生存或毁灭?这是人类永恒的话题。生与死是一对矛盾统一体:生者为万物之灵,死者立万物之祖;生与死相互转化,永无止境它既是哲学问题,又是对生物演化现实的最终拷问生与死二者辩证地、统一地存在于个体生命之两端,串连个体之生死甚至物种之存亡,都有繁殖之重任
从这个意义上说,人类个体的生存和发展都是有限的,因此,人类追求的是"长生不老",而不是无限的在漫长的生命历程中,每个人都会经历生老病死这一自然规律,并通过各种方式来减轻或避免这一切但在较宽的时间轴内,个体衰老、死亡如同新生,对于物种整体繁衍极为重要、宝贵
本物种之所以能在如此短的时间内得以延续并不断地繁殖下去,除了物竞天择之外,还有一个重要原因就是地球上所有生物都遵循着这两条生存定律
1、生物演化是建立在两个基础之上,一是足以保持种群中个体数量,二是适应不断变化环境的基因多样性得到满足
2.随着时间的推移,资源环境发生了很大的变化,在这个过程中,会经历一个世代更迭的过程,最终形成新的物种
下面就让我们循着演化的痕迹来了解一下这两个规律的作用
基因多样性是什么?
古生物学家研究发现:35亿年以前地球上有光合细菌和其他微生物可以利用阳光产能产生甲烷这些微生物对维持地球环境起着重要作用在大约10亿年前,地球上出现了大量的蓝菌,它们通过吸收大气中的二氧化碳、甲烷和氨气等气体来维持自己生存所需要的能量,同时也向大气层释放氧气随着气候变暖,大气中的温室气体含量不断上升,导致温室效应严重,全球气温升高,极端天气频发,给人类带来巨大灾难。因此,人们越来越关注对生态系统的保护。保护自然就是保护环境厌氧生物也是如此,它们需要氧气才能生存下去为求生存、求繁衍,每一类生命都必须演化自己的能力以适应不断变化的环境,物种竞争的帷幕自远古时期便已揭开
物种之间的竞争主要是通过基因突变和自然选择实现的后者是指自然条件下生物对环境变化或外界刺激做出反应的能力;前者则是指通过遗传物质遗传给后代从而保持自身稳定的能力。但实际上二者都不可能无限地发展下去二者的差别是:基因突变所带来的变化可好可坏还能无声地存在;自然选择则几乎是一边倒地把那些对生存不利的东西清理掉了基因多样性与自然选择之间究竟有多大的关系,我们还需要进一步探索其背后隐藏着的更深层次的原因及可能性人类近期观测到的自然选择事件是2022年8月9日,刚刚结束对西印度群岛安乐蜥属小型种群研究的美国哈佛大学科学家科林·多尼休(Anolisscriptus),数周后飓风艾尔玛(Alma)突然来访,飓风之后科学家沿相同轨迹捕获100条蜥蜴,结果发现其前、后趾趾板面积平均数均较此前分别较大及较小,且后腿较长而前腿较短,这类蜥蜴捕捉树枝对飓风生存较为方便[1-2]研究人员认为这种现象是由于基因多样性造成的,而这种差异可能会导致一些个体被淘汰出局,但也有部分个体能够在随后的时间内生存下去,这说明这些个体并不是因为受到了"死亡"的威胁,而是因为它们的基因比较丰富,所以才会在接下来的时间里生存下来——这就是所谓的"基因决定命运",也就是说,一个物种的基因多样性越高,那么它就越能在下一次飓风过后生存下来
种群是由一定数量的个体组成的群体,其生存与发展依赖于个体数量以及基因多样性国际自然及自然资源保护联盟(IUCN)从20世纪60年代起就颁布了濒危物种红皮书,该红皮书依据物种受威胁程度、灭绝风险等因素对物种进行了濒危等级划分,定义不同级别的主要标准之一是种群内可繁殖个体数目可繁殖的个体越多,其灭绝的可能性越大近亲结婚后代与遗传疾病之间存在着一定的联系,这种关系在生物间普遍存在当群体规模达到一定水平时,就会出现严重的遗传不平衡现象,即在同一环境条件下,有一部分人可以得到更多的遗传变异,从而使他具有更强的适应能力种群的基因多样性被破坏了,就形成了共同基因疾病的恶性循环,最终导致整个种群的灭绝
在漫长的地球历史中,生物曾经历过五次大规模的自然大灭绝,而我们现在正面临着的是全球范围内的第六次物种大灭绝事件随着人类活动加剧和极端天气现象频发,以及人类对生存环境的破坏,各种自然灾害频繁发生,使得人类面临着物种大灭绝的威胁存活至今的生物必须学习怎样在城市站稳脚跟,自然会有适应人类活动而从中受益的种类我们要保护好这些珍贵的生物,让它们更好地生存下去。在自然界里,只有适者生存才是唯一正确的选择。没有人能够改变环境。只有适应环境才能获得发展适者生存,这是一把双刃剑,它既能给生物带来生机和活力,又会使其面临灭绝的危险生存并不容易,而且要活,要爱惜
有性生殖是地球上最普遍的现象之一,也是维持地球上基因多样性的重要方式
繁殖是一个物种生存之本,也是一切生命所具有的一种基本现象任何物种的继续存在都与繁殖有着千丝万缕的联系,而且各自繁殖的方式也千差万别,若要详细地讲这个文章就讲不完了那么,到底什么样的繁殖才算得上成功呢?在这里我们不妨从进化论角度来分析一下,并提出一些看法和建议。一,种群中个体之间的竞争与合作1.什么叫群体?存在就有道理,无论哪个进化方向只要不被历史长河淹没到今天还存活在这个星球上就会取得成功
在进化的初级阶段,细菌和病毒都属于无性繁殖细菌是以无性二分裂方式繁殖的,通俗地讲,它是将其全部材料复制到两份中再分裂为两半而病毒则是靠自我复制来维持自身的细胞结构和外壳,经过一段时间后就会产生大量的遗传物质并进行寄生,当宿主死亡时它也会进行自我复制,这是一件非常有趣的事情,也是整个繁殖界所面临的难题之一原始动物中还有一种特殊的繁殖方式——孤雌生殖孤雌生殖的概念很古老,早在远古时期就已经出现了孤雌现象,即一个卵子只能产生两个精子这种方式是通过将雄性个体和雌性分离后再进行重组来获得DNA的无性繁殖是指在无性繁殖过程中,由雌性的生殖系统产生的成熟细胞经过自我复制后再进行孤雌生殖的方式,这种方式使得雌性的生殖系统和卵细胞都能进行正常的减数分裂,从而达到雌性”的目的
无性繁殖和孤雌生殖都需要母本DNA发生突变才能进行有性生殖有性生殖是指从亲本中分离出两性生殖细胞(即精子和卵细胞),再将它们融合到一起形成一个完整的受精卵,这种方法比直接从受精卵中获得种子要容易得多,而且也不需要特殊的生殖方式在有性生殖过程中,不同类型的基因之间相互作用,导致了基因多样性有性生殖与无性生殖相比有很多优势:能够保持较高的遗传变异率;不需要复杂而昂贵的胚胎移植设备等。但是,由于遗传背景差异很大,它们也存在许多缺点进化是指个体为了适应环境而发生的改变,包括基因突变和有性生殖两方面
在这个过渡地带内,一些生物从出芽到成熟经历了由无性繁殖向有性生殖的转变,例如:真菌的无性繁殖世代与有性生殖世代交替出现,而水母却一直保持着这种状态在本文中,我们将研究对象锁定为秀丽隐杆线虫的孤雌繁殖与有性繁殖,因为在自然界中,秀丽隐杆线虫病的雌雄同体现象非常普遍,它是由一对性染色体(即精囊),一个精子和一个卵子组成在自然条件下,性染色体只有一条,因此很难从雄性后代中筛选出万里挑一”式的雌雄同体者,所以只能通过自交的方法来获得雌雄同体或雄虫而为了使其具有较高的交配率,就需要有大量的雄成虫来补充雌性个体的能量。因此,雌雄性别比例不一致成为了该领域研究的难点问题之一在实验室条件下热刺激性实验表明:雌雄同体能够增加性染色体数目,从而使雄性后代增多也许自然界也一样,在正常情况下,秀丽隐杆线虫会通过自交繁殖出数量稳定、基因稳定、仅有很少的雄虫发挥着丰富基因多样性的功能,而在遭遇恶劣环境时,则会通过增加繁殖雄虫的数量来繁殖出更多后代来增加整个种群生存的机会
成年秀丽隐杆线虫上图雌雄同体下图带有小钩子”者为雄它们在发育过程中是否能产生精子?如果可以,又如何进行受精呢?我们来看看这些都是些什么东西吧!雄性个体的尾部很短,呈扁平状,与雌性相似
主动调控——进化的重大进步
高等生物衰老与死亡就像细胞凋亡,它是由一定程序化机制操作而成,打开衰老与死亡模式开关就是伴随着进化一步步编码到DNA中写进我们的基因
低等生物(如细菌、真菌、病毒等)通过自身的主动调控来适应外界环境
一个细菌菌落在养分充足、空间广阔的情况下可无限制地滋生,而一旦养分不足,则整株菌落都会趋于消亡在此背景下,细菌的应对之道在于:对于同种细菌来说是一种多占营养的加速复制并没有让彼此有成长的可能,而对于不同种类细菌来说却能和谐相处、互惠互利如果我们能把不同种类的细菌组合到一起进行协同作用的话,那将会使很多复杂问题得到解决。这样不仅不会影响人们正常生活也没有任何副作用。这是自然界中最普遍的现象之一人类肠道菌群便是典型代表,各类细菌有助于对不同食物进行消化和分解,保持整体平衡
病毒与宿主之间也有很多合作的方式,比如当病毒被感染后,例如埃博拉病毒感染了两周之后,就会出现大量的死亡现象,而当感染了其他的一些病毒时,例如,当感染了两周之前已经感染过的一些病毒(例如,我们通常所说的的的的的一些的的的的),则会让人产生一些的症状,如:发烧、咳嗽、呕吐等,这是因为这些的病毒能够破坏人体的免疫系统,使得流感病毒像马甲”一样,具有一定的表面抗原,从而对人体的免疫系统造成伤害病毒的这种自我保护机制被称为逆转录病毒感染(ARV).当病毒遇到适合它生存的环境时就会大量繁殖并侵入机体细胞中。然后将其复制成蛋白质进入血液循环系统或其他组织器官这些战略旨在能够在宿主死之前感染新宿主
真菌也有自己独特的优势:它可以通过一条途径进行出芽繁殖,并产生大量的孢子体,然后再通过风媒或其它介质传播给下一代,这样就避免了由于菌落数量太多造成的营养耗竭问题我们知道,植物为了生存必须吸收和利用营养物质。如果一个植物没有足够多的营养器官来进行光合作用的话,那么它也很难获得充足的养分供应生长下去一些真菌占据领地这一件事也演化出杀死其它种类的本领。青霉素是由于青霉菌从同一个培养皿中溶解葡萄球菌菌落才被找到
高倍显微镜观察青霉菌照片来源:网络
伴随着演化的步伐不断向前推进,植物及一些低等动物也演化出调控发育节奏的本领植物通过对种子进行识别来判断其是否处于休眠状态或者是已经进入到了萌发的阶段,从而起到了开关的作用在秀丽隐杆线虫领域,科学家谢伍德(Sherwood)发现在达到性成熟之前有一个发育检查节点(checkpoins)来评价目前条件下是否适于继续发育,若有食物短缺或其他问题,则发育停止于该节点而形成幼虫形态称为dauer.dauer可以生存几个月之久比正常3周平均寿命更长而不老化,直至条件成熟时仍可持续发育但是秀丽隐杆线虫这种能力会在性成熟后消失,即性成熟后线虫会在奔死途中一去不复返[2]因此,科学家们发现了一个控制线虫生殖系统的死亡开关而这种现象被命名为"死亡开关",也就是所谓的胚胎干细胞该基因开关作用于细胞热休克反应(heatshockresponse,HSRS)机制中,通过激发级联信号通道来应对外界压力,从而使得细胞能抵御外界不良刺激并保持其处于优良状态该结果被称为保护性热休克反应(SPR),是研究线虫休眠机制最常用的方法之一[1-2].这种现象可以通过改变温度、湿度或光照来解释。其中以低温最为明显保护性热休克反应是由线虫性成熟后才开始出现的现象之一,通常发生于第8周左右,当细胞达到一定数量时就会导致线虫的死亡[3],但这种情况很少见因此,我们可以通过打开死亡开关来控制其性成熟
秀丽隐杆线虫在少年时期”就已经具备了这种独特的调控机制,而其他哺乳动物则还未发现类似现象哺乳动物的体温和恒温系统决定了它们的生存几率,而胎生方式又会带来一系列与自身发育相关的问题而这一切都源于一种叫做热应激因子(Headresponse)的蛋白质。当温度升高时,Head蛋白会增加热量释放速率,从而导致动物体内产生大量代谢废物也让我们从生到死马不停蹄
在这个过程中,人的一生经历了多次世代更迭
打开死亡开关主要与发育及性成熟相关,实际上也是自然选择及进化的必然结果自然界中所有生物都有自己独特的生存方式。每个生物体都要经历从出生到衰老乃至绝灭的过程。生命的延续需要一定的条件。不同种类之间存在着明显差异个体的生存与生存所依赖的资源密不可分,当群体中个体数量不断增加时,必然会引进种间竞争和优胜劣汰物种要想长盛不衰,就必须拥有足够数量的可繁殖个体来维持其基因多样性然而随着人口的不断增长、经济的发展,人类对资源环境的破坏使得物种的生存面临着严峻挑战——物种的世代更迭越来越频繁,甚至有些物种已经灭绝了然而,由于长期的单次繁殖,许多昆虫、鱼类等都无法完成繁殖任务而面临着世代更迭的困境,朝生暮死”的现象普遍存在于所有种类中,其中包括像我们常见到的一些种类——例如,像我们所熟悉的一些种类如,像我们常见的一些植物如,像我们熟悉的一些动物如,像像我们熟悉的某些植物如,像像像像像如像如如如如如如如如如如复归地重复着同样的过程
在这个过程中,被称为死亡魔咒的灯塔水母从性成熟到幼体阶段都会经历一个漫长的分化转移过程刺胞动物门(含灯塔水母)有世代交替的生活史,即水螅型和水母型在水螅型世代中,由于无性繁殖而产生出大量的出芽,这些出芽被称为"水母芽",因此可以认为是水母型世代中的有性生殖过程但这一过程会使其自身处于一种危险状态——不能再生出新个体。因此,有很多科学家认为这是一个不可逆的生命历程。直到最近,科学家们才开始研究这个问题1996年在意大利北部海域对Pirainoura地区约4000只不同发育阶段的水母型灯塔水母进行了转化诱导试验,研究其对降低盐度、减少机械损伤等方面的影响结果表明:在所有的发育阶段中,灯塔水母都能成功地完成从水母型到水螅型的转变,并达到返老还童”状态而刺胞动物门中其它种类就没这么幸运,有性生殖完成后水母体就会消亡〔1〕
而对我们人类这类具有多次繁殖机会物种而言,繁殖能力丧失的时刻也是我们打开衰老与死亡格局的时刻—应该为子孙们预留充足的资源我们已经知道动物在经历过漫长的生命历程之后都有一定程度上的衰老现象,但是人类是否同样存在这种现象呢?答案是肯定的!关于我们哺乳动物为何不象蜉蝣那样立即步入死亡而留出衰老过程的原因,相信大象或许能让我们得到这样的启发:长者的阅历与智慧能为群体带来一些利益
大象族群一般都是以一头有经验的雌象为领袖图为网络
长生不老真不划算?
托尔金在《指环王》中曾经这样写道:精灵有永生,死是造物主对人的馈赠而为人类艳羡不已的精灵们,即使有无双之能,也会经过漫长岁月之后行将就木地从历史舞台上慢慢消失
长生不老是否真的存在?这是个很难回答清楚的问题,但有一点却是可以肯定的:这个世界充满着无限的可能性电影《时间规划局》和电影中的角色们都想让自己活得更好一些,而电影中的主人公们则希望通过电影中的人物去实现他们的愿望——像电影中的主人公一样,过上幸福的生活……但是在现实中,我们看到的是:人们为了追求所谓的自由和幸福,往往会把目光集中到那些所谓的"自由",例如:追求"长生不老"、缩小贫富差距等等,这对人性来说无疑是一个巨大的伤害,甚至有些人还因此放弃了追求所谓的"长生不老"且不论以目前人类之多地球已不堪其扰,若全部长生不老那便离地球毁灭不远不过,你有没有想过我们可以用什么办法来解决这个问题呢?答案是肯定的——星际移民!星际移民其实就是将星球上最优秀的人才迁移到别的行星上去所以,我们只能在有限的时间里去探索更多的星辰大海,去了解更多的物种,去认识更多的人类……但是,我们现在的技术水平还远远达不到这样做的目的——让我们的子孙们能够通过星际移民的方式来延续自己的生命我们所拥有的仅仅是地球,而我们能够给子孙后代留下的最好礼物不在于财富与身份,而在于更加美好、更加健康的地球和更加绿色、更加环保、更加发达的科技,而无需再以地球资源为代价