细胞的起源与进化过程(生命的诞生细胞进化的历史)

2022-09-25 15:05 · 奥孕宝宝
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摘要:本文主要介绍了多分子体系进化出细胞后生命才算真正诞生。分子层面的分工使细胞具备了复杂的功能与生命现象。细胞之间的不同竞争策略使生命形态变得丰富多彩。

细胞的出现

多分子体系形成了一个系统,但它还不是生命。生命是一个系统而且是一个可以稳定存在的、开放系统。它不只是分子层面的系统,更是一个有着复杂结构的系统。 生命活动的本质是一系列化学变化,而保障这些化学反应需要复杂的机制与结构。前面的团聚体理论说明以下三点:

1、由蛋白质和多糖组成的多分子体系,在一定条件下能够自动排列组装成一定的泡状结构。尽管我们还不清楚形成的机制。

2、含有蛋白质和核酸的团聚体能够进化;

3、团聚体与细胞有很多相似之处,都是由有机分子组成,在结构上都有膜结构。在功能上都有生长和繁殖,都能与外界进行物质交换。由此可以猜测到细胞有可能是从团聚体进化而来的。

细胞是从多分子体系演变而来的,当然细胞比之前多分子体系内部有更多的分化,内部结构分工明确,更成熟更稳定。

细胞的起源与进化过程(生命的诞生细胞进化的历史)

(植物细胞结构图)

细胞中有大量的分化结构。每种结构都有其固定的生理功能。这样一个精巧、有序的系统才是真正的生命。

细胞壁:位于植物细胞的最外层,是一层透明的薄壁。它主要是由纤维素与果胶组成的,孔隙较大,物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。

细胞膜:细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜,由蛋白质分子和脂类分子组成。水和氧气等小分子物质能够自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过。它控制着物质进出细胞,既不让有用物质任意地渗出细胞,也不让有害物质轻易地进入细胞。

细胞质:细胞膜包着的黏稠透明的物质。所有的细胞器都在细胞质中运动。例如叶绿体、细胞器、液泡。细胞质不是凝固静止的,而是缓缓地运动着的。这样便促进了细胞内物质的转运,也加强了细胞器之间的相互联系。细胞质运动是一种消耗能量的生命现象。细胞的生命活动越旺盛,细胞质流动越快,反之则越慢。细胞死亡后其细胞质的流动也就停止了。

线粒体:它是细胞进行呼吸作用的场所,通过呼吸作用,将有机物氧化分解,并释放能量,供细胞的生命活动所需,所以有人称线粒体为细胞的“发电站”或“动力工厂”。

内质网:内质网是细胞质中由膜构成的网状管道系统。它与细胞膜相通,对细胞内蛋白质等物质的合成和运输起着重要作用。

核糖体:核糖体是一种颗粒状小体,多存在于内质网膜的外表面,是合成蛋白质的重要基地。

细胞核:染色体就在其中。

细胞虽小功能齐全,首先通过细胞膜可以区别出内外。一个开放性的系统受到外界的影响太大它肯定是不稳定的。稳定的内部环境对生命的意义巨大。细胞质创造了一个有稳定的内部环境,线粒体供应生命活动所需的能量供应。核糖体制造蛋白质,蛋白质是建造和修复身体的重要原料。细胞核是细胞的控制中心,在细胞的代谢、生长、分化中起着重要作用,也是遗传物质的主要存在部位。我们可以将细胞视为由生物分子构建成的复杂系统。 上面这些结构都是这类复杂系统亿万年不断进化而来的。细胞形态的出现是一次质的飞跃,是生命起源过程中最有决定意义的阶段。细胞是生命真正的开始,它也是最基本的生命系统。

细胞的起源与进化过程(生命的诞生细胞进化的历史)

(细胞 来源:Pexels 摄影师:Pixabay)

细胞的进化

地球上最古老的生命化石是在澳大利亚发现的单细胞细菌化石。根据同位素年龄测定距今约35亿年。这说明在距今至少35亿年前地球上就开始有生命了。最初的生命都是单细胞生命,澳大利亚西部的最古老的细菌化石类似于现在的蓝藻,它们是一些原始的生命肉眼不可见。它的大小只有几个微米,到几十个微米。包括所有古细菌和真细菌和很多原生生物。它们都生活在水中。最早的单细胞生物可能是无核的,只是一种原生质团。细胞核是由这些原生质团演化而来的。细胞出现后生命形态开始变得丰富多彩。受外界环境的影响细胞向两种不同的方向进化。

策略一:变大

第一种是体积不断变大从而形成竞争优势,体积大的细胞可以吞食体积小的细胞。或许在进化过程中出现过体积巨大的单细胞生物,但它们没有适应当时的环境最终被淘汰了。不能适应的原因可能是受物理定律的限制,因为分子的尺寸是有限制的,不能跨越数量级的增加。这也限制了由分子构成的细胞内的各种结构的大小。单细胞生物不可能无限制地膨胀自己的体积。另外巨大的单体细胞本身过于脆弱。我们现在经常能见到的最大的单细胞就是鸡蛋了,但是鸡蛋只是一个卵细胞,内部是大量的营养物质而不是复杂的细胞结构。鸡蛋外面有一层坚硬的蛋壳用来保护自身的。它本身不会去吞噬外界其他细胞。它之所以这么大主要是存储大量的营养为新生命提供养份,而不是为了应对复杂的外界环境。所以选择这种使自身变得庞大的策略的单细胞生物需要一个相对稳定的外部环境,而这种环境通常比较少,所以这类细胞也比较少。或者进化史上曾经出现过,但环境变化之后就灭绝了。大多数单细胞生命它们都是个体微小,但是数量庞大,而且适应性强。在不同的环境中都可以找出适应这种环境的微生物,即使一些非常恶劣的自然环境。

策略二:抱团

第二种策略是不同的细胞个体之间连接合作形成群体优势从而打败其它个体。多细胞生物的每个细胞都很小但它们可以通过分工协作机制演化出复杂的结构。形成各种有效率的组织或器官从而形成进化优势。它可以变得更大,更灵活,这就是我们现在普遍看到的多细胞生命。多细胞生命初期最大的挑战是内部如何组织协调形成一个整体,并对外界做出反应。

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