我們祖先曾經(jīng)“厭氧”
46億年前地球誕生以后，實(shí)在無法確定最早的生命形式究竟是在什么時(shí)候出現(xiàn)的。一般認(rèn)為大約是在40億至35億年前出現(xiàn)的。1977年美國(guó)哈佛大學(xué)的化石專家巴洪，在南非發(fā)現(xiàn)了34億年前的巖石中的含有細(xì)菌的化石。因此，大約35億年前，地球上肯定已經(jīng)出現(xiàn)了生命。
人類是呼吸空氣中的氧氣而生活的，如果沒有氧氣，就會(huì)窒息而死。因此，大概很多人都認(rèn)為氧氣無論對(duì)什么生物而言都是至關(guān)重要的。而遠(yuǎn)古的地球大氣中不含氧氣，實(shí)際上，細(xì)菌中有很多種類一旦有氧就不能存活。像這樣的細(xì)菌，因?yàn)橛憛挰F(xiàn)在地球的含氧空氣，所以被命名為厭氧菌。此外，原生生物、真菌中也有些種類不需要氧。
35億年前，我們最早的祖先就是厭氧菌。此后，在這些厭氧菌中間，出現(xiàn)了像現(xiàn)在的藍(lán)細(xì)菌一樣能夠進(jìn)行光合作用的細(xì)菌。藍(lán)細(xì)菌是藍(lán)藻中一個(gè)原始的種類，漂浮在海面上生活。它的光合作用和植物一樣，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生氧氣。藍(lán)細(xì)菌增加的結(jié)果，使得20億年前地球上的氧逐漸多了起來，不僅是海水中的氧，大氣中的氧也開始增加。這是嚴(yán)重的環(huán)境污染，是地球上最早的大規(guī)模公害。
我們的祖先，盡管說那個(gè)時(shí)期還只是細(xì)菌，但也可以說正面臨著首次出現(xiàn)的重大危機(jī)。很多生物因此而死亡了。但是，幸運(yùn)的是地球上的所有生物還不至于全部滅絕，其中進(jìn)化出了能夠利用氧的細(xì)菌?，F(xiàn)在根據(jù)它們喜歡氧而命名為好氧菌。地球上仍然還有些地方氧氣無法進(jìn)入。地面以下很深的地方可能就沒有氧氣。在這樣的地方，古細(xì)菌的祖先勉勉強(qiáng)強(qiáng)地幸存了下來。
在現(xiàn)實(shí)中，我們已經(jīng)變得完全依賴于氧，沒有氧根本就不能生活了。如果當(dāng)初人類不得不在沒有氧的環(huán)境中勉強(qiáng)生活，那恐怕不會(huì)有今天這樣的繁華景象。
動(dòng)物、植物如何產(chǎn)生
在地球上的氧逐漸擴(kuò)散、我們的祖先古細(xì)菌類生物陷入危機(jī)之前，生物主要是通過發(fā)酵的方法從養(yǎng)分中獲得能量的。這是現(xiàn)在的許多厭氧菌、酵母菌等采用的方法。酸奶就是使用乳酸桿菌發(fā)酵牛奶而制成的。啤酒等的釀造也是利用酵母分解養(yǎng)分而產(chǎn)生酒精。
但是，能積極地利用氧而進(jìn)化產(chǎn)生的好氧菌，采用的是一種全新的方法——有氧呼吸——來制造能量。這種方法較之發(fā)酵，可以從等量的養(yǎng)分中制造多得多的能量，是一種非常有效的方法。因此，這種新進(jìn)化而來的好氧菌在地球上以爆發(fā)之勢(shì)增加了起來。
由于好氧菌的繁榮，從古細(xì)菌進(jìn)化而來的我們的祖先雖然躲避了氧而勉強(qiáng)幸存下來，但在這期間也完成了兩項(xiàng)重大的“發(fā)明”：一是細(xì)胞中產(chǎn)生了具有核膜的細(xì)胞核，為了不讓重要的DNA物質(zhì)受損傷，核膜將它們完全包裹在細(xì)胞核中；二是細(xì)胞具有了把其他細(xì)胞吞噬入自己體內(nèi)的能力，也就是能把好氧菌和藍(lán)細(xì)菌等吞噬到自己的細(xì)胞內(nèi)。
希臘神話中有這樣一個(gè)故事：第二代的大神克洛諾斯把自己的孩子一個(gè)接一個(gè)地吞噬掉。著名的宙斯是第三代的大神，他也是克洛諾斯的孩子，也曾被他的父親吞噬過一次，但是他成功地逃脫了出來。真核生物的祖先也吞噬后來進(jìn)化產(chǎn)生的好氧菌和細(xì)菌，所以有的學(xué)者就根據(jù)克洛諾斯的神話稱之為“克洛諾賽特”。
這里最重要的事件就是吞噬了能夠進(jìn)行有氧呼吸的好氧菌。根據(jù)細(xì)胞內(nèi)共生進(jìn)化學(xué)說的觀點(diǎn)，這個(gè)事件被專門稱為細(xì)胞內(nèi)共生。大約在15億年前，某種好氧菌被吞噬到了厭氧菌的細(xì)胞中并開始了共生，原本厭氧的生物也能夠在有氧的環(huán)境中生存了。之后，被吞噬的好氧菌變成了細(xì)胞的線粒體。這樣產(chǎn)生了鑲嵌狀的細(xì)胞，這種細(xì)胞就是原生生物、真菌、動(dòng)物、植物的共同祖先，這也就是此后各種各樣進(jìn)化的根源。獲得了線粒體的真核生物的細(xì)胞，不久又吞噬了藍(lán)細(xì)菌。在自己的細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行光合作用獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)真核生物而言是非常適合的。它們進(jìn)化成了現(xiàn)在的植物。
動(dòng)物和植物憑借有利的細(xì)胞能力而繁榮，構(gòu)成了現(xiàn)在地球上的生物系統(tǒng)。但是，即使是現(xiàn)在也不能輕視細(xì)菌的能力。線粒體、葉綠體是細(xì)菌的子孫，同時(shí)我們身體里還生活著其他許多細(xì)菌。其中既有在腸子里制造臭氣產(chǎn)生麻煩的細(xì)菌，也有引起疾病的細(xì)菌，它們大部分都是我們生活所必需的共生細(xì)菌。因此，如果過度使用完全殺死細(xì)菌的藥物，就會(huì)把病原菌連同其他有益的細(xì)菌一起全部殺死，這也會(huì)造成麻煩。
現(xiàn)在已經(jīng)有各種各樣的證據(jù)支持共生學(xué)說，其中最有力的證據(jù)還是來自于分子。線粒體和葉綠體不僅具有獨(dú)立的DNA(不同于細(xì)胞核的染色體DNA)，還具有獨(dú)立的蛋白質(zhì)合成體系(不同于受核控制的細(xì)胞質(zhì)合成體系)。如果追蹤我們?nèi)祟惖募?xì)胞的根源，它應(yīng)該是好氧真細(xì)菌在接近于古細(xì)菌的厭氧性單細(xì)胞生物體內(nèi)共生并進(jìn)化的產(chǎn)物。
“偶然性”的重大作用
日本遺傳學(xué)家木村先生發(fā)表中性學(xué)說的時(shí)候，進(jìn)化被認(rèn)定是為了適應(yīng)環(huán)境而產(chǎn)生的，即使在分子水平自然選擇也還是最重要的。因此，分子進(jìn)化的中性學(xué)說受到了來自世界各地科學(xué)家們的猛烈反對(duì)。此后，由于分子生物學(xué)的發(fā)展，很快出現(xiàn)了許多新的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)都支持中性學(xué)說。
例如，如果說自然選擇重要，那么對(duì)于生物而言生死攸關(guān)的遺傳基因似乎也可以快速地進(jìn)化。但是實(shí)際上，這些生死攸關(guān)的基因很難變化。相反，被認(rèn)為并不怎么重要的基因變化速度卻很快。這就是說，進(jìn)化過程中發(fā)生的基因變化，大多數(shù)并不具有變得比以往更好之積極意義，即大多數(shù)的變化是呈“中性的”。于是，中性學(xué)說逐漸被全世界的科學(xué)家們接受。1992年，木村博士被列入了為進(jìn)化研究做出杰出貢獻(xiàn)的人物的行列，與達(dá)爾文、孟德爾齊名。
人類的遺傳信息大約含有30億文字的DNA。比較兩個(gè)人的DNA，基本上應(yīng)該是一致的。但是，大約每1000個(gè)文字就有1個(gè)文字的變異。也許這被認(rèn)為是極其微不足道的差異，但是DNA圖譜由30億個(gè)文字構(gòu)成，所以整個(gè)DNA圖譜共有300萬個(gè)變異。根據(jù)中性學(xué)說，這些變異對(duì)于自然選擇而言大部分都是既不好也不壞。例如即使有影響外表的變異，未必會(huì)對(duì)人類的生存有意義，很多是和自然選擇沒有關(guān)系的變異。
有一種叫做糖尿病的疾病，表現(xiàn)是原本在體內(nèi)提供能量的糖類(碳水化合物)不能被利用，而直接通過尿液被排出。產(chǎn)生這種疾病的原因之一是體內(nèi)不能有效地合成一種叫做胰島素的蛋白質(zhì)。因此，只要注射胰島素病癥即可控制。最近，分子生物學(xué)的進(jìn)展令微生物能夠制造與人胰島素相同的蛋白質(zhì)。在此之前使用的是牛和豬的胰島素。人胰島素和牛、豬胰島素之間有少許氨基酸序列的差異，但是它們作為胰島素的功效卻是一樣的。人、牛和豬從共同的祖先開始，在進(jìn)化過程中發(fā)生的胰島素的氨基酸變化(變異)，可以說是在功能上就屬于沒有差異的“中性的”變異。
中性學(xué)說闡明的另一個(gè)問題是，生物進(jìn)化中的“偶然”事件也起著至關(guān)重要的作用。因?yàn)樽匀唤缤耆拖駭S骰子一樣偶然地選擇著變異。以入學(xué)考試為例，并不是從成績(jī)好的開始依次選擇，而是先去除成績(jī)特別差的(雖然能夠活著，但是那些極其差的變異會(huì)被去除)，然后從留下的人中抽簽選擇。總之，自然選擇的觀點(diǎn)是：“最優(yōu)秀的生物生存(適者生存)?！倍行詫W(xué)說的觀點(diǎn)是：“最幸運(yùn)的有利的生物生存(幸者生存)?！?nbsp;
在學(xué)習(xí)達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說的人中間，有人認(rèn)為英國(guó)占領(lǐng)殖民地、統(tǒng)治殖民地的人民是正義的事情，因?yàn)樵诟?jìng)爭(zhēng)中獲勝的一方就是最優(yōu)秀的。這是為使英國(guó)的殖民地政策正當(dāng)化，自然選擇學(xué)說被濫用。雖然達(dá)爾文自己反對(duì)奴隸制度，但是他的學(xué)說卻被用于連他自己都認(rèn)為不正確的目的。因此，日心說、進(jìn)化論這樣的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，不僅顯著地改變了每個(gè)人的思想，也影響了每個(gè)人的生活方式和社會(huì)狀態(tài)。面對(duì)今天的競(jìng)爭(zhēng)社會(huì)，闡明偶然事件具有重要作用的中性學(xué)說，是否也會(huì)影響每個(gè)人的思考方式呢？這個(gè)問題不僅非常重要，也意味深長(zhǎng)。
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