閱讀前以為這是一本科普書,開始閱讀後才發現,它根本是演化生物學的教科書...五百頁的厚重篇幅中,有一百頁是術語表跟延伸閱讀,真心建議有生物化學的基礎再來閱讀本書,才能了解作者的推論過程;對我而言完全是越級打怪,看的雲裡霧裡,只能簡單紀錄一些結論。
本書討論的內容都是大哉問:什麼是生命?什麼是活著?生命怎麼誕生、演化的?為什麼會有性?為什麼會有死亡?
地球上的生命大致分成三大域,細菌域、古菌域和真核域,細菌古菌皆是原核生物。原核生物誕生後大概過了二十億年,真核生物誕生,然後演化為多細胞生物,形成現在地球上豐富的生物多樣性。所有的多細胞生物都是同一個源頭演化來的,為何沒有其他源頭?這是一個謎。
真核生物有而原核生物沒有的特徵:細胞核、內膜以及細胞隔間、細胞骨架、有性生殖。目前找不到原核跟真核生物之間的中間型。
簡單結論:「鹼性熱液噴發孔」創造的能量梯度,驅動了生命的誕生。生命產生能量的方式都是「化學滲透耦合」,細菌跟古菌使用不同的零件來促進化學滲透耦合。使用這種方式產生能量,細胞的尺寸跟複雜性就只能到細菌跟古菌的尺度,長達好幾十億年。某天一個細菌跑到一個古菌體內,形成內共生關係,突破了能量限制,產生真核生物,讓他們的基因膨脹了好幾個數量級。細菌進入古菌內共生後,變成了現在的線粒體,把大部分的基因丟棄或送到細胞核中。
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為何線粒體始終要保有一小撮基因?原因並不容易闡明。在真核生物演化的早期過程中,線粒體已經把好幾百個、可以編碼出蛋白質的基因,送到細胞核裡了。這些蛋白質,現在都先在細胞質裡生產,之後才運到線粒體裡面。但是,仍然有一小撮跟呼吸鏈蛋白質有關的基因,一直都保存在線粒體裡面。為什麼呢?經典教科書《細胞分子生物學》裡面說:「我們想不出有什麼不得不然的理由,讓線粒體跟葉綠體的蛋白質,一定要在它們裡面生產,而不能在細胞質中生產。」不論是在二〇〇八年、二〇〇二年、一九九二年或是一九八三年版本的書,都講同一句話,讓人實在好奇,作者群這幾年來真的有認真思考過這個問題嗎?
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細菌跟古菌互相嵌合共生,過程中被大量的內含子(無用的基因)攻擊,讓真核生物細胞裡面基因數量爆增。單位細胞內基因數量增加,複製時突變機率就會增加,真核生物無法像原核生物做水平基因轉移(將基因丟出體外做交換),天擇結果就是有性生殖,以及單親遺傳的線粒體。
細菌古菌共生產生的真核生物,雖然比起原核生物有著巨大優勢,但畢竟是不同的生物嵌合,兩者的演化速度不一樣,線粒體基因演化速度較快,一段時間後累積的差異便會讓其被天擇淘汰。「雜種衰落」:不同種群之間的後代比同種群的後代有劣勢的現象。線粒體跟細胞核的批配有一定門檻,不達門檻的受精卵會自然流產;對批配性要求高的物種(鳥類)繁殖能力較低,壽命較高;對批配性要求低的物種(老鼠)繁殖能力高,壽命低。同類生物中,代謝率高的壽命低,代謝率低的壽命高。老化主要來自自由基滲漏,有氧需求高的物種,像是蝙蝠跟鳥類,在胚胎發育過程中,即使是有限的自由基滲漏,都會驅動細胞凋亡程序;只有滲漏非常輕微的胚胎才能完整發育,這樣低的自由基滲漏率,造就後來的長壽。
生物就是基因的載體,不朽的生殖細胞維持基因的多樣性,難免一死的體細胞則累積基因突變,最後回歸塵土。
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死亡,就是電子跟質子停止流動,是膜電位消失,也是生命之火熄滅。如果說,生命不過就是一顆電子不斷地尋找棲身之地,那麼死亡就是這顆電子終於可以安息之時。
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