王大虎

王大虎:挑战达尔文:微生物也是进化的主角!

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在进化历史上,人们总是依据达尔文的进化论强调基因在生物进化中的作用,把基因当作遗传及进化的主角,把微生物与基因之间的共同性忽视了。一个成年人体大约有50万亿个细胞组成,但是微生物是人体细胞的10倍,人体及动物本质就是一个细胞X体与微生物X体的合作X体,动物及人体很多基因来自微生物,人体细胞含有大量的原始独立的微生物线粒体。

20世纪80年代,理查德·杰斐逊就提出人类微生物在人类进程中扮演着关键角色。比如,多达65%的X素的循环过程可能与微生物有关,这说明微生物会影响我们体内的性激素水平。不同的细菌种X会在人的腋窝里形成不同的气味,微生物是产生我们X微小芳香分子的关键之一,X在某些动物择偶方面发挥着重要作用。杰斐逊据此指出:“生育、繁殖和择偶,是达尔文自然选择中的‘三驾马车’,全都受到微生物的影响。”这或许意味着,动植物能不能成功繁衍后代,部分取决于生活在它们身上的独特的微生物组合。

杰斐逊得出这样的结论:微生物在进化过程中非常重要,因此,科学家们应该把寄生在动植物身体上的微生物看成一个整体,并称之为“功能单元”。“这个单元由许多个体基因组构成,有时甚至上千,其中的组合及数目还在不断变化。”杰斐逊主张,这种功能单元才是自然选择的基本单元,并进一步提出“全基因组”的演化理论。

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同样,以色列特拉维夫的微生物学家尤金·罗森伯格也得到了相似结论。

他在研究地中海东岸的珊瑚时发现,这里的珊瑚曾感染希利氏弧菌,并触发了白化,但一段时间后,珊瑚却没有大面积白化反而恢复了原样。这使他认识到,尽管这些珊瑚的基因组并没有发生任何改变,但微生物的变化能够让珊瑚抵御感染,而且能够代代相传,整体看珊瑚还是进化出了抵御白化的能力,这说明对一种生物的进化,起决定性作用的,除了基因还有那些微生物X落。罗森伯格认为,人们把生物跟寄生于其上的菌X分开,只是为了研究的便利,但从自然选择的角度出发,宿主基因组和微生物基因组是一个整体,它们才是自然选择的对象。罗森伯格因此预言:大多数动物会从上一代身上继承基本相同的微生物,亲缘关系较近的物种也会拥有亲缘关系较近的微生物。

这些观点得到了一些微生物学家的支持与拥护,美国范德比尔特大学的微生物生态学家塞思·波登斯坦也认为,在对生物进化的研究中,“应该研究使这个整体发挥功能的全部遗传信息才对。”波登斯坦的研究团队用抗生素“利福平”杀死了白蚁体内的某些微生物。他们发现,用过抗生素的白蚁产下的后代与未用抗生素的白蚁相比,数量要少得多。他们推测,原因应该是肠道菌X被抗生素破坏,从而降低了这类白蚁从食物中获取营养的能力。波登斯坦还发现,在金小蜂中,演化亲缘关系越近的蜂种,体内的微生物X落也更相似——这完全符合罗森伯格的预言。

这个理论对于传统达尔文物种进化而言具有颠覆性的冲击作用,也许整个理论也可能被修改,但是生物学界的大多数科学家依然对此持否定态度。

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英国牛津大学研究X体演化的安迪·加德纳就是反对者之一。他说:“我想说,大部分演化生物学家都会同意,(宿主与微生物之间)肯定存在大量合作,但它们之间也有冲突,微生物有时也会对宿主做一些不利的事情,因此我不太倾向于把它们纳入一个整合的生物体。”

罗森伯格坚持:动物有时候能够把后天获得的特征遗传下去,这个过程是可以用实验来验证的。罗森伯格与学生尝试重复了一项实验——改变果蝇的饮食,观察其后代是否会改变择偶标准。他发现,两代之后,以糖浆为食的果蝇不再选择以淀粉为食的果蝇为择偶对象,但使用“利福平”杀死果蝇的细菌后,“淀粉果蝇”与“糖浆果蝇”又能互相择偶了。这表明,微生物对宿主的繁殖和择偶非常重要。饮食变化导致肠道细菌的改变,进而影响了果蝇择偶的偏好,那么从理论上讲,这就有可能导致一个物种一分为二——出现新的物种,一般而言,生物学家把一X能够相互X产生后代的相似生物定义为一个物种。在生物进化历史及现实中,一条山脉,一座远离大陆的岛屿,彼此遥远距离的大陆,气候的变化,饮食习惯,都会导致新的X落出现。

对理查德·杰斐逊,罗森伯格等人同样持有质疑态度的有美国芝加哥大学的生物学家杰瑞·科因和美国纽约宾汉顿大学研究X体选择的戴维·斯隆·威尔逊。杰瑞·科因认为,几乎找不到任何内共生菌导致物种形成的例子,却能列出一大堆生物基因改变产生新物种的例证。戴维·斯隆·威尔逊也认为,就算真的证明共生微生物在新物种的形成过程中起着重要作用,那也不一定就支持把生物看成是“拥有全基因组的超有机体”这一观点——物种形成可能只是微生物操纵宿主而带来的副产物,并不是微生物和宿主为了共同利益一起演化的结果。

对于这些质疑,罗森伯格认为:现在甚至不知道大多数动物身上都有哪些微生物,更不用说理解它们在进化中所起的作用了。“我们以往倾向于把微生物与核基因分开对待,但我认为现在的一些研究证明微生物与核基因组同样重要。”波登斯坦说,“至少目前来看,复杂生命的‘共生’概念,还会在基础生物学和生物医学领域长久地存在下去。”

19世纪初,拉马克曾提出一套演化理论,认为生物能够把有生之年里获得的适应性特征传给后代。虽然达尔文也有过类似想法,但有一个阶段,这样的观点已经被X了。不过近几年在生物学上拉马克主义再次重新成为热门研究,而且获得性遗传更多的实验支持。事实上,在科学进化历史上,绝对性的东西一直不存在,很多观点是互相交叉的,有时候是阐述问题的习惯与角度不同,有时候是层次存在一些差别。

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总结:你的意识是500万亿微生命的集体代表

尽管自然选择解释了物种如何随时间变化,但对解释新物种最初如何产生这个问题上,达尔文的《物种起源》中也没有讲清楚。当然达尔文所在的那个年代科学环境与现代具有很大的不同。如果达尔文生活在现代,也许他的观点更加潮流,肯定会把更多的基因与微生物细节考虑进去,甚至达尔文会把量子特性,有机分子的因素考虑进生物进化中去。

基因X落构成生命遗传中心,在第八章我们已经阐述,除了基因之外,卵细胞环境,小RNA,甲基化,蛋白质等也具有遗传因素,在人类进化历史上我们不能忽视微生物X落的角色。人身体的微生物X是人体细胞的十倍,细菌扮演着重要作用,生物进化应该是生物整体与微观共同与环境作用的结果。

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在漫长几十亿年从量子到有机物质,从有机物到生命单细胞,从单细胞到多细胞,从简单多细胞生物到复杂多细胞生物,从复杂多细胞无脊椎到有脊椎人类的演化过程中。象本章第一节讲的细菌早已成为生命中的重要组成部分,象多形拟杆菌,幽门螺旋杆菌等不仅仅与生物体细胞共生,脆弱拟杆菌还与免疫系统共同抵抗病原体的侵略。象线粒体这种细菌也融入人体细胞,叶绿体这种细菌融入植物内部,它们成为生命能量的重要来源。

如果没有线粒体人类及动物无法转化食物的能量,也无法存活,如果没有叶绿体,植物无法生长也无法供应给动物界食物。病毒也会把自己的部分DNA镶嵌在人体细胞内的生物体基因里面。在个别动物身上,携带叶绿体的微生物细菌正与动物形成共生体,成为动物的一部分。而组成人体(生物)的细胞,不仅仅是体外能够在适度环境中自己复制,繁衍,生活,而在从单细胞向多细胞的演化过程中,生物体本身就是多细胞合作的结果。如果进一步探索,细胞中的DNA,蛋白质,也正是有机物质合作的成果,所以还有单独的蛋白质及RNA(DNA的前身)病毒,这些病毒在细胞体外表现的毫无生命迹象,但是一旦在细胞等微生物体内环境中,就会表现出生命的特征。

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从一种意义来讲,人体每个细胞含有平均百个以上的线粒体,如果线粒体看做单独细菌,那么人的细胞正是有机物质合作共生的结果。而事实上生物演化的逻辑也在于此。

而前面量子智慧一章已经论证,作为物质的微观组成部分,量子本身已经拥有记忆性,自我组织性,系统协调性三个特征,而无论是DNA,蛋白质,还是其他有机物质更具有了这种自我协调性,记忆性,与组织性(从蛋白质朊病毒与RNA类病毒及病毒研究总结)。

如何理解生命,理解人的意识之谜,我们必须应该知道,人不仅仅是代表的个体,而是一个500万亿生命体的集合,更微观说,人及生命是数万万亿量子的微观集合。是宇宙物质的天然体现。

说到细胞与细菌体之间的合作共生问题,其实,生命细胞之间何尝不是集团合作与共生的结果。人体细胞在体外能够单独复制、繁殖,说明其也可以作为单独生命体存在。传统观点认为,这种单独细胞生命体对于人来说好像毫无意义,因为单独细胞不是“人”的意识反映,似乎没有智慧。也许这就是传统逻辑错觉,或者是由人的直觉造成的,或者是人长期在文化与自我意识下的错觉。科学家们正从现代科学研究出发,探索微观生物及细胞之间的秘密及生命体本身的修饰、集团如何合作。

意识是如何进化而成的?生物如何从有机物质进化到细胞?如何从单细胞进化到多细胞?这本身一直是科学家重点研究的对象。本章从单细胞的性质、多细胞之间的内在联系、多细胞之间的自然合作受益及X菌的角度,呈现出多细胞的进化必然性及意识进化之谜。

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当然我们应该抛弃传统的偏见,把那些能够自我组装的有机分子,看作有感知、共同进化协调性、X体组织性的智能分子,那么生命起源的逻辑就简单得多了。

 

 

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