生命簡史：從塵埃到智人

人類是以幾整人提出來了費曼悖論，因爲我們假定認爲生命的發展一定會產生智能，而且智能通過探索一定會超越了原來行星，並且達到了整個星系，甚至整個宇宙，但是似乎被限制的速度使得形成了一個非常漫長的過程，從生物的演化過程來看，在初期智能的形成完全是一個小概率事件，因爲生物發展智能消費的能量超越了很多生物本身生存需要，我們還是看到了智能本身一定會產生信息的交流過程，非常類似於當下的 ai 大爆發的階段，也是對於社會物資，特別是能源的瘋狂消耗階段，本來就是不知道 ai 產生智能的結果會不會來自於人類，其實智能更加本質似乎不完全是算力，而是算力帶來效率的提高，使得社會能夠持續發展，對於能量需要從人類自身的演化過程來說，可能要保持着大腦還是非常不容易的，ai 的算力中心的建設本身就是構建大腦，似乎相對來說還是容易一些，只是運行的時候也會改變整個的社會能量分配狀態。當然我們演化過程是隨機的非常類似於那些恐龍沒有滅絕會不會產生智能，很多恐龍相關的電影似乎在白堊紀後末期似乎兇猛龍產生智能，只是後來的隕石終結了智能的演化過程，從分子層面似乎可以讓我們以更多層面來看到這種演化過程的合理性，但是不是表示每個星球都會形成趨同演化過程。從另外一個角度伴隨着 ai 大發展似乎我們的社會演化也變得更加確定了，但是結果是不是如此，我們至少當下還是不確定，對於人類自身的演化過程，從 DNA 的角度來說，還是存在豐富的可能性，只是我們不確定未來我們會不會按照智能的渴望，而來完成自我演化的控制，甚至形成了完全不可控制的結果，能夠從生物角度來說，演化的時間是看到結果所必須的，但是智能是一個加速過程，只是不確定目標性是不是一定是確定的。似乎在 ai 的競賽過程中，智能演化的確定性，可能逐漸被關注，也可能是失控的徵兆。

這個書名起得有點誤導，看起來像通俗的科普書，但實際上專業性很強，需要億點點分子細胞生物學和遺傳學的基礎，純文科是啃不動的。 另外這本書也不是按照地球地質年代的順序來講述生物物種的進化歷史，其側重於講述生命的各種基本功能以及分析這些功能的具體實現機制。 開篇講了生命的生成條件何以形成，比如宇宙中如何生成生命所需的基本元素比如氨基酸、鹼基、核糖等等；地球如何發展出生命所必須的環境。 後面則從簡單到複雜講述原核生命的各種基本功能何以實現，比如RNA如何形成，以及如何實現自身的複製；細胞膜如何形成；蛋白質的構成，以及爲何成爲生命活動的執行者，合成其他生命元素和RNA；RNA如何以及爲何變成DNA；DNA如何通過mRNA合成蛋白質；基因調控（合成部分而非全部種類的蛋白質）如何實現；細胞膜爲何從由脂肪酸構成變成爲由磷酸構成；原核生物如何利用氧化和還原醌分子來合成ATP以獲取能量；又如何通過光合作用來氧化還原NADP+來獲取能量；原核生物如何實現自身的分裂等等。 原核生物如何演變成真核生物，線粒體是怎樣出現的；真核生物如何以及爲何演變出細胞核，以及DNA的形態如何隨之變化；溶酶體如何形成；真核細胞如何以及爲何出現“骨架”和“軌道運輸系統”；有絲分裂的過程；細胞內適用於各個不同環境的蛋白質如何得到傳輸。單細胞植物如何出現即葉綠體如何出現；真菌、植物和動物的身體各部分如何出現，如肌肉組織、外骨骼與內骨骼與脊椎、神經系統、循環系統包括動物的血液循環和呼吸系統等等。以及身體如何從受精卵演化出來，這又涉及幹細胞和體細胞各自的功能以及細胞的極化等等。 後半部分就是講述真菌、植物和動物的各種基本生命功能如信息傳遞、繁殖、生物鐘，又略論動物的感覺與智能形成的生理機制。 總體而言是一部偏嚴肅的生物學教材，很專業很枯燥，但邏輯連貫性特別強，特別充實。 —————————————————— 書裏還講了一個比較新奇的結論，意識可能是神經細胞羣的集體放電活動的結果，神經細胞數量越多且越是密集，就越能生成更高的智能。而且智力水平和大腦容量沒有完全絕對的關係，書裏舉了鴉科爲例子，說鴉科動物大腦重量僅有數十克，遠遠不及猩猩大象鯨魚，但卻能夠表現出媲美這些哺乳動物的智能。例如烏鴉不僅可以利用工具，而且還可以利用工具來獲得工具，又如喜鵲是哺乳動物之外唯一可以通過鏡子測試的動物，能夠意識到鏡中的生物是自己。

第十二節　細菌 和 古菌 在演化過程中，原核生物 逐漸分化爲兩大類：細菌 和 古菌。 它們的大小差不多，都沒有細胞核，DNA都呈環狀， 細胞內都沒有由膜包裹的、叫作細胞器的結構， 都用FtsZ蛋白進行細胞分裂， 因此 古菌 也曾經被歸類於 細菌。 但是隨着研究的進展，人們認識到古菌和細菌之間 還有許多差別， 是彼此不同的兩大門類。 細菌 和 古菌 雖然有這些不同，但是它們之間的一次聯合卻導致了意義極其重大的事件，包括最後我們人類的出現，這就是 真核生物 的誕生。 第三章　真核生物 把生命帶向更高階段 原核生物 對最初的RNA世界進行了多種改造，已經是生命力強大的生物，能夠在地球上幾乎所有的角落繁衍。不過原核生物也有其侷限性，就是構造相對簡單，基因數量較少，難以有進一步的發展，即使是在40億年後的今天，原核生物基本上還是1微米大小的單細胞生物。 但是大氣中氧氣的出現迫使 原核生物 做出改變，導致 真核生物 的誕生。 第一節　古菌 和 細菌 的聯合造就了 真核生物 原核生物 是在大氣中沒有氧氣的還原性環境中產生的，最初也只適應這樣的環境。在原核生物出現後的長時期內，地球上的環境也一直是還原性的，大氣中有很少氧氣。雖然 光合作用 很早就開始釋放氧氣，但是這些氧氣很快就被地球上的還原物質如氫氣、氨、甲烷，以及亞鐵離子等所消耗，不能在大氣中積累。在這種情況下，原核生物也就舒舒服服地生活了十幾億年。這是一段非常漫長、完全屬於原核生物的時期。 但是在大約22億年前，情況開始改變了。光合作用釋放氧氣的速度終於超過還原性物質消耗氧氣的速度，氧氣開始在大氣中積累，稱爲 大氧化事件，可以從多種指標如沉積岩成分的變化推斷出來。氧氣雖然對我們是須臾不離的必需品，但是對於習慣在還原性環境中生活的原核生物卻是災難，許多原核生物因此死亡。 能夠活下來的原核生物採取了兩種手段， 一種是躲，即退縮到仍然是還原性的環境中如地殼和海洋深處，成爲 厭氧菌。 另一種是適應，主動利用大氣中的氧氣來進行氧化還原反應，即 有氧呼吸。 有氧呼吸可以將有機物徹底氧化成爲水和二氧化碳，釋放出更多的能量，而且由於氧存在於空氣中，幾乎無處不在，能夠利用氧的原核生物就獲得了新的生存優勢。 在這種情況下，一件意義重大的事件發生了，這就是 一個能夠進行有氧呼吸的細菌 進入了一個 古菌 細胞的內部。 這個過程不是 古菌 吞進 細菌，因爲吞食是一個非常複雜的過程，需要細胞膜主動運動將食物顆粒包圍，包圍食物顆粒的細胞膜融合，才能將食物吞入細胞內（見本章第五節）。這需要能夠讓細胞膜運動的蛋白質，不是原核生物“幹體力活”的蛋白質（如FtsZ蛋白）能夠做到的，因此原核生物都沒有吞食能力。 可能是由於偶然的外部力量，如石頭滾動，將古菌細胞壓裂，但又不完全壓碎， 古菌細胞在恢復過程中，將附近的一個細菌也包裹進去了。 包裹進去的細菌也沒有被古菌細胞殺死和消化，因爲原核生物既然沒有吞食功能，也就沒有在細胞內消化外來食物顆粒的能力。細菌在古菌細胞內存活，卻帶來了意想不到的效果： 細菌 消耗氧氣，使 古菌 能夠更好地適應有氧環境的生活， 細菌的有氧呼吸又能夠爲古菌提供大量的能量。 古菌 本來就生活能力強大，再與這樣的細菌強強聯合，就形成更有生存優勢的細胞，這就是 真核細胞 的前身。 這個事件的遺蹟至今存留在每一個 真核生物 的細胞中，包括我們人類的細胞。 經過長時期的演化，進入古菌的 細菌 已經降格爲古菌細胞的一個細胞器（細胞內執行某種特定功能的結構），專門爲細胞提供能量，因其形狀爲線狀或顆粒狀而被稱爲 線粒體（圖3-1）， 但是它仍然保留了細菌的一些特點。例如，它像許多細菌那樣被兩層膜包裹；有自己的DNA，而且是細菌那樣的環狀DNA；有自己的轉錄和轉譯系統，也就是能夠以自己的DNA爲模板，生產自己的蛋白質；氧化還原系統位於內膜上，相當於是在細菌的細胞膜上。線粒體 也像 細菌 那樣，通過分裂來繁殖，因此線粒體只能來自線粒體，古菌細胞 是造不出線粒體的。 因此 所有的 真核細胞 其實都是 細胞套細胞。 主人細胞是原來的 古菌，而客細胞是原來的 細菌。 基因分析的結果表明， 線粒體 是由一種叫 α-變形菌 的 細菌 變化而來， 而主人細胞是古菌中的 洛基古菌。 所有真核生物的線粒體 都有共同的祖先， 說明當初細菌進入古菌細胞的事件 只發生了一次， 但就是這次細菌與古菌的聯合產生了 真核細胞。 古菌細胞 擁有 線粒體 後 發福了，身體變大，而 線粒體 又可以自己分裂繁殖，所以每個 真核細胞 都可以擁有成百上千個線粒體，相當於擁有成百上千個動力工廠。 有了豐富的能量供應，真核細胞 就能夠在 原核生物 的基礎上進一步發展，包括 細胞核的出現。 ​ ​#今日份讀書

此書非常不錯，把人類歷史、地球歷史、生命歷史結合起來，讓我們知道我們從何而來？向何而往！值得反覆閱讀，不斷品味，理解世界的本原。

有時候感覺人生很蒼白，但細想：心，肝，大腦到智慧就那麼容易從單細胞生物誕生嗎？還不是上億年生命努力不屈與幸運演化爭取結果，細想想人類第一次重大發明：生火🔥是什麼情景？是把偶然發現的技術保密起來更好呢還是分享會更完善技術？由此想到馬斯克分享專利有道理的。

這是一本很專業的科普知識書，從分子水平上深入探討了生物演化的過程，涵蓋了從生命起源到現代人類的演化歷程。 生物是由分子組成的，這些分子從哪裡來？它們又如何聚集在一起，產生最初的生命？細胞如何分裂？原核細胞又是怎樣變成真核細胞的？單細胞生物怎樣發展為多細胞生物？多細胞生物中不同類型的細胞如何形成？是什麼分子使細胞發展出吞食能力，導致動物的誕生？這種吞食能力又如何導致植物的誕生？各種巧奪天工的生物結構是如何形成的？生物怎樣發展出雄性和雌性？生物如何防衛自己？生物自帶的“鐘錶”怎樣工作？感覺是怎樣產生的？是什麼分子的變化使人類從靈長類中脫穎而出？該書全面系統地在分子水平上介紹各種生物功能的形成原理和發展過程。

生命如此美妙，人們自然想知道生命是從哪裏來的🐣🐣。 本書不是簡單科普，涉及的生物學知識很專業，是關於原理性的解釋。 🌟最初的生命? 一:基本粒子的形成與生物大分子的出現: 宇宙大爆炸之後，隨着溫度和密度的降低，質子、中子和電子等基本粒子逐漸形成。質子和中子通過核力結合形成原子核（即粒子團），而電子則圍繞原子核運動，從而構成了原子。原子通過得失電子形成離子，不同原子之間通過化學鍵相互作用結合形成各種各樣的分子。其中包括許多複雜的生物大分子，如蛋白質、氨基酸以及RNA分子等。 二:RNA的自我複製與生命早期雛形: RNA具有自我複製的能力，這一特性在生命起源過程中具有重要意義。然而，僅僅依靠RNA的自我複製還不足以構成完整的生命形式。隨着細胞膜的出現，生命開始以細胞的形式存在，但此時僅由RNA和細胞膜組成的體系還不能被定義爲真正意義上的生命。 三:RNA和蛋白質關係的建立: RNA可自我複製，但無法合成生命所需要的大分子。蛋白質在生物體內發揮着多種關鍵作用，能夠合成生命活動所需的絕大多數分子，例如嘌呤、嘧啶、核糖和脂肪酸等。然而，蛋白質自身不具備自我複製的功能，因此需要RNA與蛋白質之間建立緊密的聯繫。具體而言，RNA不僅能夠爲蛋白質的合成提供編碼信息，還可以作爲催化劑參與蛋白質的形成過程。 四:DNA的出現: 儘管RNA能夠儲存遺傳信息，但其化學性質相對較不穩定。在生物演化的過程中，逐漸出現了一種關鍵的酶，它能夠將RNA轉化爲更爲穩定的DNA。自此，DNA承擔起了儲存遺傳信息的主要任務，而RNA則主要負責根據DNA的指令指導蛋白質的合成。 五:生命活動形成，生命形成: 在地球環境的變化過程中，細胞膜的完善使細胞可以控制物質進出。同時，氧化還原反應和光合作用爲細胞提供了能量來源。蛋白質FtsZ保證原核細胞分裂過程的順利進行，此外，細胞內還存在精確的分配系統，如索分系統和推分系統，它們能夠將遺傳物質準確地分配到兩個子細胞中。至此，真正意義上的生命得以誕生。 🌟上述只是我概括性的解釋，本書內容是關於原理性的解釋。比如:DNA有30億個鹼基對，長1m，如何適應細胞有限的空間?書中講到:爲了適應細胞有限的空間，DNA首先纏繞在組蛋白的小球上，形成核小體。每個核小體能容納約146個鹼基對。這些核小體通過連接DNA串聯在一起，形成念珠串結構，進而繞成更粗的螺線管，最後摺疊成緊湊的染色體🧬。這樣，DNA的長度問題得到了解決。 每次進化導致每個結構的產生，書中都有頭有尾的進行了科學解釋。 🌟還沒看完，還有很多，先記着，看完補。

Specmann organizer 非常精彩 動物身體形成過程中的指揮中心 昆蟲控制小眼形成的R8感光細胞只是一個小的指揮中心，而動物更大的結構也是由更大的指揮中心控制形成的。在受精卵分裂形成的細胞中，會產生一些起控制作用的細胞，它們發出指令，控制其他細胞的分化過程，讓它們變爲各種結構所需要的細胞，再由這些細胞自動組裝成這些結構。 19世紀初，德國生物學家漢斯·斯佩曼(Hans Spemann)做了一個有趣的實驗。他把蠑螈（一種體形類似蜥蜴的兩棲動物）囊胚期的胚胎分割成兩半，如果每一半都含有一個叫原口背脣的部分，每一半就都能發育成一個完整的胚胎，只是比完整囊胚長成的胚胎小一點（圖5-6）。如果其中一半不含原口背脣，這一半就不能發育成爲正常的胚胎。如果把部分原口背脣轉移到腹面，則會形成兩個頭的胚胎。將鴨胚胎的原口背脣轉移到雞胚胎上，會形成另一個發育對稱軸。這些結果說明，原口背脣部分的細胞具有控制胚胎結構形成的能力。 1918年，美國科學家羅斯·哈瑞森(Ross Harrison)做了另一個有趣的實驗。他把蠑螈胚胎要長前肢處的細胞團切下來，移植到另一個蠑螈胚胎的兩側，結果在移植細胞團的地方也長出了前肢，表明這些細胞團也能控制前肢的形成。這說明低一層的結構如前肢的形成，也是由指揮中心控制的。 隨後的研究表明，指揮中心發出的指令，多數是一些蛋白質分子，它們被指揮中心的細胞分泌出來後，通過在細胞之間擴散，到達許多細胞，與這些細胞上的受體（結合外界信息分子的蛋白質分子）結合，受體分子再把信息傳遞到細胞核內，調控基因的表達，使這些細胞變成所需要的類型。這些蛋白質分子控制身體結構的形成，所以又被稱爲成型素，像上一節中感光細胞R8分泌的Spi蛋白就是一種成型素。成型素的種類不多，但是通過它們之間的配合使用，卻可以控制動物身體中所有類型細胞的形成，並且由這些細胞組裝成爲結構。這就像木匠的工具只有斧、錘、鋸、刨、鑿、鑽等幾種，但是通過它們的配合使用，卻可以造出無數種木結構來。 [插圖] 圖5-6　漢斯·斯佩曼的蠑螈實驗 動物的成型素 動物使用的成型素主要有以下幾種，它們的名稱多是由發現它們的過程而來。 無翅蛋白(Wnt) 這個蛋白的基因突變，會使發育出來的果蠅沒有翅膀，因此被稱爲無翅蛋白（wingless與小鼠體內一個致癌基因intl爲同一基因，兩個名稱合併爲Wnt），從線蟲、果蠅、斑馬魚、青蛙、小鼠到人類都含有這個基因，在動物胚胎的發育和器官形成中起重要作用。Wnt有多種，用數字表示，如Wnt1、Wnt2、Wnt3等。 刺蝟蛋白(Hh) 這個蛋白的基因突變，會使果蠅的胚胎變得短圓並有密集的剛毛，樣子類似刺蝟，所以叫作刺蝟蛋白(hedgehog protein,Hh)，在生物胚胎髮育和組織器官形成上起重要的作用，其中的音刺蝟蛋白(Shh)被研究得最詳細。 成纖維細胞生長因子(FGF) 這種蛋白質促進成纖維細胞的增殖，所以叫作成纖維細胞生長因子(fibroblast grouth factor,FGF)。在胚胎髮育過程中，它們誘導中胚層的發生、前後端結構的形成、肢體發育和神經系統的發育等。它還能夠誘導上皮細胞形成管狀結構，因此在血管生成上起重要作用。FGF有多種，也用數字表示。 骨形態發生蛋白(BMP) 這種蛋白質能夠誘導新骨的生成，因此叫作骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)，在身體各部分結構的形成中起不可缺少的作用。BMP有多種，也用數字表示。 控制左右不對稱的蛋白——Lefty和Nodal 動物的身體的左右兩半不是完全對稱的，例如，人的心臟位於身體的左邊，肝臟位於右邊。肺臟雖然在胸腔的左右兩邊都有，但是肺的葉數不同（右邊三葉，左邊兩葉）。控制動物身體左右兩邊發育情況的分子也是成型素，分別叫作Lefty和Nodal。如果Lefty的基因發生突變，動物內臟的左右位置就會發生混亂，而且發育不正常，特別是心臟和肺。 視黃酸(RA) 在成型素中，視黃酸(retinoic acid,RA)是一種非蛋白分子，從節索動物到脊椎動物，都需要它的誘導來形成身體中的組織和器官，如動物四肢的形成。用化學藥物阻斷動物合成視黃酸，就沒有四肢形成。相反，把蝌蚪的尾巴切斷，再浸泡在含有視黃酸的溶液中，在斷處就會長出許多隻腳來。 下面我們用小鼠前肢的形成過程爲例，說明成型素是如何指導動物結構形成的。 小鼠四肢的形成 小鼠前肢的構造和人上肢的構造非常相似，都有三根方向軸（圖5-7）。第一根方向軸是近端-遠端軸，它定義前肢各部分與軀幹之間的相對位置。離軀幹最近的爲近端，是上臂的位置，離軀幹最遠的爲遠端，是腳趾的位置，中間是前臂的位置。前肢的結構在這根軸上是不對稱的，例如，上臂只有一根骨頭，相當於人類的肱骨，中段（前臂）有兩根骨頭，相當於人類的尺骨和橈骨，掌段則有掌骨和5根趾頭的趾骨（圖5-7右下）。第二根方向軸是前-後軸（圖5-7左上）。小鼠頭的方向爲前，尾的方向爲後。上肢結構在這條軸線上的結構也是不對稱的，例如，5根腳趾（相當於人的拇指、食指、中指、無名指、小指）在前後軸方向上就不對稱，拇指就不是小指的鏡面結構（假設以中指爲對稱軸）。第三根方向軸是背-腹軸，相當於人的手心和手背，它們的皮膚結構是不一樣的，手心無毛，而手背有毛（圖5-7左下）。要成功地發育成一隻完美的上肢，必須在這三個方向軸上都有指揮中心，用成型素分子告訴細胞它們在這三個方向上的位置，從而控制它們形成相應的結構，相當於定義一點在空間中的位置需要X、Y、Z三根彼此垂直的軸。

#科普著作220#《生命簡史》這本書深入淺出地介紹了生命的起源、演化和多樣性，帶領讀者探索生命這一神祕而奇妙的領域。通過閱讀這本書，我對生命的奧祕有了更深入的理解。 首先，書中詳細闡述了生命的起源和演化過程。從地球形成到最早的生命形式的出現，再到生命在地球上的多樣性和繁榮，作者生動地描述了生命的演化歷程。通過對化石記錄、遺傳學和生物地理學等多方面證據的分析，我可以清晰地瞭解生命是如何從簡單的單細胞生物逐步演化成複雜多樣的生物體系的。 書中涉及了生命在地球上的生存策略和適應能力。生命形式之間的競爭、合作、適應和進化是書中重要的主題。作者通過豐富的案例和實例，展示了生命是如何在不同環境下適應和生存的，揭示了生命的驚人多樣性和生存智慧。 書中還探討了生命對於地球和人類的重要性。生命不僅是地球上最寶貴的財富，也是人類文明發展的基石。保護生命、尊重生命、探索生命的奧祕，是人類永恆的追求和責任。 通過閱讀這本書，我對生命的起源、演化和多樣性有了更全面的認識，也對生命的神祕和奇蹟充滿敬畏之情。

很好的一本書，使我突然陷入生化危機（指生物化學突然看不太懂又好像看懂了的危機） 生命從無到有，進化從簡單到複雜，從低等到高等，一場酣暢淋漓的生物發展史