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生命因揮霍而精彩，因節(jié)儉而單調(diào)。

歐陽良宜

北京大學(xué)匯豐商學(xué)院副院長

北京大學(xué)匯豐商學(xué)院EMBA主任

生而為人，快樂且痛苦。一個典型中國中產(chǎn)階級每天操心的事情可不少，柴米油鹽，房貸車貸，還有更痛苦的子女教育問題。相比之下，細(xì)菌的生活就簡單“快樂”許多。隨遇而安的單細(xì)胞生物不需要找對象。環(huán)境養(yǎng)料充足的時候就爆發(fā)一波。譬如，我們熟悉的大腸桿菌20分鐘就可以分裂一次，一天就可以讓自己的后代暴增16億（2

既然單細(xì)胞生物如此高能，為何生命的規(guī)則會演化出多細(xì)胞生物？為何處于食物鏈頂端的最強生物——人類選擇了群居生活？

荒野獨居

《荒野獨居》(Alone)是一檔由歷史頻道制作的生存真人秀節(jié)目。參賽者被單獨投放在極端荒野環(huán)境中，依靠自己的技能和智慧生存下去。每位選手只能攜帶10件裝備，在沒有任何外界幫助的情況下，面對自然的嚴(yán)酷考驗。堅持到最后的選手將贏得100萬美元的獎金。

羅蘭德·韋爾克（Roland Welker）從踏上《荒野獨居》第七季的那一刻起，就注定要經(jīng)歷一場前所未有的生存之戰(zhàn)。從第一天開始，他就明白，這不僅僅是一場比賽，而是一場對他身心極限的嚴(yán)酷考驗。

第一天，韋爾克在寒冷的北極荒野中降落，周圍是無盡的冰雪和刺骨的寒風(fēng)。他迅速選定了一塊靠近水源的地方作為營地，開始用樹枝和樹葉搭建庇護(hù)所。然而，夜晚的寒冷比他想象中更為殘酷。第一晚，他蜷縮在薄薄的樹葉下，凍得瑟瑟發(fā)抖，幾乎無法入睡。

節(jié)目海報

在接下來的幾天里，韋爾克面臨的首要任務(wù)是尋找食物。一次，他在冰冷的河水中徒手捕魚，水溫幾乎讓他失去了手指的知覺。終于，他成功捕到了一條大魚，這不僅填飽了他的肚子，也給了他繼續(xù)前進(jìn)的信心。另一回，他花了幾個小時制作了一個復(fù)雜的陷阱，捕捉到了一只野兔。那天晚上，他在篝火旁享受了一頓豐盛的晚餐，但同時也意識到，未來的日子不會總是如此幸運。

隨著日子一天天過去，韋爾克的挑戰(zhàn)也越來越嚴(yán)峻。一次，他在探索新區(qū)域時不小心滑倒，鋒利的石頭劃破了他的腿，鮮血直流。韋爾克用隨身攜帶的急救包簡單處理了傷口，但劇痛和失血讓他虛弱不堪。他強忍疼痛，拖著受傷的腿回到營地，隨后幾天，他只能減少活動，盡量節(jié)省體力，讓傷口愈合。

更大的挑戰(zhàn)來自心理上的壓力。孤獨和寂寞在夜晚尤為顯著，尤其是在風(fēng)雪交加的夜晚，他蜷縮在簡陋的庇護(hù)所里，聽著外面狼嚎聲不斷，內(nèi)心的恐懼和孤獨感一陣陣襲來。為了不讓自己崩潰，韋爾克開始給自己講故事，回憶過去的美好時光，甚至編織未來的夢想。

最艱難的時刻出現(xiàn)在第七十天，冬天來臨，氣溫驟降至零下40度。韋爾克的食物儲備告急，他不得不每天冒著生命危險外出尋找食物。一整天，他在冰天雪地里跋涉，幾乎沒有任何收獲，回到營地時，已是筋疲力盡。他知道，這樣下去，他可能會因饑餓和寒冷而無法堅持。

羅蘭德·韋爾克（Roland Welker）

然而，韋爾克沒有放棄。他回到營地后，用最后的力氣燃起篝火，靠近火堆取暖，并祈禱明天會有好運。他調(diào)整了策略，制作了更高效的捕獵工具，終于在第八十五天成功捕獲了一只鹿。這頓鹿肉不僅拯救了他的生命，也讓他重拾了希望和力量。

終于，在第100天的晨光中，韋爾克迎來了最終的勝利。他成為了《荒野獨居》史上首位達(dá)成100天生存目標(biāo)的選手。當(dāng)直升機降落，將他接走時，韋爾克已經(jīng)是一個經(jīng)歷了無數(shù)磨難和挑戰(zhàn)的英雄。

《荒野獨居》的參賽選手擁有人類社會提供的最佳裝備，包括羽絨服、引火裝置、強力弓箭甚至漁網(wǎng)。但是少有選手能夠在極端荒野環(huán)境下堅持到第100天。事實上，在荒野獨居這個系列賽中，這些野外求生專家平均只堅持了37天。萬年前的冰河時代中，人類祖先能夠在更差的裝備和更惡劣的環(huán)境中存活下來，理由大概只有一個：團(tuán)結(jié)就是力量。

02

團(tuán)結(jié)就是力量

地球在40億年前就迎來了第一個生命，但一直到6億年前第一個多細(xì)胞生物才出現(xiàn)在地球。這說明在地球的大部分時間里，甚至即便是現(xiàn)在，單細(xì)胞生物擁有強大的生存優(yōu)勢。事實上，小尺寸的單細(xì)胞生物不僅種群數(shù)量巨大，而且種類的多樣性大到我們幾乎無法定義。以人體為例，我們的身體里至少有1-2公斤的細(xì)菌共生，總數(shù)量可能高達(dá)100萬億個

俗話說，人多力量大，細(xì)菌也一樣。細(xì)菌扎堆在一起的生活質(zhì)量要好過獨居。單細(xì)胞的細(xì)菌在傳宗接代方面比較隨意。水平基因轉(zhuǎn)移（Horizontal Gene Transfer）是細(xì)菌之間傳遞遺傳物質(zhì)的過程，與垂直基因轉(zhuǎn)移（即從親代傳遞給子代）不同。細(xì)菌可以從環(huán)境中直接攝取外源DNA并將其整合到自身基因組中，也可以通過接合橋從其它細(xì)菌體內(nèi)嫁接基因過來。因為DNA或RNA復(fù)制非常消耗能量，細(xì)菌也會隨意地拋棄部分基因組。這種數(shù)典忘祖的行為導(dǎo)致細(xì)菌的多樣性極其豐富，也成為抗生素研究者的噩夢。水平基因轉(zhuǎn)移使得細(xì)菌不斷演化出抗生素所不能殺死的品種。

細(xì)菌使用一種叫做群體感應(yīng)的通訊機制。這種機制依賴于種群密度。細(xì)菌通過分泌和檢測信號分子來感知自身的密度。當(dāng)細(xì)菌密度達(dá)到一定水平時，信號分子的濃度增加，激活特定基因的表達(dá)，從而啟動集體行為，譬如形成生物膜。我們口腔里的牙菌斑就是一種生物膜。生物膜提供物理屏障，保護(hù)細(xì)菌免受環(huán)境壓力、抗生素和宿主免疫系統(tǒng)的攻擊。這和冷兵器時代打仗的陣形一樣，外圍的細(xì)菌為生物膜內(nèi)的同類提供了保護(hù)。細(xì)菌甚至可以通過群體感應(yīng)機制同時分泌毒素來攻破宿主細(xì)胞的免疫屏障。這說起來有點像古代游牧民族的入侵。零星牧民的攻擊往往被長城防線的軍隊攔住，只有大部隊才能攻入長城以內(nèi)。有研究說，人體80%左右的感染和細(xì)菌生物膜有關(guān)。細(xì)菌的團(tuán)結(jié)對人類不是一件好事。

其它生物也一樣存在群體感應(yīng)機制。松樹、柳樹、番茄、煙草和胡椒等植物在遭遇昆蟲啃食時，會分泌水楊酸等揮發(fā)性化合物通過空氣向周圍的同類發(fā)出警告。豆類、草莓和玉米可以通過根系分泌等土壤傳播的黃酮類化合物，通知同類做好防御措施。玉米和芥菜甚至可以分泌一些化合物吸引昆蟲的天敵來捕食害蟲。獨木不成林的適用范圍不僅僅是植物，應(yīng)該是所有生物。我們在中學(xué)課本上都學(xué)到過的是，蜜蜂和螞蟻這種社會性昆蟲可以通過視覺和化學(xué)信號通知同類哪里有好吃的。其實蒼蠅也會這個技能，只是說起來有點惡心而已。蚜蟲在遭遇捕食時，甚至可以釋放警報信息素，讓兄弟們趕緊撤。

著名脫口秀演員李誕寫過一本工作手冊。書中寫到，為何組一個公司而不是自己一個人單獨講脫口秀，是因為一起講脫口秀掙的錢更多。難能可貴的是，他引用了諾獎得主科斯的交易成本理論來解釋這個邏輯。他認(rèn)為，工作的本質(zhì)是交易，演員通過公司將自己的時間和才能與市場交換金錢。公司會產(chǎn)生的原因是，個人直接交易的成本太高，而公司能降低交易成本。當(dāng)然聚集也有副作用，病毒會在種群中傳播。演員也可能會因為公司同事的不當(dāng)行為被牽連。一切皆有代價。

盡管同行是冤家，但是我們經(jīng)常會看到電器城、家居城和書城里同行扎堆出現(xiàn)。對于消費者來說，這種市場的出現(xiàn)降低了平均的交易搜索成本，也使得商家可以接觸到更多的客戶。互聯(lián)網(wǎng)平臺使得交易市場不再受物理空間和交通環(huán)境的限制，進(jìn)一步降低了交易成本，同時也嚴(yán)重侵蝕了傳統(tǒng)交易市場的交易量。亞馬遜、淘寶、京東、拼多多和希音的崛起對于傳統(tǒng)制造商這個物種來說，是交易環(huán)境的又一次自然選擇。

本質(zhì)上而言，所有物種都在與環(huán)境交換物質(zhì)和能量，以保持自己的有序狀態(tài)。在群居環(huán)境下，交換成本分?jǐn)偟矫恳粋€個體身上的平均值，會低于個體直接交換的代價。在自然規(guī)則的競爭迭代中，節(jié)能模式顯然更容易勝出。

融合與共生

搭過樂高的人都知道，如果只有一種形狀的積木，那么我們能構(gòu)建的模型是極其有限的。另一方面，我們需要有相當(dāng)數(shù)量的積木才能搭建出想要的模型。生物學(xué)將地球生物分為三域（Domain），包括細(xì)菌，古菌和真核生物。在生命誕生之后的20億年內(nèi)，生命僅限于細(xì)菌和古菌兩種單細(xì)胞生物（“原核生物”）。盡管兩者的基因多樣性和對能量利用方式的多樣性令人嘆為觀止，但是它們都是快樂的單身漢，無法形成更大更“高級”的生命積木。古生物學(xué)家推斷，大概在16-21億年前，某種古菌吞噬了細(xì)菌（據(jù)推測是α-變形菌）。被吞噬的細(xì)菌并沒有被消化，而是與宿主共生。真核生物由此誕生。被吞噬的細(xì)菌演化成細(xì)胞里的線粒體。這一次樂高積木的偶然組合對地球生態(tài)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

生命存在的基礎(chǔ)是利用能量維持或創(chuàng)造有序。幾乎所有地球生命都以三磷酸腺苷（ATP）作為能量傳遞的介質(zhì)。ATP就是人體的能量貨幣，釋放能量之后變成二磷酸腺苷（ADP），重新充能之后又變?yōu)锳TP。這種往復(fù)循環(huán)便是人體能量傳輸和使用的機制。一個冷知識是，正常人體的ATP存量僅有50克左右，但是每天循環(huán)的總量高達(dá)50-75公斤。每個ATP分子大概要循環(huán)1000次以上。

細(xì)菌和古菌也是以ATP為能量貨幣。兩者的融合使得真核生物有了幾種生成ATP的方式。我們將運動分為有氧和無氧兩種，標(biāo)準(zhǔn)就是ATP生產(chǎn)過程中是否有氧氣參與。無氧的供能模式或者分解磷酸肌酸給ATP充能，或者將葡萄糖分子酵解為ATP分子并產(chǎn)生乳酸。前者功率最高，但是因為磷酸肌酸儲量有限，最多只能支持10秒鐘的消耗。后者功率其次，但也撐不了太久，800米以上的項目就頂不住了。真正高效率（但是低功率）的供能模式是線粒體內(nèi)發(fā)生的三羧酸循環(huán)，能夠源源不斷地將糖或脂肪的能量用來為ATP充能。葡萄糖通過糖酵解轉(zhuǎn)化為ATP能量的效率約為2%，而通過三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為ATP能量的效率約為40%。因此線粒體可以被稱為細(xì)胞的發(fā)動機。

有氧呼吸短跑和長跑項目表面上看起來都是跑步，但是兩者的供能模式差異導(dǎo)致兩類運動員肌肉類型和訓(xùn)練方式都不同。一個不冷的知識是，長跑盡管消耗能量總和非常大，但減肥效率并不如能量效率低但功率高的無氧運動，盡管后者可持續(xù)時間很短。從耗能角度來看，高強度間歇訓(xùn)練（HIIT）是不錯的選擇。這種敗家行為在工業(yè)革命之前是要遭天譴的。

戈19 A隊隊員于戈壁拉練

在進(jìn)化歷史上，線粒體對能量的高效運用使得復(fù)雜多細(xì)胞生命成為可能。消耗單細(xì)胞生物能量的主要行為是“生”和“活”。原核生物生孩子靠的是分裂復(fù)制，而遺傳密碼DNA的復(fù)制極其耗費能量。自然而然，細(xì)菌會選擇極簡模式，拋棄不必要的基因。目前已知最大的細(xì)菌基因組只有1200萬個堿基對（12MB），與真核生物DNA動輒十億計的堿基對相比有點寒酸。

這聽起來有點不可思議。本質(zhì)上，細(xì)菌是規(guī)則（DNA）為自我復(fù)制而制造的生物機器。遺傳規(guī)則（DNA）是子規(guī)則（基因組）的集合。基因組彼此之間存在競爭與合作關(guān)系。水平基因轉(zhuǎn)移的過程有點像某些規(guī)則被踢出群，但又被其它群接納的行為?；钕氯ナ怯驳览?，能夠復(fù)制的基因才是贏家，而不一定是那些對生物有益的基因。真核生物的基因組是古菌和細(xì)菌的嵌合體，或者說是規(guī)則的組合。從現(xiàn)代生物學(xué)家的角度來看，大概是因為當(dāng)年合并時過于草率，真核生物的基因組冗長且充斥大量無用信息。僅從效率來看，細(xì)菌和古菌的遺傳規(guī)則要比我們高得多。

一個真核生物細(xì)胞的體積大概是普通細(xì)菌的15,000倍。如此龐大的基因組和體積沒有線粒體這樣高效的能量工廠支持是不太可能維持的。單個人體細(xì)胞所擁有的線粒體數(shù)量平均為1,000個左右

線粒體和宿主共生的關(guān)系有點像現(xiàn)代的公司制度。宿主為線粒體提供能量源，而線粒體則負(fù)責(zé)運用能量創(chuàng)造更大的價值，幫助公司進(jìn)行各項生產(chǎn)活動。在沒有共生機制的情況下，這種臨時合作也可能發(fā)生于細(xì)菌之間。內(nèi)共生使得協(xié)作關(guān)系固化，兩者從合作中獲得雙贏優(yōu)勢。彼此的規(guī)則組合經(jīng)過自然選擇之后得到傳承延續(xù)。真核生物的復(fù)雜性又涌現(xiàn)出更多全新的規(guī)則。譬如，有性繁殖使得同一物種的遺傳密碼可以進(jìn)行交換，進(jìn)一步提高了物種的適應(yīng)能力。真核生物的領(lǐng)域也從海洋發(fā)展到陸地和天空，為生態(tài)體系帶來更多的復(fù)雜性和可能性。

我們中學(xué)課本上學(xué)到的幾種單細(xì)胞生物，譬如草履蟲、變形蟲和酵母菌，都是擁有線粒體的單細(xì)胞真核生物。很多人都會將幫我們制作面食和美酒的酵母菌誤認(rèn)為是細(xì)菌，其實它們是真菌。因為有了線粒體，所以酵母菌既可以進(jìn)行有氧呼吸，也可以在無氧條件下進(jìn)行另一種呼吸：糖酵解。酵母菌能夠?qū)⑻寝D(zhuǎn)化為乙醇（酒）和二氧化碳。葡萄汁和麥芽汁可以直接被發(fā)酵成為葡萄酒和啤酒。而高粱或米飯的淀粉作為多糖還多了一道工序，需要曲霉先將之糖化，然后再由酵母菌發(fā)酵成為茅臺或者五糧液。常聽說的”大曲“得名自釀酒原材料，即由曲霉、酵母和乳酸菌混合而成的大曲。制作面食的糖酵解和釀酒差別不大，只不過前者中的乙醇通常會揮發(fā)掉，而二氧化碳則會使得面包和饅頭蓬松好吃。本質(zhì)上，我們享用的面食和美酒都是酵母菌先享用過一遍的殘羹冷炙?；蛘哒f，它們將植物光合作用儲存的能量先抽走一部分，然后留了一部分給了我們。

擁有線粒體的真核生物因為能量運用能力的提高，因而更加能折騰了。大約15億年前，某種真核生物又吞噬了藍(lán)細(xì)菌，也就是我們常說的藍(lán)藻。被吞噬的藍(lán)細(xì)菌演變成我們所熟知的葉綠體。之所以我們看到的植物顏色主要是綠色的，是因為葉綠體的葉綠素主要吸收藍(lán)光和紅光，而反射了綠光。葉綠體作為一種高效的生物電池，能夠?qū)⒔邮盏降奶栞椛渲?-3%的能量固化在為葡萄糖，并釋放氧氣。這也是現(xiàn)代地球生態(tài)圈的基石。早期地球大氣中是沒有氧氣的，藍(lán)藻是古代地球氧氣的主要供應(yīng)商。即便是到了植物覆蓋地球的今天，藍(lán)藻和硅藻這類浮游生物依然是氧氣的重要供應(yīng)商。

所有的證據(jù)都表明，復(fù)雜生命源于早期簡單生命的吞噬和演化。吞噬所導(dǎo)致的內(nèi)共生規(guī)則之所以在演化中被保留下來，是因為葉綠體極大地提高了能量固化效率，而線粒體則提高了能量的使用效率。高能且簡單的生命繼續(xù)折騰著地球物質(zhì)，于是便有了復(fù)雜的多細(xì)胞生命。真核生物的遺傳規(guī)則是古菌和細(xì)菌規(guī)則的雙贏組合。這種新生的規(guī)則與其它規(guī)則在轉(zhuǎn)化物質(zhì)的競爭中取得了較大優(yōu)勢，形成了現(xiàn)在地球生態(tài)圈的主體。

這背后的邏輯是更多選擇的排列組合帶來的多樣性。如果沒有多樣性，那么數(shù)量的意義并不大。撒哈拉沙漠面積超過900萬平方公里，但它卻是貧瘠且簡單的整齊劃一，還不如僅有8000平方公里的加拉帕戈斯群島。

復(fù)雜生命的出現(xiàn)

對于演員來說，和公司簽約并非是一生的事情。當(dāng)公司解體的時候，演員依然可以尋找下一個公司繼續(xù)演出，甚至自己單干。但對于多細(xì)胞生物來說，這是一個事關(guān)生死的嚴(yán)肅問題。一旦整體崩解，所有構(gòu)成的細(xì)胞都會死亡。這也是為什么我們在開篇時將單細(xì)胞生物稱為快樂的單身漢。那么，是什么規(guī)則推動單細(xì)胞生物演化演化成為多細(xì)胞生物呢？

單細(xì)胞生物演化為多細(xì)胞生物是一個復(fù)雜且漫長的過程。古生物學(xué)家們估計最早生命誕生于40億年前，然而第一個多細(xì)胞生物直到6億年前才出現(xiàn)?？鞓返膯渭?xì)胞生物至少花了30億年才迭代出復(fù)雜的多細(xì)胞生物。

單細(xì)胞生物首先以集群或群體的形式生活在一起。這種集群可能是由于細(xì)胞分裂后不完全分離，或因為共同的資源和環(huán)境壓力而聚集在一起。集群提供了一些優(yōu)勢，如提高資源利用效率和增加抵抗環(huán)境壓力的能力。在集群中，不同細(xì)胞開始表現(xiàn)出某種程度的合作行為。例如，一些細(xì)胞可能專門負(fù)責(zé)獲取營養(yǎng)，而另一些細(xì)胞則負(fù)責(zé)防御和保護(hù)整個集群。這種合作和分工是多細(xì)胞生活的重要前提。

單細(xì)胞生物通過化學(xué)信號（如群體感應(yīng)分子）相互通訊和協(xié)調(diào)活動。細(xì)胞間的通訊使得細(xì)胞能夠協(xié)調(diào)分工和合作，增強集群的整體功能。細(xì)胞開始發(fā)展出特定的黏附機制，使它們能夠更牢固地黏附在一起。這些黏附分子（如鈣粘蛋白和整合素）在維持多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面起到了關(guān)鍵作用。

隨后，細(xì)胞逐漸演化出復(fù)雜的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，使不同的細(xì)胞可以在不同的時間和環(huán)境條件下表達(dá)不同的基因。通過這種方式，細(xì)胞可以特化為不同的功能類型。隨著基因調(diào)控機制的發(fā)展，集群中的細(xì)胞開始分化為不同的類型，每種類型執(zhí)行特定的功能。比如，在早期的多細(xì)胞生物中，一些細(xì)胞專門用于運動（如鞭毛細(xì)胞），而另一些細(xì)胞則專門用于繁殖。真核生物融合的線粒體提供的能量使得細(xì)胞的分化成為可能。

最后，隨著時間的推移，多細(xì)胞生物的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。細(xì)胞分化和特化進(jìn)一步發(fā)展，形成了組織和器官。例如，植物演化出了根、莖、葉，而動物演化出了心臟、肺、肝臟等器官。多細(xì)胞生物演化出復(fù)雜的發(fā)育和再生機制，使得個體可以從單細(xì)胞（如受精卵）發(fā)育成復(fù)雜的多細(xì)胞個體，并能夠修復(fù)受損組織。

生物演化的背后本質(zhì)上是能量運用規(guī)則的迭代。這些規(guī)則被記錄在DNA長鏈上由堿基構(gòu)成的基因組中。在自然界中，DNA的復(fù)制無法做到100%正確。背后的原因之一是物理限制。細(xì)胞內(nèi)的DNA復(fù)制酶和突變的修復(fù)酶都要遵循物理規(guī)律。熱力學(xué)噪聲會導(dǎo)致分子運動的隨機性，化學(xué)反應(yīng)的隨機性使得零錯誤難以實現(xiàn)。另外，環(huán)境中的輻射或化學(xué)物質(zhì)也會對DNA產(chǎn)生損傷。盡管生物體進(jìn)化出修復(fù)機制，由于隨機性的問題，仍然有一定幾率無法完全修復(fù)。

擁有更高能量的真核生物演化出了容納遺傳規(guī)則載體DNA的細(xì)胞核。經(jīng)常導(dǎo)致細(xì)菌和古菌遺傳規(guī)則翻天覆地變化的水平基因遷移在真核生物中很少出現(xiàn)。遺傳規(guī)則的變化主要來自于小概率的基因突變，也就是復(fù)制錯誤。突變是一把雙刃劍。99%以上的突變對于生物體來說是有害的。這確實也符合常理。一系列環(huán)環(huán)相扣的規(guī)則中如果有一條規(guī)則發(fā)生了改變，可能會導(dǎo)致規(guī)則體系出現(xiàn)連環(huán)錯誤，進(jìn)而崩潰。人類的許多疾病都來自于基因突變。但是仍然有極少部分突變可能對規(guī)則體系是有益的，這就是所謂的進(jìn)化。早在1998年，科學(xué)家們便發(fā)現(xiàn)細(xì)菌每代的基因組變異比例約為0.3%。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)種群越大的時候，自然選擇所起的作用越大，突變率反而下降了。這背后的原因是，并非所有有益的突變都會被保留，如果益處太小，新生的規(guī)則在種群內(nèi)部的競爭中會被自然環(huán)境淘汰。自然選擇對突變的篩選是生物進(jìn)化的底層邏輯。

極低的正向突變概率，使得單細(xì)胞演化成為更復(fù)雜的多細(xì)胞生物花費了30億年以上的時間。這不由得我們思考，復(fù)雜多細(xì)胞生物的出現(xiàn)是否只是個偶然。從地球歷史來看，生物越復(fù)雜，越容易因為環(huán)境的突然改變而滅絕。曾經(jīng)稱霸地球的恐龍便是經(jīng)典的例子。小型生物更容易在災(zāi)變后生存。恐龍滅絕后，一種外形和老鼠相似的小型夜行動物逐漸壯大起來。它的后代，也就是哺乳動物，成為地球如今的主宰?；蛟S在那30億年的演化中，不同類型的單細(xì)胞生物聚合體曾經(jīng)出現(xiàn)過，嚴(yán)苛的自然選擇導(dǎo)致只有真核生物結(jié)構(gòu)的多細(xì)胞生物才存活到現(xiàn)在。而快樂的單細(xì)胞生物由于極強的生存能力，依然是地球生態(tài)圈中的重要力量?！霸谝黄稹辈皇菃渭?xì)胞唯一發(fā)展的方向，只是一種選擇而已。

道生一，一生三，三生萬物

分子生物學(xué)的研究結(jié)果表明，地球上所有的“生命”都源自同一個祖先， LUCA (Last Universal Common Ancestor)?？茖W(xué)家認(rèn)為它可能是一個嗜熱的、沒有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的生物。道生一，一生三域，三域生萬物

基因研究表明，所有真核生物都有共同的祖先。也就是說，古菌和細(xì)菌融合形成真核生物的事件只發(fā)生了一次。在真核生物誕生之后，類似樂高積木的生命共生機制從此不再罕見。植物細(xì)胞中的葉綠體也是被吞噬的原核生物。光合作用對于全球生態(tài)平衡的意義就不用贅述了。環(huán)保主義者熱衷保護(hù)的珊瑚礁是由珊瑚蟲分泌的石灰質(zhì)骨骼和外殼形成的。珊瑚蟲體內(nèi)共生的微生物種類繁多。其中一種可進(jìn)行光合作用的藻類為珊瑚蟲提供了90%以上的能量供應(yīng)。一個成年人腸道內(nèi)共生的細(xì)菌總數(shù)是人體細(xì)胞總數(shù)的10倍。腸道菌群可不是危險的不速之客。它們的存在對于人體健康至關(guān)重要。

排列組合律告訴我們多樣性的增加并不是線性的，而是會以階乘速度遞增。因此，地球的地質(zhì)年代并不是線性均勻劃分的。古生代長達(dá)3億年，中生代約為1.7億年，而如今所處的新生代不過6500萬年。如果我們將地球歷史濃縮成1年，那么人類存在的時間不過是半個小時而已。多樣性并不會無限制地擴張。外部環(huán)境的劇烈改變曾經(jīng)導(dǎo)致地球生物多次大滅絕。最近的一次白堊紀(jì)大滅絕發(fā)生在6500萬年前，將近75%的物種徹底消失，包括恐龍。盡管智人離開非洲不過6萬年歷史，但是現(xiàn)在人造物的總質(zhì)量已經(jīng)超過了所有生物的總質(zhì)量。地球生物圈的多樣性正因為人類崛起而遭遇威脅。經(jīng)常有環(huán)保主義者呼吁要保護(hù)地球。其實這是多慮了，地球活這么久，什么世面沒見過？保護(hù)環(huán)境其實最終是在保護(hù)人類，因為生物多樣性的消失會反過來影響人類的生存條件。

如果地球環(huán)境只允許一種生命形式存在，那么我們所介紹的各種積木是不可能搭建出來的。只要積木類型足夠多，大自然反復(fù)嘗試之后總會創(chuàng)造出適合地球環(huán)境的復(fù)雜生命，盡管30億年的漫長試錯確實是地老天荒。我們的疑問是，如果一切重來，地球生命還會是這個樣子嗎？有的生物學(xué)家開玩笑說，也許在另一個地球上滿山都爬著各種大章魚。我們的存在要歸功于搭建我們的每一塊生命積木。生命多樣性創(chuàng)造了我們所處的環(huán)境，還有我們。

簡單到復(fù)雜的本質(zhì)

提出“原始湯”假說的米勒并沒有拿到諾貝爾獎，盡管他確實證明了有機物可以在地球早期被創(chuàng)造出來?；瘜W(xué)家們認(rèn)為，原始湯的濃度太低，能量也不夠，不足以組裝復(fù)雜的DNA。生命誕生初期的地球和現(xiàn)在有著巨大差別。那時候地球轉(zhuǎn)速比現(xiàn)在要快不少，一天只有6個小時。地球的大氣沒有氧氣，也就沒有阻擋紫外線的臭氧。高頻率的紫外線照射可能會讓海洋表面剛剛由閃電煮成的原始湯分解。另外，40億年前的月亮要比現(xiàn)在離地球近得多，潮汐效應(yīng)也大得多。驚濤駭浪使得海洋表面一點也不宜居。

現(xiàn)代生物學(xué)家普遍認(rèn)為，地球生命可能誕生于海底的熱泉。最開始他們認(rèn)為的候選地是黑煙囪。黑煙囪通常位于正在擴張的大洋中脊，產(chǎn)生于地底火山作用。海底黑煙囪生態(tài)系統(tǒng)是一種獨特的深海環(huán)境，由海底熱液活動形成，其特征是噴涌含有高濃度礦物質(zhì)的黑色酸性熱液流，這些熱液流在遇冷海水后迅速冷卻并沉淀形成煙囪狀結(jié)構(gòu)，因此得名“黑煙囪”。黑煙囪周圍的環(huán)境極端且獨特，水溫可高達(dá)350℃到400℃，壓力巨大，并且通常缺乏光照。盡管如此，這些地方卻孕育了一個豐富的生物群落，形成了一個不依賴陽光的“黑暗生態(tài)系統(tǒng)”。黑煙囪生態(tài)系統(tǒng)中的生命形式多樣，包括細(xì)菌、古菌、甲殼類、軟體動物、環(huán)節(jié)動物等，它們中的一些生物與化能合成型微生物形成共生關(guān)系，通過氧化硫化物和甲烷等還原性物質(zhì)來獲取能量，合成有機物。

著名生物學(xué)家邁克爾·羅素則認(rèn)為最早的生命可能來自于另一種堿性熱泉。這種熱泉則來自于地幔新生巖石與海水的接觸。堿性熱泉所產(chǎn)生的微小巖石空腔可能是有機物聚集成為細(xì)胞的最早地點。堿性熱泉持續(xù)地冒出氫氣，后者與二氧化碳的反應(yīng)則會產(chǎn)生有機分子。而巖石的多孔機構(gòu)則會困住并濃縮有機分子，使得它們能聚合成RNA或DNA這樣的大分子?，F(xiàn)在這種說法逐漸得到多數(shù)生物學(xué)家的認(rèn)可。

生命是運用能量維持有序的規(guī)則。但是在生命誕生之前，有序如何造成？這必須有持續(xù)的能量支持。這就好比嬰兒毫無能力自己獲取食物，只能仰仗父母喂養(yǎng)。海底熱泉可能是生命誕生之前的能量來源。這里說的能量并非來自海水的熱量，而是來自熱泉源源不斷涌出的還原氣體，如硫化氫和氫氣。生命的能量運用本質(zhì)上是電子在高能量狀態(tài)和低能量狀態(tài)之間的切換。氫原子是高能量電子的重要來源。諾貝爾獎得主阿爾伯特·圣哲爾吉說，生命不過就是一個電子不斷尋找歸宿的過程。

細(xì)菌等簡單生物獲取能量（或者說電子）的方式可謂是千奇百怪。它們可以從硫化物和硝酸鹽等無機物種獲取電子，也可以從金屬或礦物中獲取電子，甚至可以在電池中從電極上獲取電子。細(xì)菌最主流的能量獲取方式是光合作用。藍(lán)細(xì)菌（也就是葉綠體）利用光子的能量從水中獲取電子，并將電子經(jīng)過層層傳遞用于制造ATP或者將二氧化碳變?yōu)樘牵鯕鈩t作為代謝的廢物排出。ATP作為能量貨幣直接可以驅(qū)動蛋白質(zhì)制造等過程，而糖則作為能量儲備。

在生命誕生之前，地球大氣中充斥著二氧化碳。光合作用將碳以生物遺體的形式固化到地殼中，或者說將太陽能以石油和煤炭等形式沉積下來。這個過程長達(dá)幾十億年，所固化的能量也超乎我們想象。即便是我們肆意揮霍化石能源，使得地球氣候淪落到生態(tài)浩劫的地步，所消耗的能源也不過是儲量的百萬分之幾而已。

在工業(yè)革命以前，地球生態(tài)圈能運用的絕大部分能源都是生物能。植物通過光合作用固化太陽能，效率大概只有1-2%。動物則通過食用植物獲取能量，可獲取比例大概只有10%。從化學(xué)角度來看，其實就是糖的電子被釋放出來用于ATP循環(huán)。如果不是光合作用產(chǎn)生的廢物氧氣，地球生態(tài)圈是不會如此多姿多彩的。有氧呼吸對能量的轉(zhuǎn)化效率高達(dá)40%，而無氧呼吸則僅有2%左右?？紤]到每個層級能量傳遞損失率高達(dá)90%，如果再用效率僅有2%的無氧呼吸進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，那么食物鏈的金字塔會陡峭到難以置信的地步。養(yǎng)活80億人簡直是不可能的任務(wù)。

在能量短缺背景下，高耗能的復(fù)雜DNA規(guī)則可能會被更有效率的簡單規(guī)則替代?；蛲蛔冎?9%的失敗率也會顯得無比奢侈。有性生殖則是更浪費能量的行為。有性生殖直白地說就是DNA隨機雙色球，所以歷史上大多數(shù)天才的后代都不是天才。無性生殖則會讓愛因斯坦不斷生出愛因斯坦。當(dāng)然，手無縛雞之力的愛因斯坦并非在所有自然環(huán)境都能存活下來。在節(jié)能模式下，自然會選擇更加簡單有效而非多樣低效的生物形式。更簡單地說，沒有氧氣的話，地球的主宰依然是細(xì)菌。生命因揮霍而精彩，因節(jié)儉而單調(diào)。

【注釋】

[1] 大部分人體的細(xì)菌位于腸道，呼吸道和皮膚也有一部分細(xì)菌。如果僅以細(xì)菌的數(shù)量多寡來判斷干凈程度，人體要比馬桶臟得多。但事實上人體的大部分細(xì)菌是無害的甚至有益的。

[2] 血紅細(xì)胞是個特例，即沒有細(xì)胞核也沒有線粒體。

[3] 病毒通常不被認(rèn)為是生命體，因此它也不在此處定義的“萬物”里。