复杂生命是如何演化出来的

正如达尔文在《物种起源》中所说，我们生活的这个星球是“无数最美丽形态”之一。但如果回到几十亿年前，事情看起来就会非常不同。尽管那时地球已经存在了20多亿年，但生命仍然极为原始——只有细菌以及与之表面相似实则非常不同的古生菌。当时最复杂的生命体是诸如叠层石和微生物席这样的微生物群落。没有植物，没有动物，只有由岩石、河流和海洋组成的贫瘠景象。

那无数最美丽形态的出现可谓是自生命出现以来地球上发生的最重大的事件。它肯定是看起来最不可能发生的事情之一。

多年以来，生物学家们一直假定复杂生命的出现是演化的必然结果。简单的生命一旦出现，就会逐渐演化成更复杂的形态，最终导致动物和植物的出现。实际情况似乎并非如此。从简单细胞首次出现到演化出复杂细胞，其间存在着一个极其漫长的间断——接近地球年龄的一半。事实上，在40亿年的演化过程中，简单细胞演化出复杂细胞似乎只发生了一次，这暗示生命的出现是一个不寻常的偶然事件。

缺失的环节

如果简单细胞经过数十亿年才逐渐演化成更为复杂的细胞，那么应该存在各种中间形态的细胞，并且其中一些存留至今。但实际上一个也没有，而是存在着一道巨大的鸿沟。一边是微小的细菌和古生菌，统称为原核生物；另一边则是庞大笨重的真核生物，这是第三个大的生命域。一个典型的单细胞真核生物，如变形虫，其基因组要比细菌的大15000倍。

原核生物只不过是微小的化学材料包——此包固然复杂，但与拥有细胞器、内膜、骨架和运输系统等微型器官的真核细胞无法相提并论。真核细胞之于原核细胞就如同人之于变形虫。

细菌永远不会形成比相同细胞链或菌落更复杂的东西，真核细胞却可以聚集起来，形成从海藻到红杉、从土豚到斑马的一切事物。所有复杂的多细胞生命形态，或者说你在你周围所能看到的几乎所有生物，都是真核生物。

乏味的地球

如果生命有时显得单调乏味，不妨想一想距今17亿至7亿年间生活在地球上的居民。这段极为漫长的时间太平无事，以至于生物学家称之为“乏味的10亿年”。其原因似乎是地质的，而非生物的。那时，虽然地壳已经凝固了，但板块构造并没有开始，由此导致了一段漫长的地质停滞期，没有发生裂陷、火山活动、造山运动、大陆漂移等往往会驱动演化的剧变。

所有真核生物都是从同一个祖先演化而来的。如果没有那起“一次性事件”，生命将仍然囿于其单调乏味的微生物形态。细菌和古生菌的细胞只是不具备演化成更复杂形态的能力罢了。

那么到底发生了什么？这个决定性的事件似乎发生在大约20亿年前，那时一个简单细胞不知怎的进到了另一个里面。宿主细胞的身份并不明确，但我们知道它吞噬了一个细菌，该细菌便鸠占鹊巢，开始在其内部生活。两者渐渐找到了和平共处的方式，最终形成一种被称为“内共生”的共生关系。

通过无数代的协同演化，这些内共生体最终变成了一种被称为“线粒体”的细胞器。之前细菌解体后留下的这些遗迹逐渐演化出了一项重要功能：为细胞提供能量。这是使生命摆脱其微生物枷锁并且演化出无数最美丽形态的关键一步。

快速增大

一旦有了线粒体，细胞就可以克服阻止细菌和古生菌长大的一个基本障碍。简而言之，微生物所能产生的能量是有限的。细胞的通用能量货币三磷酸腺苷是在细胞膜上制造的。随着细胞越长越大，它们的表面积与体积之比开始下降，膜相对来说不够用了，其能量需求很快超过了供给。含有线粒体的细胞自身有用来制造三磷酸腺苷的膜，只需增加线粒体就能解决能量问题——做到这一点并不难，因为线粒体保有其细菌祖先自我克隆的能力。

早期的真核生物富含生产能量的线粒体，因此可以不受约束地长大，逐渐形成更大更复杂的基因组。得到扩展的基因组则提供了遗传的原材料，允许演化出更复杂的生命。

由太阳提供能量

故事并没有到此结束。新一轮内共生被认为创造了叶绿体，这种细胞器使植物和海藻能通过光合作用把太阳光转化为糖。这里的内共生体是一种光合细菌，它大约在28亿年前第一次出现在地球上。细胞核是另一项关键发明，真核生物将其大部分DNA储存在这里。它可能是通过又一次内共生（也许是一个病毒）创造的。真核细胞还获得了其他细胞器，比如合成蛋白质的内质网，以及可能是通过细胞膜的折叠将蛋白质配送到目的地的高尔基体。

所有这一切都为复杂的多细胞生命形态的出现做好了准备。不可否认，这花了不少时间。最早的大型多细胞生物是埃迪卡拉动物群，它们是在大约7亿年前出现的海洋生命形态，最后消失于大约5亿4000万年前那场所谓的寒武纪生命大爆发，我们熟知的大多数动物形态都是在这个时候第一次出现。

不过，埃迪卡拉动物群的起源可以追溯到线粒体的演化。这似乎取决于当初的一个偶然事件，即一个简单细胞吞噬了另一个。关键在于，简单生命看起来近乎必然，而演化出你我这样的复杂生命却让人难以置信。这正是地球上真正的生命奇迹。