这本书从电子流和能量代谢的角度，重新梳理了生命进化的过程，让我重新认识了一遍物种起源。其震撼程度，不亚于 16 年前读《物种起源》。用译后记的话说，作者「是真不拿读者当外行啊，什么专业名词都往上招呼。」从生物化学到分子生物学，跨膜电位、质子泵、内含子、基因座，二十年前读大学时尘封的记忆，这一刻全部被召唤起来。如果当时的老师能像尼克这样讲解，不知道我会不会就去做基础研究了啊😂和读哲学、宗教、物理相关著作不同，读那些书时，因为实际了解得不够深入，所以我可以天马行空的联想宇宙、生命、意识，让一神论、泛神论、不可知论在我脑子里打架，而全然不顾那些胡思乱想可能早就被内行人所推翻了。但是读这本书时，就只能老老实实的限于作者提供的信息取思考，因为我知道生物实际是什么，那些可能的胡思乱想，确实早就已经被相关研究证伪了。最后，感谢作者的科普，为我打开一扇新的大门，可以从能量代谢和电子流，以及细胞核和线粒体两套基因系统的斗争角度，去理解生命，理解衰老，理解死亡。

每日一书：《复杂生命的起源》。自然界的演化是惊人的一跳，“人类在这个宇宙是孤独的”。地球上所有的复杂生命拥有一个共同祖先，它从简单的细菌演化而来，在 40 亿年的漫长岁月中只出现了一次。这究竟是一个反常的孤立事件，还是因为其他的复杂生命演化 “实验” 都失败了？我们不知道。已知的是，这个共同祖先一出场，就已经是一个非常复杂的细胞。它的复杂程度，与你身上的细胞不相上下。生物化学的统一，使细菌研究迈入了一个关键阶段。此前，细菌花样百出的新陈代谢能力让它们似乎无法归类。它们可以依靠任何物质生存，从混凝土到电池液到气体。如果这些完全不同的生活方式没有任何共同点，我们用什么依据来确定细菌的分类呢？如果无法归类，我们又怎能理解细菌呢？肇因于物理学家薛定谔 1944 年的著作《生命是什么》。薛定谔在书中提出了两个核心论点：首先，生命以某种方式抵抗着宇宙万物趋于崩坏的趋势，在局部抑制熵增（混乱），以此对抗热力学第二定律；其次，生命能在局部逃避熵增的诀窍隐藏在基因中。他猜测基因物质是某种 “非周期性” 的晶体，其晶格结构不做精确重复，因此可以作为 “代码脚本”—— 这是该术语首次应用在生物学语境中。整个生物世界中，一共只有六条化学反应途径可以固定碳元素：“固定” 意味着把二氧化碳等无机物转换成有机分子。其中五条都很复杂，都需要注入能量才能推动反应，例如光合作用就需要太阳能。以光合作用为例还有一个原因：它进行卡尔文循环（Calvin cycle），把二氧化碳转换成糖类等有机物，而卡尔文循环只在光合细菌中进行（当然还有植物，植物细胞中的叶绿体前身为光合细菌）。然而在真核生物诞生之初，生殖隔离似乎并未发生，因为所有的真核生物都有一样的基本特征，很像是一个可以互相交配生殖的种群。有性生殖。自然选择是盲目而无情的。基因持续从线粒体向细胞核迁移，如果新的配置运行较好，基因就会留在新家；如果不好，惩罚就会降临，多半以死亡的形式。最终，几乎所有的线粒体基因不是彻底丢失，就是搬到了细胞核内，只剩下一小队不可或缺的基因留在老家。这种盲目的选择正是嵌合式呼吸链的成因。盲目，但行之有效。这样就只剩下最后一种可能。如同福尔摩斯的名言：“一旦你排除了所有不可能的情况，那么剩下的，无论多么不可思议，一定是事实的真相。” 前面两个选项并非完全不可能，第三种可能却是最有趣的：这是一个原核细胞，获取了一些内共生体，正在变成一个类似于真核生物的细胞，重演演化之路。

世界读书日完成今年第六本书。《复杂生命的起源》《The Vital Question: Why Is Life The Way It Is?》，作者：Nick Lane 尼克。莱恩 (英国) 能量生物学三部曲的最后一本，前两部是：《氧气》，《能量，性，死亡：线粒体与我们的生命》"自达尔文以来最好的生物学书籍，本质上都是一场强力的辩论。" 被比尔。盖茨曾推荐为去孤岛上必带的书之一。但我是在 "土摩托" 袁越的播客里听到他推荐这本书，后来他又在鉴书笔记中推荐了一次，由于推荐语过于生猛，让人不得不好奇是一本怎样的奇书。土摩托："这本书是我写《生命起源》封面故事的缘起，这些年来我反反复复读了至少 3 遍，每一遍都有新的收获。我觉得未来人类可以分成两类，一类是读过并能读懂这本书的人，另一类是没读过或者读不懂的人，两类人将会有两个完全不同的内心世界。"2024 年 3 月 24 日开始阅读，全书最后 20% 是术语表，参考文献，图片来源和感谢。细菌，古菌，真核细胞三种不同的生命域。一个宿主古菌与一个细菌以共生的方式组合，诞生了复杂生命 - 真核生物。本书的目的就是尝试回答两个问题：为什么生命以如此令人困惑的路径演化？为什么细胞的供能方式如此古怪？"科学辩论中可能受到的最大侮辱，莫过于一个观点被评价为 “连错误都算不上”—— 因为它无法证伪。"（绪论部分还比较容易理解，但据说进入正题后，会很硬核，"作者是真不拿读者当外行啊，什么专业名词都往上招呼。"）"锆石晶体就像微小的囚笼，困住化学杂质，能反映其形成之际周围的地质环境。从几颗零散的锆石晶体中阅读早已消逝的原始世界是什么样子，这可能让这些沙粒担负了太多重任，但总比没有证据好。"" 生命不过是一个电子寻找归宿的过程。""在演化生物学的时间尺度下，" 很快 "一般指几百万年。"" 真核生物是单源性的，来自细菌的一次内生共生。为什么复杂生命的演化只发生了一次？""蛋白质的" 舒服 "的结构会向外界释放热，增加环境的熵；相反，氨基酸浓汤这种物质不自然的状态需要从外界吸入能量，降低环境的熵，让环境变冷，即所谓的" 鬼魂 "效应。"" 失去的热量越多，生命就越可能变得更复杂。""人类身体每刻功率是太阳的一万倍。"" 太阳实在是太大了，虽然单位功率较低，总功率还是大得多。""所有的化学反应最终都会增加环境的热量并降低系统自身的能量。"" 生物与他们的环境通过二者之间的膜紧密联系在一起，不可分割。""与碳基生命相比，存在硅基生命的可能性微乎其微。"" 有朝一日，我们或许能根据宇宙的化学成分，预测宇宙中任何地方可能出现的生命特征。"关键词：跨膜质子梯度化学渗透偶联内共生关系" 深海热液喷口：有持续的碳和能量流动，也有远离平衡态的电化学反应炉。"黑烟囱：深海热液喷口的别名。白烟囱，失落之城：碱性热液喷口。提供了生命起源需要的所有条件。奥卡姆剃刀 Occam's razor" 选择最简单自然的假设。除非发现确有必要，我们就不应该引入更复杂的推论过程。"细菌的水平基因转移能力细菌几乎总是基因嵌合体在白烟囱环境中，由质子梯度能量推动，无机物分子间发生浓缩反应，聚合成有机细胞。原始细胞制造复杂蛋白质进行自我复制，驱动最早的生命诞生。细菌与古菌的共同祖先是" 露卡 "。LUCA，最后共同祖先的英文缩写。有关细菌和古菌是如何演化逃离热液喷口环境的段落开始，全书进入天书模式，论证过程完全看不懂，只能看一下结论。产甲烷菌是古菌，产乙酸菌是细菌。" 宇宙中其他地方的细胞，也应该使用化学渗透。为什么对质子动力的普遍需求，让复杂生命在宇宙中注定罕有？""在细菌与真核生物之间，确实找不到中间型的" 文明遗迹 "。真核生物本质上是嵌合体，即原核生物之间的某种合并产物。"" 真核生物平均每个基因的能量，高达原核生物的 20 万倍，这就是两种生物之间的巨大鸿沟。""细胞把多达 80% 的能量用于合成蛋白质。" 在战争中："黄金控制" 指中央政府，负责制定长远战略 "白银控制" 指军队指挥层，负责人员和武器调度 "青铜控制"（bronze control），是那些在一线战斗的现场决策者，他们做出战术决定，激励部下。"有性生殖让自然选择的全能之眼能够检视每个基因的优劣并加以裁决。有性生殖把种群中所有突变累积在一只代罪羔羊身上，将它牺牲。"" 几乎所有无性生殖的动物和植物，都会在数百万年内灭绝。"死亡门槛低，有氧需求高，患病风险低，代价是不育风险高，适应力低下。死亡门槛高，有氧需求低，患病风险高，生育力和适应力强，更快的衰老。运动时人体内自由基泄漏的较少，不运动时自由基泄漏速率更高。只有一定程度的卡路里限制和低碳水化合物饮食才能有效延缓衰老。但仅靠微调自身的生理状况，人类不太可能找到什么办法活过 120 岁。" 我们能推出一系列预测：我们的祖先增加了有氧代谢能力，降低了自由基泄漏，降低了生育力，但同时延长了寿命。""清除受损线粒体的最好办法就是强迫身体使用他们，加快替换，比如高脂肪饮食能强迫我们更多的使用线粒体，而高碳水化合物饮食则会更多使用发酵作用提供能量，线粒体反而用的不多。"" 如果说生命不过就是一个电子寻找归宿的过程，那么死亡就是电子终于可以安息之时。""真正突破性的科学思想，几乎总是来自最出人意料的方向，而这些思想的突破性和开创性，不仅表现在科学上，同时也会辐射到更广泛的经济层面。"

关于我们人类从哪里来，既是一个经典的哲学命题，也是一个复杂的生物学命题。哲学层面的思辨永远没有尽头，但生物学方面的探究，却已经为我们指明了答案，那就是我们来自一次次偶然的意外。地球偶然具有了产生生命的条件，生命偶然从深海中诞生，真核细胞偶然来自一次内共生事件，人类则偶然来自一条正确的进化路径。可以说，是偶然造就了我们今天的一切。

复杂生命是宇宙的偶然，而非必然。生命的诞生演化并非从简单到复杂，也不是越复杂就越成功。从自私的基因假说角度看，很难说人比病毒更成功。这是一本生物科普书，底层逻辑都是物理和化学。知识的颗粒度小到了电子。文科生读起来会很困难。关于什么是死亡，深深震撼了我。后悔疫情的时候送别亲人太匆忙了。

# 学习心得 #这是一本探究生命起源的书籍，“发生在两个原核生物之间的内共生作用，打破了永无止境的简单循环”。在几十亿年前的某天，两个 “原核生物” 擦出了火花，决定开始 “搭伙过日子”，这个极小概率产生了 1+1>2 的效果，打破了简单循环的怪圈，走上了达尔文式的演化道路。由此可见，不结婚就是违反演化规律啊～

死亡就是电子流和质子流的终止，是膜电位的停息，是从未间断的氧化还原火焰最终归于熄灭。如果说，生命不过就是一个电子寻找归宿的过程，那么死亡就是电子终于可以安息之时。

神奇的生命，来自碱性热液喷口，从无机到有机。原始无机物铁硫簇，神奇的质子浓度差推动碳循环和能量循环。极低概率（可能是唯一）的内共生事件造就了真核生物，在生命发展的四十亿年间，漫长的演化占据了大多数时间，生命是如此神奇，虽然没有实物证据，但这种自洽的推演已经让人激动不已了。

能读到这本书是幸运，也非常感谢译者。啃完了一遍不过瘾，应该多读几遍，和作者一起想象推理是一件非常享受的事。线粒体基因与核基因的相互作用是这本书的精华，非常开脑洞，帮助我们理解真核细胞究竟是怎么一回事。也许这样说并不太符合作者原意。对生命起源有兴趣的朋友们应该有缘看到这本书。

推理过程相当精彩。 根据古菌和细菌的异同，真核生物的共同特征，两条线索，就把能把生命起源和真核生物的起源推导出来，论证还挺充足的，很好看。不过不知道非生物专业的朋友是否有我这么感兴趣。

对文科外行来说相当深奥，读起来可能有点费劲，有时不能理解具体原理，但翻译通俗顺畅，大体能把握作者的观点，从基因以外更本质的能量视角理解生物，有时还能读出哲学感悟😂

在生物学的核心地带，存在着一个未知的黑洞。坦白说，我们不知道生命为什么是现在这样。地球上所有的复杂生命拥有一个共同祖先，它从简单的细菌演化而来，在 40 亿年的漫长岁月中只出现了一次。这究竟是一个反常的孤立事件，还是因为其他的复杂生命演化 “实验” 都失败了？我们不知道。已知的是，这个共同祖先一出场，就已经是一个非常复杂的细胞。它的复杂程度，与你身上的细胞不相上下。这份复杂性遗产传给了你我，也传给了其他所有后代，从树木到蜜蜂。

问题是你要把它读下来

专业术语很多，但值得一读

《人类的终极问题》作者袁越极力推荐本书，《人类的终极问题》中的第二部分 “人类到底能活多久”，首次发表于 2018 年 1 月的《三联生活周刊》，其中袁越采访了一些研究衰老机制的美国科学家，也引用了本书的内容作为结尾。本书英文版出版于 2015 年 7 月。中文版出版于 2020 年 11 月。读后对译者和出版方比较失望的一点是没提过去的 5 年中学术界对作者的观点有什么评价，作者本人对自己的观点有没有补充修正。本书主要内容是一个进化论中不太被公众和科学界关注的重要问题：为什么所有真核生物（所有的植物、动物、藻类、真菌和原生生物）的细胞结构如此相似？为什么所有的地球生命，无一例外都利用质子梯度供能？作者在书中说，以上两个问题有一些学说，都有不完善之处。作者提出了另外的观点，也有部分观点做了实验验证。作者的重要观点：1：最初的细胞不是在原始汤中诞生的，因为能量不够，更有可能是在碱性热液喷口附近诞生的；2：后来细胞演化出了主动离子泵和现代型细胞膜，终于可以离开热液喷口环境，游向广阔的海洋了；3：复杂细胞起源于 40 亿年演化史中的单一事件：一个古菌和一个细菌的内共生；4：以这个视角看待整整 40 亿年的生命史，线粒体就处在真核生物演化的中心。近年来的医学研究也逐渐采纳了类似的观点：线粒体在控制细胞死亡、癌症、退行性病变、生育力，以及其他许多方面发挥着重要作用。读后对饶毅举报的裴刚的那篇论文有了一点了解。裴刚的论文说的是 G 蛋白偶联受体（简称 “GPCR”）七重跨细胞膜膜还是五重跨细胞膜的问题，本书讨论的是质子跨细胞膜传递能量的问题，略有相关。涉及到不少专业术语和知识点，读起来比较吃力。总体评价 4 星，不错。以下是书中一些内容的摘抄：绪论 为什么生命会是这样？地球上所有的复杂生命拥有一个共同祖先，它从简单的细菌演化而来，在 40 亿年的漫长岁月中只出现了一次。这究竟是一个反常的孤立事件，还是因为其他的复杂生命演化 “实验” 都失败了？我们不知道。已知的是，这个共同祖先一出场，就已经是一个非常复杂的细胞。它的复杂程度，与你身上的细胞不相上下。我们知道复杂细胞起源于 40 亿年演化史中的单一事件：一个古菌和一个细菌的内共生（图 1）。我们知道复杂生命的特征在这次结合之后才演化出现。但我们仍然不知道，为什么这些特征会出现在真核细胞中，在细菌和古菌中却没有留下演化的痕迹。我们还发现，所有的地球生命，无一例外都利用质子梯度供能。质子动力是生命不可或缺的成分，就像通用遗传密码。然而，这种反直觉的能量利用机制最初是怎么演化出来的，我们几乎一无所知。在我看来，这就是位于当代生物学核心的两大未知问题：为什么生命以如此令人困惑的路径演化？为什么细胞的供能方式如此古怪？图 1 第一部 问题 1 什么是生命？图 2　生命的时间线如果真核生物的不同种群因为亿万年来在不同环境中适应不同的生活方式而发展出各自的复杂度，那么，如此久远的演化历程会反映为完全不同的内部结构。但是，请仔细观察真核细胞的内部细节。我们会发现，所有的真核细胞内部，都由基本相同的部件构成。我们现在知道，所有的真核生物都有一个共同的祖先。这个 “共同祖先” 的生物学定义意味着，在 40 亿年的地球历史中它只出现过一次。让我再次强调这个概念的重要意义：所有的植物、动物、藻类、真菌和原生生物都有共同的祖先 —— 真核生物是单源性的！也就是说，植物、动物和真菌并非分别从不同的细菌演化而来，恰好相反：一个形态复杂的真核细胞种群在某个特定历史场合出现，而所有的植物、动物、藻类和真菌都演化自这个始祖种群。共同祖先出现之前，这些特征（也就是全部的特征）是怎么形成的？我们对这个问题的理解还极为浅薄。为什么会演化出细胞核？是如何演化的？性又是怎么来的？为什么几乎所有的真核生物都是两性的？繁复的细胞内膜结构源自何处？细胞骨架是怎么变得动态可塑的？为什么细胞的成熟分裂（即减数分裂）最终是为了让染色体数目减半，首先会使其倍增？为什么我们会衰老、会得癌症、会死去？细菌和真核生物之间没有现存的中间型并不特别令人惊奇。真正出人意料的是，真核生物的特征并不像眼睛那样，在演化史上一再重现。动力飞行至少独立演化了 6 次，分别是蝙蝠、鸟类、翼龙和不同种类的昆虫；多细胞组织独立演化了大约 30 次，正如前面所述；不同形式的温血特征在好几类生物中独立出现，包括哺乳动物和鸟类，还包括某些特殊的鱼类、昆虫和植物；甚至连大脑意识，似乎都是在哺乳动物和鸟类中分别独立出现的。2 什么是活着？这就是生命的基本活动：制造新的有机小分子，把它们组织起来，生长，繁殖。生长还意味着主动运输物质进出细胞。所有这些活动都需要持续的能量流入，薛定谔称其为 “自由能”。电子最终经过至少 15 次这样的转移，才到达氧气分子。不同生物的生长方式，比如植物的光合作用和动物的呼吸作用，表面上没有多少共同点，实质上都使用同样的 “呼吸链” 把电子传递下去。地球生命似乎从理论上的无限可能性中，选择了一种很受限制又非常奇特的供能机制。这仅仅是演化史中的偶然？还是因为这个机制比其他机制优秀太多，最终赢家通吃？还有一种更意味深长的可能：难道，这是唯一的可行之道？图 9 细菌与古菌的细胞膜存在一个主要差异，而且似乎完全是随机产生的。细菌细胞膜使用的是甘油的一种立体异构体，古菌则使用另一种，两者互为镜像。第二部 生命的起源 3 生命起源的能量尽管 RNA 确实在复制以及蛋白质合成的起源上发挥了关键作用，但认为 “RNA 自己忽然发明了新陈代谢” 的理论仍属荒谬。那么，到底是什么催化了最初的生化反应？最有可能的答案是无机复合物分子，比如金属硫化物（特别是铁、镍和钼）。上一章我们讨论过热力学决定的碳合成化学的需求：要有连续的碳和能量流过天然催化剂。所有过去立论的生命起源可能环境（不考虑那些奇谈怪论），几乎都被这样的条件排除了：温暖的池塘（很遗憾，达尔文这次错了）、原始汤、微孔浮石、海滩、胚种论…… 但是仍有一个幸存者 —— 深海热液喷口。它不仅没被排除，相反，还符合所有这些条件。这些溶解在海洋中的金属，最终便宜了另一种海底喷口：碱性热液喷口。我认为，它们解决了黑烟囱生命起源理论所有的问题。碱性热液喷口与火山无关，所以没有黑烟囱那些剧烈的活动和变化，但它们有很多其他的特性，使其成为真正合适的流式电化学反应炉。氢气的还原电位随 pH 值下降，这个不太起眼的事实会给我们什么重要启发吗？当然！它非常、非常重要！在碱性热液喷口环境中，氢气会与二氧化碳反应，生成有机分子。在其他几乎所有环境中，这种反应都不会发生。4 细胞的诞生图 15 图 16 我认为，鼎鼎大名的露卡，细菌与古菌的共同祖先，就生活在碱性热液喷口的微孔结构中。也就是说，从无机物起源到露卡诞生的三个阶段，全都发生在这些微孔中，全都由质子梯度驱动，无论分隔梯度的是无机薄壁还是有机膜。而 ATP 合酶等复杂蛋白质的出现，发生在这条崎岖之路的晚期。一旦有了进行主动运输的离子泵，细胞膜的改进终于有了优势。在此之前的每一步，现代型磷脂细胞膜都不能提供任何好处，反而相当有害。然而当细胞有了反向转运蛋白和质子泵，让细胞膜脂质分子加上甘油头部降低渗透性，就有利可图了。到了这一步，细胞演化出了主动离子泵和现代型细胞膜，终于可以离开热液喷口环境，游向广阔的海洋了。细菌和古菌，最早自由生活的细胞，是从生存于碱性热液质子梯度中的共祖细胞分化而来的。所以后来它们发展出了不同的细胞壁，以此来保护自身面对新的冲击，这不足为奇。它们还独立发明了各自的 DNA 复制机制。第三部 复杂性 5 复杂细胞的起源有了内共生造成的基因丢失（此处只考虑了 5% 而已）节省下来的能量，可以很轻松地支持动态细胞骨架的演化，事实上它也发生了。另外，100 个内共生体其实也是非常保守的估计。某些大型的阿米巴原虫有多达 30 万个线粒体。这个 “必然的” 理由，还不只是要求基因留在线粒体里。真正的必然要求是，基因必须紧靠能量膜驻扎，不论膜在何处。所有能进行呼吸作用的真核生物，其线粒体都保留了同样的一小群基因，绝无例外。极少数真核生物丢掉了全部的线粒体基因，它们也失去了呼吸能力。演化提供了一个关键的蛋白质来救场：ADP-ATP 转运蛋白（ADP-ATP transporter），它让宿主细胞能够把内共生体制造的 ATP 释放出来为自己所用，刚好也解决了内共生体的困境。通过把 ATP 运送出来，同时补充内共生体所需的 ADP，宿主细胞限制了内共生体的自由基泄漏，减轻了细胞受损和死亡的风险。真核生物的起源，是一起奇妙的单一演化事件，在地球 40 亿年的演化史中只发生过一次。如果从基因组和信息的角度来考虑，这条奇特的演化之路几乎完全无法理解。但如果从能量与细胞物理结构的角度看，一切都显得很有道理。现在我们也认识到，为什么自然选择在无限长的时间中作用在无限多的细菌种群身上，却仍然无法让它们演化成我们现在称之为真核生物的大型复杂细胞，除非通过极为罕见、偶然发生的内共生作用。6 性，以及死亡的起源为什么真核生物有如此破碎的基因？有几个已知的好处。同一个基因可以通过不同的剪接方式拼出不同的蛋白质。例如，免疫系统就可以通过这样的蛋白质重组机制，把不同的蛋白质片段拼接成数十亿种不同的抗体。如果只有少数几个基因是这样，那么我们可能倾向于第一个解释。但发现的事实是，数以千计的内含子都插在数百个真核生物的共有基因中，而且在完全相同的序列位置。这样第一个解释就说不通了。内含子一起插入共祖基因组是更加直截了当的解释。在细胞核中，基因被转录成 RNA 转录本；在细胞核外，核糖体会读取 RNA，再转译成蛋白质。最重要的是，缓慢的剪接过程在细胞核内进行，在核糖体有机会接触到 RNA 之前已经处理完毕。这就是细胞核真正的意义：把干劲冲天的核糖体挡在外面。这就解释了为什么真核生物需要细胞核，而原核生物不需要。原核生物根本没有内含子的麻烦。所有这些有什么意义呢？其意义相当惊人：仅凭线粒体的变异问题，就足以解释多细胞生物中异配生殖（精子和卵子）、单亲遗传和种系的演化，以及雌性生殖细胞在发育早期被隔离的原因。这几点共同形成了雌雄两性各种差异的基础。简而言之，线粒体的遗传问题造成了两性之间绝大多数的真正差异。以这个视角看待整整 40 亿年的生命史，线粒体就处在真核生物演化的中心。近年来的医学研究也逐渐采纳了类似的观点：线粒体在控制细胞死亡、癌症、退行性病变、生育力，以及其他许多方面发挥着重要作用。第四部 预言 7 力量与荣耀这正是线粒体疾病的问题所在。大部分线粒体疾病都会导致神经肌肉退化，影响大脑和骨骼肌，因为它们的代谢率高。其中，视力往往最容易受影响，因为视网膜和视神经细胞的代谢率是全身所有细胞中最高的。这就是为什么代谢率至关重要。给定线粒体的能量输出不变，代谢率较快的细胞更容易出现供给不足。不只是线粒体疾病，正常的衰老或者老年病都更倾向于影响代谢需求最高的组织，以及代谢需求更高的性别。鸟类线粒体基因序列的改变速度，比绝大多数哺乳动物更慢（但蝙蝠除外，因为和鸟类一样，它也要面对飞行的要求）。不会飞的鸟类没有这样的限制，基因序列的改变速度就比较快。原因在于，大部分鸟类的线粒体基因序列早已是适应飞行的完美状态。这种理想状态中的基因如果发生突变，很难被苛刻的标准容许，所以通常都被自然选择淘汰。后记 来自深海大致看来，明神海丘准核细胞正在重走一条平行的演化之路，从细菌祖先通往复杂的生命形态。在宇宙中的其他地方，生命是否也会沿着同样的演化之路发展呢？这取决于出发点，也就是生命的起源。我认为，同样的起源也很可能一再重演。如果真是如此，那么宇宙中其他的复杂生命也会面临与地球上真核生物同样的限制；外星人也应该有线粒体。所有的真核生物都来自同一个祖先，这个祖先的出现源于原核生物之间罕见的内共生作用，演化史中的单一事件。这种细菌之间的内共生，我们现在已知两个例子（图 25），算上明神海丘准核细胞，那就有三个。但是我可以更确定地说，基于能量的原因，复杂生命的演化需要两个原核生物之间的内共生；这是一个罕见的随机事件，罕见到怪异的程度，随后两个细胞之间的激烈冲突又使其难上加难。

01 引言如果你想了解生命，《复杂生命的起源》是一本非常值得读的书，作者尼克・莱恩不但是作为专家参与了部分结论的研究，同时也对他认同的各种假说进行了严密的论证，仅仅参考文献就占了原书的 20% 以上，文中涉及的化学知识也只需要初中化学就能看懂。本是一本科普书，但是看完以后，给我的意外收获则是重新思考自己的世界观，活着的意味着什么？两性的意义在哪里？到底怎样才是死亡？最关键的，这也让我重新思考创新以及创新带来的重大局限。一本让你重新思考生命、活着、死亡和意义的书 02 大问题生物按照基因的不同，分为三大域：细菌、古菌和真核生物，在结构上，细菌和古菌也同统称原核生物，它们没有细胞核，而真核生物有细胞核，植物、动物、藻类、真菌和原生生物都属于真核生物，本书的 “复杂生命”，就是拥有精良设计的真核生物。复杂生命的机制比原核生物复杂很多，作者用各种事实中的矛盾，提出复杂生命的起源是一个迷。一方面，复杂生命一出现就拥有一整套全新的特征，从有性生殖到衰老，没有哪个是在原核生物身上真正出现过，也就是说，真核生物的进化没有发现任何中间类型。另一方面，就是原生生物诞生至已有 40 亿年，虽然适应能力很强，但是从未在结构上发生什么突破。作者提出了他的推论：几十亿年以来，地球生命在基因组和环境之外，仿佛还被另一些看不见的因素限制着。03 能量带来的制约生命的各种能力由具体的结构决定，而结构又是由基因决定，那么基因由什么决定？我们以为是环境，但是作者认为，除了环境以外，我们忽略了一个很重要的因素，就是能量，作者从如下的角度，证明了来自能量的制约，冥冥中限制了原核生物的演化。1、生命是能量流。更具体一点就是 “氧化还原化学反应”，即从某种供体中获得电子，给与某个受体，只要电子流向正确设定的方向，生命就 “活着”，电子不再流动，意味着生命死亡。正如生物化学家艾伯特・圣哲尔吉（Albert Szent-Györgyi）的诠释：生命不过是一个电子寻找归宿的过程。2、原始生命的能量来自质子梯度渗透机制。作者带我们回到了生命诞生的环境 ---- 原始海底的碱性热泉喷口，那里特殊的岩石构造，自然形成了一侧有碱性热泉，另一侧有微酸海水的质子梯度（质子梯度可以理解为我们的大坝，水从大坝上面流下来，就能产生能量，在生命中，质子总会从高浓度流向低浓度，质子就是大坝中的 “水”，而岩石微孔以及后来演化出来的细胞膜就是大坝），生命就在这些岩石的微孔中产生，直到现在，我们的细胞还是通过质子梯度渗透这样奇怪的机制来产生能量，这与我们的起源息息相关。3、细胞膜的形成。原始生命演化出了以一种薄膜，替代了岩石中天然的微孔渗透薄壁的功能，这就是细胞膜，这样生物在细胞内可以模拟海底碱性热泉的环境，形成了氧化还原反应，生命有了可以离开海底碱性热泉的资本。4、细胞膜上的能量机器限制了原核生物的演化。生物所有的能量，都是通过细胞膜上的蛋白质转换成 ATP 形成的，如果原核生物体型扩大，细胞膜上的能量转化机器就无法供给足够的能量支撑庞大的体型，因此原核生物保持相对微小的体型更有生存竞争力，生命在这个状态持续了近 20 亿年，没有发生突破。04 伟大的内共生 20 亿年前，在一次极其偶然的时机，一个细菌进入了另一个古菌的细胞内，它们竟然融合在了一起，细菌逐渐退化成我们现在细胞内的线粒体，细菌的基因则与宿主古菌的基因融合，后来还演化出了细胞核，这样，线粒体专门为宿主细胞提供能量，宿主细胞为线粒体提供生存环境，实现了伟大的 “内共生”。我们的细胞其实就如两个合伙人创办了一个 “合伙企业”，这个 “合伙企业” 的两个创始人（一个古菌和一个细菌）经过不断试错，最终紧密合作，把合伙企业做大了。这个伟大的时刻，40 亿年来只发生过一次，难度在于：1、进入门槛：古菌和细菌都没有吞噬能力，细菌不知如何进入到古菌体内。2、融合门槛：这个门槛更高，两个完全不同种类的基因混在一起，一般情况下是相互冲突，造成生命死亡，所以它们的融合是一个奇迹。通过合作分工，线粒体不断分裂，形成巨大的能量产出基地，从此细胞有了富余的能量，终于有资本向更大、更多样的方向进行演化，形成动物、植物等复杂生命，直至我们人类。05 混乱的真核生物基因这一伟大的内共生，解决了能量壁垒，形成复杂生命，但是科学家发现，我们基因的排列非常之混乱，原书中有这么一段：我们一度被早期的细菌基因研究误导，认为人类染色体上的基因也应该像漂亮的珠串一般，按照有意义的顺序排列。而实际发现的情况，就像遗传学家戴维・潘尼（David Penny）形容的那样：“如果有一个委员会设计了大肠杆菌的基因组，我会很荣幸参与其中。然而如果有一个人类基因组设计委员会，我绝对不会承认跟我有关。即使是那些低能的大学委员会，都不至于把工作做得这么糟。在真核生物演化早期，线粒体的基因与细胞的基因相互融合，也相互冲突，导致 DNA 中存在着大量的内含子，这些内含子不会被转译成蛋白质，作用不明，如同废物，这让早期真核生物的分裂周期处在可怕的混乱中。作者通过各种线索证明，复杂生命通过演化出细胞核、两性生殖、线粒体单亲遗传（只遗传母亲的）、卵子早期隔离封存等机制缓解了线粒体基因与核基因融合导致的不匹配问题。06 衰老的形成由于我们体内的细胞是由两个不同的主体组成的，虽然配合良好演化至今，依然存在致命缺陷：这就是呼吸蛋白质的质量问题。负责真核细胞 “氧化还原反应” 的呼吸蛋白质，是由核细胞基因与线粒体基因共同编码的，而线粒体基因的突变速度是核基因突变速度的 10~50 倍，细胞分裂次数越多，线粒体基因的突变可能性就越大，一旦线粒体基因出现突变，与此相关的呼吸蛋白质就会出现质量问题，细胞的氧化还原反应（呼吸）就受到影响。结果就是：本应该按正常呼吸链路行走的电子泄露出来，被氧化成 “自由基”。这样原来的电子通路就被截断（上文提到过：“生命不过是一个电子寻找归宿的过程”），但如果电子泄露的不严重，细胞还能生存并一代代分裂下去，但是呼吸性能已经不如以前，这就形成了衰老，如果电子泄露严重，细胞的生命也就走到了终点。但是，在生殖传承方面，生命演化出惊人的机制解决了线粒体突变的问题，就是线粒体单亲遗传机制，线粒体只遗传母亲的，而女性在发育早期就把卵细胞储存起来，让雌性配子处于雪藏状态，限制线粒体突变的累积，正因为此，现代科学家已经通过线粒体基因追溯到 20 万年前的某个人类共同祖先：线粒体夏娃。也正是通过这样的线粒体单亲遗传机制，“老男人” 因为线粒体不遗传给下一代，所以可以不断生产出符合要求的精子。终究，生命只演化出了解决生殖细胞线粒体突变的问题，但是没有彻底解决其他组织器官的问题，在生命的造物主看来，其他组织器官只需要活到生殖年龄就够了，这就是：不朽的种系，寿命有限的肉体。07 新的世界观这是一本足以形成新世界观的科普书，最后谈谈我的五点读后感：1、找到制约关键因素，是打开高速发展的钥匙。这也是演化的制约，演化并不是万能的，任何事物，总是会被某种因素限制在某个框架中，在复杂生命中，能量就是这个重要因素，如果不解决能量获取问题，任凭基因再怎么演化创新也无济于事，2、重要的不是竞争，而是合作。一个细菌和古菌，在一个生态位中，是你死我活的竞争关系，但是它们竟偶然地融合在一起分工合作，造就了伟大的 “内共生”，顺着这个思路，你就会发现，物种之间的合作场景，远比竞争的要多。与其说谁强大谁能生存，倒不如说谁能更好地与其他主体合作谁就能生存，生物如此，人亦如此，商业还是如此。3、创新是伟大的，问题是永恒的。伟大的内共生，带来了两个主体的兼容性问题，虽然真核生物 “绞尽脑汁”，演化出了细胞核、两性生殖、线粒体单亲遗传等机制，还是带来了我们最恐惧的器官衰竭和死亡，创新带来的问题需要更多的创新来解决，创新演化永不止息 4、混乱不可怕，没有演化才可怕。两个原核细胞融合后，产生了各种混乱，但是通过长期的演化，形成了人类这样的奇迹。我们有时总会抱怨生活工作中的混乱，但是再混乱的局面，只要开始演化，就会产生秩序和创新，我们缺的往往是开始演化的那个决定！5、你认为的死亡与大自然认为的死亡是两码事。原核生物没有 “死亡” 的概念，它们一分为二，二分为四，它们就是永生的。但是我们这样高大上的复杂生命要死亡，其实大自然并没让我们死亡，因为我们的生殖细胞也从来没有死过，只要传承下去，我们的细胞也是永生的。