样作出迅速反应，依靠吃小动物获取能量，我们会问在物质与生命之间到底有没有进化中间体？这个中间体应该是什么？为什么会有这种进化中间体？

人体胚胎能够在冷冻玻璃体状态下保持几年，还能够形成胎儿，被冰封的种子三万年后能够重新复活，有的细菌甚至在封闭环境中长达几千万年照样还能够重新复活，所有的证据都似乎将生命与物质之间的界限搞得模糊了。而最明显的就是鸡蛋（能够孵化的），虽然其能够依靠氧气呼吸，但是在其孵化之前，我们确实无法给予其生命体的特征，因为在人类看来那是无法感知的，无法及时规避危险。但是只要给予合适的温度，哪怕在被子里，孵化箱里，都可以变成一个活泼的生命。而所有关于，物质与生命的界限的疑问，生命意识的开始似乎都是模糊的，又是明显渐进的。

噬菌体是一种病毒，专门侵蚀病菌或者细胞，在病菌或者细胞外，不具有生命的任何特征，不能复制、传播，不具备活力。但是一旦接近目标，就会吸附在目标体上，把蛋白质外壳留在外面，并把自己的RNA注入细菌或者细胞体内，依靠寄主目标体内的物质进行复制、传播。

有一种蛋白质朊病毒，只有蛋白质，没有DNA，但是在细胞体内能复制、传播，具有生命特征，在细胞体外没有复制能力，不具备活力。还有一种没有外壳的RNA类病毒，没有蛋白质，在细胞体外也能够复制、传播，同样在细胞外是结晶体，不能定义为生命。

最近科学家研究发现，小RNA分子能够进入人体，并发挥作用，蛋白质是由氨基酸组成的，两三个氨基酸组小分子进入人体同样具有生理功能，而以色列科学家利用多种植物油与水混合成乳化剂，如果这源于进化赋予的某种抗御真菌与害虫的自然机制，这意味着某种成分具有抵御害虫的天然能力。人体汗液中的化学物质，汗腺抗菌肽能够在略带酸性的含盐汗液中激活，刺透有害细菌的细胞膜，最终杀死这些细菌。

病毒、类病毒、阮病毒等这些奇怪的生命相关的有机结构不被生物科学家承认为独立的生命体，但是又与生命表达密切相关。因为它们没有细胞结构，不能自己独立复制，像无机化合物一样形成结晶体。但是却奇怪的是，病毒只有核酸DNA或者RNA与蛋白质外壳，类病毒只有RNA，阮病毒只是蛋白质。但是他们具有传染性，比如噬菌体这种病毒，完全能够感染细胞，并在细胞中完成复制。现代科学在创造环境下，也终于发现病毒能够在细胞体外复制，类病毒可以依靠病毒传染，并侵入病毒内部复制，而蛋白质阮病毒不仅仅是疯牛病等脑部疾病的元凶，而且也有不依靠DNA、RNA的传染能力。这些病毒，包括类病毒，阮病毒突破了传统生命学的意义，却涉及到生命起源的逻辑。2010年，发现了一种大分子病毒更模糊了生命与物质之间的逻辑。

从海洋到陆地的进化

在生物进化历史中，所有生物都来源于海洋，鱼作为海洋里的常客，也进化出不同品种，有的会飞，有的会攀岩，有的甚至长出手来。

会飞的鱼：飞鱼长相奇特，胸鳍特别发达，像鸟类的翅膀一样。长长的胸鳍一直延伸到尾部，整个身体像织布的“长梭”。

飞鱼凭借自己流线型的优美体型，在海中以每秒10米的速度高速运动。它能够跃出水面十几米，在空中停留的最长时间是40多秒，飞行的最远距离有400多米。飞鱼的背部颜色和海水接近，它经常在海水表面活动。蓝色的海面上，飞鱼时隐时现，破浪前进的情景十分壮观，是南海一道亮丽的风景线。

会攀岩的鱼：这是一种小虾虎鱼，它们生活在澳大利亚，这类鱼的寿命最长为8周。

在夏威夷岛的溪流中，没有什么竞争者和猎食者。因为地势陡峭，水流湍急，所以很少有鱼，一般来说没有鱼能上游到这里来，但是一种来之大海叫小吓虎鱼的鱼，却能逆流而上，到达这里。小虾虎鱼是攀岩高手，它的腹鳍呈盘状，像个吸盘，对于小虾鱼来说，水滴下来如同炸弹，失误会导致体力的浪费，有些鱼需要休息，有些鱼由于体力消耗太多，在半路上死掉，尽管困难重重，但仍有少数小虾虎鱼会如英雄般的到达瀑布的上面，找到完美的栖息地，小虾虎鱼能安宁的生长繁衍，最后，它们的后代会被水流冲走，流到大海，然后开始另一次宿命的轮回。

喜欢穴居的滩涂鱼：又名跳跳鱼、泥牛、滩涂虎。栖息于河口咸淡水水域，近岸滩涂处或底质烂泥的低潮区，对恶劣环境的水质耐受力强。

滩涂鱼喜穴居，洞穴一般为Y字形，由孔道、正孔口和后孔口构成。正孔口用于进出，后孔口用于换气。依靠胸鳍和尾柄在水面上、沙滩、岩石上爬行或跳跃；匍匐于泥土上觅食底栖硅藻、蓝绿藻，也食少量桡足类及有机质；会捕食小鱼或昆虫。遇到危险便钻到泥土中或者飞快的跳走。这更像蜥蜴等爬行动物的前身。

长手的鱼：长期以来，人们一直对鱼的认识停留在传统的直观认识上，比如供人们吃的鱼，观赏的金鱼，教科书上的鲸鱼。其实，鱼在历史演化中有很多的不同变种，出现了后来丰富多彩的生物。比如最近科学家发现9种神秘鱼类用手行走——2010年5月25日，国家地理杂志网站介绍，最近科学家研究了九种长手的鱼。这些鱼类共同的特征就是长着“手”，而“手”其实指的是它们用来行走的鱼鳍。

下图展示的是一种新命名的粉红色长手鱼，它们利用鳍在海**行走，而不是用鳍游泳。最近，科学家对9种新命名的鱼类物种进行了描述，粉红色长手鱼就是其中之一，其余的还有斑点长手鱼，红色长手鱼，黄鳍长手鱼等。

现在，长手鱼数量非常少，人们只在澳大利亚东南部水域发现长手鱼的踪影。澳大利亚联邦科学与产业研究组织的科学家指出，这种鱼类在大约5000万年前可能遍布世界各地，地中海便曾发现这种怪鱼的化石。

红树溪鳉鱼能在陆地生活60多天，它们体长在75毫米内，是生活在佛罗里达州至巴西境内沼泽中的小型热带鳉科鱼类。2013年7月，美国维克森林大学研究员本杰明-帕尔曼（BenjaminPerlman）最新一项研究表明，红树溪鳉鱼是唯一已知能够进行自我受精繁殖的雌雄同体的脊骨脊椎动物，它们拥挤在潮湿的腐烂红树原木中，甚至能够隐藏在旧啤酒罐和椰子壳里。在陆地生活期间，它们能够改变鱼鳃，通过皮肤进行呼吸。红树溪鳉鱼在陆地上生活的惊人能力来自于它们强大的跳跃。研究小组拍摄视频发现这种鱼搁浅时能够尾巴“弹跳”行走，放置在地面上能够卷曲头部之后弹跳尾部，从垂直和侧面方式推进身体前行。具有两栖能力的红树溪鳉鱼能够较好地适应陆地生活，并在地面上有方向地跳跃前行。这种能力使它可以脱离水池，在低氧浓度或者高硫化氢含量的环境中幸存下来，而硫化氢是一种对鱼类有毒的化学物质。

研究发现，大约3。9亿年到3。6亿年前，一种四足脊椎动物爬出水面进化成了我们今天所看到的两栖动物、爬行动物和哺乳动物。科学家们已经确定这种动物起源于鱼类，而且在它过渡到陆地上之前就已经在水下进化出了四肢和足趾。

2013年7月，克莱姆森大学的一位研究生SandyKawano通过研究跳跳鱼和虎螈发现，这些两栖动物的四肢与早期四足动物非常相似。虎螈代表了登上陆地比赛的胜利者，而跳跳鱼则是失败者，虎螈四肢行走时的大部分推动力都来自于后肢。尽管前肢提供有限的推动力，但是能产生类似于后肢的垂直力，这就表明虎螈很好地适应了陆地行走。而跳跳鱼不仅使用它们的胸鳍向前移动，而且使用腹鳍进行支撑，当它们向前爬行的时候，大多数力量都不是集中垂直方向。Kawano认为这或许可以解释为什么跳跳鱼并没有进化成四足动物，它们的鳍骨无法负担陆地生存的垂直力。

057科学家最新观察发现红树溪鳉鱼能弹跳到陆地上生活两个月（图片及参考资料来源：《美洲神秘鱼类可弹跳到陆地生活两个月时间》腾讯科学，2013年07月10日，图片来源美国维克森林大学本杰明·帕尔曼）

058研究人员借助跳跳鱼和虎螈来研究早期四足动物如何从水中转移到陆地（图片及资料参考来源：《从海洋到陆地：揭开远古四足动物的进化之谜〉腾讯科技，2013年7月9日，图片来源克莱姆森大学的一位研究生SandyKawano）第一节　依靠叶绿体生活的动物

依靠叶绿体生活的动物

最新一项研究发现，通体碧绿的海蛞蝓（seaslug）似乎是动物与植物的混合体——这是科学家发现的第一种可生成植物色素叶绿素的动物。

海蛞蝓看上去从其吃掉的藻类身上获取了令这种技能成真的基因。利用“窃来”的基因，它们可以进行光合作用——植物利用这一过程将阳光转化为能量。

美国南佛罗里达大学生物学家西德尼-皮尔斯（SidneyPierce）说：“这种海蛞蝓可以在不吃东西的情况下，生成含有能量的分子。”叶绿体是海蛞蝓凭借自身力量所不能生成的。海蛞蝓这一成就堪称壮举，科学家迄今尚不清楚这种动物是如何盗用所需要的基因的。皮尔斯说：“一个物种的DNA进入另一个物种体内肯定是有可能的，这些海蛞蝓就是典型例证。但具体机制尚不得而知。”

在西太平洋的帕劳群岛，有一个湖，由于湖面封闭，一个直径约200米的小湖里，密密麻麻地群居着数亿只水母。为了满足饮食需要，这些水母改变了捕捉小鱼虾的习惯，转而在体内豢养了一些单细胞藻类植物。

藻类分泌的营养供水母用，这些藻类植物需要日光进行光合作用制造有机物质，豢养它们的水母也养成了一种强烈的趋光本能。水母会随着太阳运行轨迹行动，早上在东面，下午又来到西面，这种日常迁徙方式的确令人赞叹不已。而到了晚上，一群群水母会潜入45英尺（约合13米）深的水下，摄取营养丰富的细菌，这是其体内的藻类生存所必需的东西。

科学家发现了首类能够像植物一样通过吸收阳光进行光合作用为自己提供能量的动物，这种名为豌豆蚜的昆虫可以吸收阳光为自身新陈代谢提供能量。如果后续的试验表明该种昆虫确实具备类似光合作用的能力，那么这一发现将会成为生物学的一个重大突破。

2010年，亚利桑那大学生物学家南希-莫兰和泰勒-贾维克发现豌豆蚜可以像植物一样为它们自己生产类胡萝卜素，产生这种现象的原因是一种真菌基因进入它的体内后被复制了。这种色素广泛存在于动物体内，所有已知的动物都通过吃植物、藻类生物或者其他动物来获得这种色素，而豌豆蚜可以像植物一样自己生产。

研究团队对豌豆蚜体内的三磷酸腺苷浓度进行了测试，结果表明，绿色豌豆蚜比白色豌豆蚜会制造更多的三磷酸腺苷，而且橙色豌豆蚜在阳光下产生的三磷酸腺苷比在黑暗环境中要多得多。研究者还捣碎了橙色的豌豆蚜并且清空了它们体内的类胡萝卜素，来证明正是这些类胡萝卜素吸收了阳光并且转化了能量。

这些证据都表明这种合成色素对光诱导电子转移系统有作用，在这个系统中豌豆蚜可以从太阳光获得能量。研究人员猜测这种能力也许是这种生物的一种备用能力，当周围环境不足以为它们提供所需资源的时候，它们就会启用这种能力。

最新一项研究显示，普通的斑点钝口螈是一种“太阳能脊椎动物”，它们的细胞内存在着可进行光合作用的藻类，彼此间形成共生关系。这是迄今首例脊椎动物体内共生光合作用的微生物现象。

斑点钝口螈的胚胎与光合作用藻类存在着共生关系，然而之前科学家仅认为这种共生关系存在于身体之外，蝾螈与藻类分别交换能量。但达尔豪斯大学科学家赖安—克奈伊（RyanKerney）在研究一批斑点钝口螈胚胎时发现一种亮绿色物质源自细胞内部，这种亮绿色指示了叶绿素的存在，它是一种吸收光线可能进行光合作用的绿色素。克奈伊说：“在实验中我对即将孵化的斑点钝口螈胚胎进行长时间曝光呈现荧光图像，通过使用透射电子显微镜法，我证实了自己的观点，藻类的确共生存在于这种蝾螈的细胞中。”

事实上，自然界生物共生关系经常存在于可生成细胞能量的线粒体、细胞器中，因此很可能线粒体直接收获氧气和碳水化合物，这是藻类进行光合作用的副产物。这项发现之所以令人惊奇是由于所有脊椎动物都拥有适应性的免疫系统，能够自然摧毁它们细胞中的异质生物物质，然而斑点钝口螈细胞中的藻类如何避开这种防御性仍是一个未知谜团。更具有吸引力的是，克奈伊同时发现成年雌性斑点钝口螈的输卵管中也存在着藻类，在这里胚胎体形成于它们的液囊中，这意味着很可能共生藻类是在繁殖期从母体遗传给后代的。

第二节　像动物一样行动的植物

我们需要带着另一个疑问，就是植物会思考吗？

一些植物具有动物性的反映，比如食虫草。世界有675种以上的食虫植物，其中许多都采用守株待兔的捕食方式。