地球形成之初,一切都是最简单的无机物,那些可以自我繁殖的复杂生物是如何出现的? 这里从进化论的角度提出假设,说明生物分子由简单变得复杂的途径:简单分子不断演化,形成简单有机物和生命体,并最终创造出“人”的过程。
稳定性与最初的有机物
适者生存是指稳定者生存。稳定是指可以保持足够长的时间,并且具有普遍性,以至于可以被赋予一个名称的事物。 自然选择过程中那些转瞬即逝的无名者都已被淘汰。
在地球还没有生命之前,简单的原子受能量影响而形成更稳定的复杂结构(分子),它们将倾向于保持这种模型。这种物理化学反应,是一种初步的进化现象。自然选择的最初形式就是选择这其中稳定的模式并且抛弃不稳定的模式。类似的,生命之前,地球上大量的水、二氧化碳、甲烷和氨等简单化合物,在闪电、紫外线的作用下,不断反应合成各种有机物。最终在地球早期的海洋里面出现大量这样合成的有机物,我们称这种环境为原始汤。
复制分子与进化
随着时间推移,有机分子在稠浓的原始汤里积累并且各自相安无事,直到一种可以利用这些有机分子来复制自身的大分子出现。虽然出现分子可以复制自身的可能性极小,但是一旦出现这种分子,它就会迅速利用环境中的有机物扩散自己的副本。直至原始汤中构成这种大分子的组成物越来越稀少,最终达到只有这一种有机分子的大种群阶段。这种大分子我们称之为复制分子。
复制分子通过复制传播,在复制过程中偶尔会有错误出现。这种错误既可能产生有害影响,也可能产生改良的效果,经过长期的错误积累,最终会导致原始环境中出现多个品种的复制分子品种。 因为错误的影响不同,有些品种会比其他品种来得稳定,在自然选择进程中这些稳定品种将比其他品种更容易延续下去。
复制分子的特点
更稳定 自身越稳定,就越不容易分裂解体,并且有更多的时间复制自己,其分子集群越容易兴旺起来。这样在其他条件不变的情况下,复制分子会有愈加稳定的进化趋向。
复制更快 对某一品种的复制分子来说,复制速度快,单位时间内产生的个体数越多,对种群越有利。
复制更准确 复制过程中错误会不断累计,一旦达到某一个临界值,复制分子就可能蜕变为其他种类,而这意味着自己种类的消失。虽然偶然发生的错误是进化的基础,但是复制分子还是会竭力防止错误发生,最终趋向于复制过程越来越精确。
竞争与进化
因为地球面积有限,原始汤不能无限制地维持复制分子的消耗。当复制分子大幅增多,其组成物不断减少时,不同品种的复制分子围绕资源的竞争拉开了帷幕。
首先稳定性、复制速度和准确性略逊的品种和个体,会因为竞争被淘汰。同时任何使自身更稳定或者削弱对手稳定性的复制错误会被保留,并且在后代中成倍积累。随着竞争升级,加强自身稳定性和削弱对手稳定性的方法变得越来越巧妙。
例如通过化学途径分裂对手,并利用对手分裂后的物质复制自己。或者通过化学方法把自己裹在一层蛋白质中间来保护自己(最早的细胞膜)。最初仅仅是一层保护衣,在不断进化的竞争,复制分子保存自身的方式越来越复杂,最终构造出容纳自身的生存机器。
生存机器
随着时间的推移,各种生存技巧和计谋不断积累,复制分子创造的生存机器越来越怪诞,而它们也早已在不断升级的竞争中脱离海洋,进化为群集,并安居在庞大机器体内。现在这些机器就是你我及自然界一些生物,而我们称呼它们为基因。
基因制造我们来保存自身。 下一章,本书将讨论基因在生存机器中为了复制自己所做的努力。