科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?

科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
对于地球生物而言 , 无论体型如何强大 , 无论生命如何顽强 , 都躲不掉死亡的脚步 , 似乎“死亡”才是生物的最终归宿 。 那么问题来了 , 地球生物在演化过程中 , 为什么没有演化出永生来逃避死亡呢?
生命以负熵为生
上个世纪时 , 物理学家薛定谔写了一本划时代的生物巨著《生命是什么》 , 据说这本书出版之后 , 让很多物理学家转行从事生命科学 。
薛定谔在这本书中提出一个观念:生命以负熵为生 。 负熵是热力学的概念 , 按照热力学第二定律:在宇宙中 , 孤立系统内的任何物体都会从高度有序走向无序 , 最终归为热寂 , 这就是熵增的过程 。 比如:木头放久了之后 , 就会松散变质 。
科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
生命之所以可以维持 , 是因为生命体可以不断地从环境中吸收负熵 , 排泄出较高的熵增 , 也就是“新陈代谢” , 生命可以以此对抗熵增并存活 。 比如:树木还活着的时候 , 树木就不会变得松散 。
但是 , 生命体无法让熵增停止 , 熵增仍在缓慢的进行 , 最终生命体会走向灭亡 , 也就是死亡 。
科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
生物进化
薛定谔的“生命已负熵为生” , 有点过于深奥 , 我们从生物学本身来解释生命为什么会走向死亡 。
虽然在我们看来 , 地球环境比较稳定 , 但是在地球46亿年的历史中 , 地球环境发生过翻天覆地的变化 。 最开始 , 地球上没有氧气 , 此时能够在地球上生存的生物都是无氧生物 , 比如:蓝细菌 。
科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
但是 , 蓝细菌能够通过简单地光合作用生产氧气 , 越来越多的氧气被排入到大气层中时 , 地球空气中的含氧量上升了 , 此时无法适应有氧环境的生物大量死亡了 。
而在地球46亿年历史中 , 类似于这样的事情有很多很多 , 比如:地球温度降低 , 迎来大冰期;地球含氧量飙升 , 迎来富氧期;地球温度飙升 , 迎来极热期……甚至还有许多灾难性事件 , 比如:造成二叠纪生物大灭绝的超级地幔柱喷发;造成恐龙大灭绝的小行星撞地球等 。
科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
【科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?】这也意味着 , 即使地球生命能够演化出永生生命 , 但是永生生命不能凭借自身有限的功能 , 应对如此繁多的气候突变和灾难事件 。
生命想要实现“永生” , 需要借助自我复制来传递自己的基因 , 而且还要是那种在自我复制时 , 准确率不高的方式 。
自我复制
自我复制 , 就是繁衍 。 地球生物在繁衍后代时 , 主要有两种方式 , 一种是有性生殖 , 一种是无性生殖 。 也有一些生物处于过渡地带 , 既能够有性生殖 , 也能够无性繁殖 。
其中无性生殖的好处是 , 不用花费能量寻找配偶 , 也不用求偶以及和其他同类相互竞争 , 仅凭自己就能够繁衍后代 , 而且后代的基因和自己的几乎一模一样 。
科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
相对于无性生殖而言 , 有性生殖简直是浪费能量 。 首先 , 它们要花费能量寻找配偶 , 寻找到配偶之后 , 雄性还要求得异性的欢心 , 只有这样才能够有机会留下自己的后代 , 但留下的后代中 , 只有一半的染色体是自己的 。
有性生殖还有一个缺点 , 那就是有性生殖过程中 , 自我复制的准确率不是很高 。 但恰恰是这种自我复制准确率不是很高的生物 , 更容易适应地球环境 。
科学家曾经做过一个实验 , 让一种无性繁殖的细菌和有性生殖的细菌生活在一起 , 刚开始这两种细菌的数量都差不多 , 但当科学家改变培养皿中的环境时 , 依靠无性繁殖的细菌数量开始大幅下降 , 直到完全消失 。 而依靠有性生殖的细菌最开始数量也大幅下降 , 但之后数量就开始回升 , 直到恢复之前的水平 。
科学|为什么地球生物都无法实现“长生”,是谁对生物下的禁锢?
但无性生殖也不完全都是缺点 , 有些生物虽然是无性生殖 , 但它们只有一条链条 , 也就是RNA , RNA在自我复制时比DNA更容易发生变异 , 所以一些生物虽然依靠无性繁殖 , 但基因变异速率依旧很高 , 依旧可以获得生存优势 。
对于地球生物而言 , 演化是没有方向的 , 完全是随机的行为 。 但是自然选择是有方向的 , 自然选择会挑选出适合环境的生物 , 让它们保留下来 。 而自然选择是依靠生物的繁衍和生存来起作用的 。


推荐阅读