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    生命最初形态是病毒 学生作品 | 动物演化史 第1期

    9个月前 | admin | 48次围观

    质疑真理 热爱科学

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    编者按

    地球——宇宙中最独特的存在,从最初那个有机小分子出现开始,一切就像魔术般梦幻开启~眷恋极端环境的古细菌?无所不在的细菌?技能满点的真核生物?生命的多样性令我们这些后来者目不暇接!而在这段旅程中,有一群生物用登峰造极之势创造了属于它们的生命传奇,是的,就是动物。在探究完【动物多样性及演化】后,辛巴同学选择用文字的方式为其立传!

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    辛巴同学

    八年级 River教室

    视频版:

    文字版:

    演化是一部超出人类想象数亿倍的鸿篇巨制,物竞天择,适者生存、优胜劣汰。诡变的自然与多样的基因不断互动,经过亿万年时间的雕琢与奇迹般的创生,诞生了需要用高倍显微镜才能观察到的细菌、病毒,栖息于几万米海底体长30米的神秘克苏鲁,遍布地球各处的形态各异的生物,包括自诩为智慧生物的我们。而作为地球上最独特的存在——人,我们居然可以调动许多许多力量对这一切进行反向追踪,去揭秘这段浩瀚神秘的演化之旅,我们研究、我们考古、我们解剖、我们思考、我们甚至为这些纷繁复杂的物种重新编排关于演化的历史。

    那么,生命究竟是如何出现的?演化的过程又是怎样的?从草履虫和我们这些智慧生物之间,到底存在哪些难以逾越的鸿沟?其中哪些物种的奇妙结构对你我的诞生起到至关重要的作用?今天我将通过自己的探究为它们立传!

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    生命的诞生

    生命的诞生还得从宇宙诞生之初说起,根据现在的宇宙大爆炸假说,原初宇宙由一个密度极大、体积极小的基点爆炸而成,此后宇宙也在不断的膨胀中,中间的物质疯狂向外膨胀,整个宇宙空间里也充满了各种各样不同的粒子,如同一锅复杂的粒子汤,这些粒子在宇宙中漫无目的的漂浮、移动,有意或无意中相互碰撞、聚集,最终形成了物质成分差异巨大的各个星球,其中就包括地球。

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    更不可思议的是,在地球电闪雷鸣、气体混杂的情况下,某一天一个偶然的奇迹诞生,一些普通得再也不能普通的微观粒子,不知为什么聚集在了一起,创生出了最初的有机原料——有机小分子。这些有机小分子在时间中,分裂重生最终形成有机大分子,有机大分子的聚集又奇妙的成为一摊能够繁殖的生命,也许这就是生命最初的样子,是最简单的存在,甚至没有确定的形态及我们可视的结构。但正是第1个虚无缥缈的生命衍生出了后面的单细胞生物——古菌派系。

    自此,一个个形态各异的生命体逐一登场,真正的演化大戏就拉开了帷幕。

    演化的舞台

    演化是如何达成的呢?简单来说就是:环境多样性+基因多样性=物种多样性。

    基因,作为生物体内最重要的存在,不仅担负着外显出结构与功能的使命,最最神奇的是:基因具有可变性,在一代又一代的生命遗传中,它并不是完全保持一致的,在与环境互动的时候会随机发生一定程度的改变,我们称之为变异。因其具有随机性,所以生物变异后,可能更适应环境,也可能更不适应环境。这样看来,变异的风险极高,不适应环境的可能性也许更大,就会被自然界淘汰掉。可也恰恰因此,自然界中不同的生态环境中(环境多样性),都存在着适应它们的物种,千奇百怪,丰富多样,这就是物种多样性。所以,演化本身是无目的的,但是从历史的整体角度来看,演化依然具有某种规律,一直在“进步”。

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    一场混战or一场变革?

    让我们再回到最初的微生物阶段,最初的古菌派系为了适应变化的环境继续演化,诞生了有差异的另一派系——细菌。

    不论是古菌还是细菌,与今天我们所熟知的具有明确器官、系统分布的生物是不同的,它们基本就是一个最简单的细胞膜包裹着里面的细胞质与遗传物质,结构极简,同时由于内部基因的随机突变,这些极简的结构中也存在差异性,有些单细胞细菌可能就具有了光合能力(就是最初的叶绿体),有些单细胞细菌具备能进行能量转化的能力(就是最初的线粒体)…此外,单膜系统结构简单也就决定了它们的取食方式极其简单,要么滤食水中的小分子要么直接互相吞噬。就这样,因为资源或者其它原因,古菌派系和细菌派系便开始了一场旷日持久的混战。

    在混战的过程中,细菌中的某些个体诞生了强大的技能,它们不仅利用鞭毛运动,并且周身覆盖菌毛,某些菌毛居然可以帮助他们直接抓取其他同伴身体里的基因,并将其纳入到自己的身体中,这样自己的基因类型逐渐丰富,具备了更高更快的变异能力,产生不同的新变种,使得其抵抗不同环境的能力大大增强,其中,人类抗生素的持续使用也催生了超级细菌的出现,太可怕了!

    而在当时的古菌与细菌混战中,我们无法明确知道到底是谁吞噬了谁,但总之,有些细菌和古菌居然在互相吞噬中达成了契约关系,一起生存,也就是大名鼎鼎的内共生学说。是的,没错,古菌与细菌吞噬彼此后不消化对方而是选择共生,其中一种就成为了另一种体内的细胞器,变成了一个更加稳定、技能加倍的组合套装,简直不可思议!

    魔幻物种-真菌

    得益于那共生,在那场旷日持久的混战中,诞生了新的物种——具有叶绿体或线粒体等细胞器的真菌!

    真菌说起来真的魔幻至极,它既可以小到像细菌一样,有可以大到成为地球上体型最大的生物体——比如:蜜环菌,据说活了1500年,占地面积可达9.6平方千米,简直不可思议。而它的独家技能就是:菌丝,最重要的是菌丝可以进行各种特化,无论是地上的伞状菌盖,还是地下庞大的菌丝体都是菌丝的杰作。此外,到了真菌这里,其实演化已经到了一个节点,构成真菌的细胞具备完整的细胞结构,包括细胞核的存在。更绝妙的是它在繁殖专业化的道路上走到了一个新的巅峰,对于当时那些微小的生物来说是不可想象的,它将自己的菌丝体的末端衍生出了孢子囊,在此基础上甚至分化出了分生孢子囊,像俄罗斯套娃一样一层叠着一层,只为了储存更多的小小孢子,提高其数量,数量优势使得真菌能在地球各处繁殖,很快就遍布各个丛林。

    出其不意 剑走偏锋-病毒

    演化,今天看来或许有一条主干道,但绝对不是只有一条路!因为一种挑战“生命定义”的物种出现了——它就是病毒,一种极其狡猾且狠辣的生物,一个来自远古时代的死神与收割者,直到今天,它依然牢牢的占据着属于自己的生态位,为拥有强大生物科技的人类带来惊天困扰!

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    这是为何呢?一切皆因它那极具变革性的结构与独门绝技,首先,它结构极简,只由体内的遗传物质和体外用来保护和包裹的蛋白质外壳组成。其中,蛋白质外壳可以特化成各种形状,使得它成为一位顶尖伪装高手,使得细胞膜外的大门为其敞开。之后,它居然仅仅就停靠在细胞表面,仅将自己的遗传物质注入细胞中,借助已经被它控制的宿主细胞的营养进行繁殖,工厂化的复制模式,使得它在短时间内就能知道大量同胞,最终这些病毒破壳而出去寻找下一个宿主。而在繁殖、复制的过程中,单链RNA病毒又极其容易“出错”,有极大突变的可能性,这也使得病毒能够快速进行变异和演化,更新迭代,新型病毒很快出现,杀得其它动物们措手不及。这种新的生存方式就是寄生,靠躺平就能获取一切,之后的生物有很多都是病毒的跟随者,比如后面会提到的蛔虫。

    精致的自修者-草履虫

    在细菌和古菌的大混战中,出现了许多幸存者,和许多新演化出的派系,其中一些较为成熟的细胞,也就是我们的原生生物,它们以草履虫为代表。

    如果你有显微镜和一瓶湖水,你几乎在任何地方都能看到草履虫,我们都听过,麻雀虽小,五脏俱全。但是谁知道草履虫的身体不知道比麻雀小多少倍,虽然并没有五脏,但是它依然可以非常完美的生存,并且拥有我们所需的一切基础功能。对于动物来说最重要的两个功能,自然就是消化和运动了。不消化,哪来的能量?也就无从生存,不运动,怎么样觅食呢?也就无从确保自己随时随刻都能够处在适应的环境里,正是丢掉了动物独特的技能。而草履虫都可以做到,在他的身体里有一条沟,也就是一条通道,中间有许多特化的纤毛,也就是可以帮助运动的触手在快速的拨动,这就可以使它快速的吸水,这和之前不彻底非常原始的直接用细胞膜过滤食物是非常不同的,而且草履虫它竟然有一条完整的,通向一个类肛门结构的通道,中间并没有所谓吸收的地方,但是它会将营养物质包裹成小球,也就是像我们人类一样储存能量,然后将剩下的水通过输送管道聚到一起,并且通过挤压从身体里排出。而且草履虫本身也可以通过菌毛运动,可谓是一种极其高效的生物,最重要的是草履虫还会一种之后比它先进的很多的生物都不敢说自己能够略知一二的技能,就是有性繁殖,它可以将口口对接,然后在体内交换染色体,以达到让可变种的可能性,更高的目的,如此微小,可是身体结构却产生了最初的特化,并且奠定了口和肛门的基础,一直到我们人类都是接着这种模式的。

    可它终究不是演化的最终目标,演化最终走向了变大变强变得团结起来,变得与你与我一样,成为多细胞生物。那又将是一场怎么样的浩瀚史?敬请期待【动物演化史】第二期~

    指导教师|星星

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