不可逆结构——论自然和人类社会的进化（上卷）（55）

十一、生命的萌发（2）

生命结构是在适应环境的过程中产生的，在面对环境挑战的过程中进化的，它会利用周围可以利用的一切条件。其中，地球表面含量非常丰富的液态和气态物质是生命可以直接利用的资源，而有些含量丰富的元素却因为它们的化合物过于稳定而难以被利用。虽然生命结构是挑战自然环境的成果，但是它们对环境的适应能力是有一定限度的，因此适合生命进化的自然环境不能过于严酷，需要与生命结构的稳定性和灵活性相适应。如果自然环境出现了一些极端的状况，生命结构就会受到严重地威胁，结构不完善、适应性差的生命形态就会消失了。在生命进化的漫长路途中充满了无数的风险和挑战，一不小心就会成为环境变化的牺牲品。生命进化的过程就是在饥饿、高温、干燥等不利因素的压迫下，不断地尝试着各种有效的生存方式，通过变异、繁衍以及死亡作出一定的调整和改变，发现更具优势的生命形态，抵抗未来可能出现的更恶劣环境的打击。生命结构的适应性变化是迫不得已的“自我革命”行为，它最终成为了生命的一种本能。面对生存的挑战，生命的抗争一直持续着，而且没有一劳永逸的解决办法，只有努力去适应。因此，生命会时常感受到压力带来的痛苦，但同时也会产生应对挑战的激情。

碳分子同氢、氧、氮、硫等分子通过化学键的形式结合在一起，形成了各种组合的有机分子。有机分子如果要建立稳定的大分子结构，就需要经过非常多的尝试，其中只有一部分方式能产生较稳定的有机化合物。有机化合物都是含碳的化合物，同时还有含碳的无机化合物，碳元素的地位具有几乎不可替代的作用。因为碳原子结构的独特性，使它可以与多种原子尝试不同的组合方式，从而成为组成有机物和生命体的基本物质。有机物数目众多，可达几千万种，而无机物却只发现数十万种。因为碳原子的结合能力非常强，可以互相结合成碳链或碳环，其中碳原子数量可以是一、两个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物（聚合物）甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象（化合物具有相同的分子式而有不同的原子排列）非常普遍，这也是有机化合物数目繁多的原因之一。虽然有机分子没有一种规范的形态，但科学研究发现，具有高度对称性的有机分子具有致密性高、稳定性强、张力能大等特点。有机化合物大多能燃烧，它们的热稳定性比较差，受热容易分解，同时熔点较低。它们大多不溶于水，分子间的反应往往需要一定的活化能和催化剂。它们的反应方式比较复杂，在同样的条件下，一个化合物往往可以同时进行几个不同的反应，生成不同的反应物。可以说，有机化合物的结构反映了不可逆结构的多样性、不稳定性以及对环境条件要求更高等特点，它们是物质结构向更高级别演化的基本材料。

有机分子没有选择类似星系的“核心结构”，而是选择了更开放的“平行结构”。也许是因为“平行结构”更容易组合，具有更高的灵活性。再有，分子之间的相互作用依靠的是电磁力，其强度远不如强核力，无法构建像原子一样稳固的“核心结构”，因而就“因地制宜”地采用平行的方式。虽然“平行结构”的稳定性较差，但它所具有的灵活性、复杂性是“核心结构”不能替代的。假如所有的大分子都采用“核心结构”来构造，就不会出现如此丰富多彩的世界，也很难出现生命的迹象。在“平行结构”中，碳原子间接地承担了类似核心的作用，以碳原子作为重要连接点形成了许多碳化合物。它们的优点是自由度大、灵活性高，能够产生多样化的结构。即使有机分子发生局部的分子链断裂，也不会破坏其它分子链，断裂的有机分子链仍然能够与其它分子继续发生反应。显然，两种结构各有所长，它们在自然界中相互补充、扬长避短，以达到某种平衡的状态。

科学家在格陵兰岛发现的一组由蓝细菌等微生物黏结堆砌而成的化石，它们可以追溯到约37亿年前；而在澳大利亚北部发现的距今35亿年丝状细菌和蓝藻的纤维状化石痕迹则是人类能够在地球最古老的岩石中找到的最早的生命证据。蓝藻是一种原始的单细胞藻，这些古老的生物至今仍然在地球上生存，经历如此漫长岁月始终不曾改变过。当时，古老的蓝细菌很可能在阳光普照的海面上大量繁殖，它们以阳光作为能量来源，制造出生长所需的食物和蛋白质。随着时间推移，这些微小的生物形成了一种被称为“叠层石”的蘑菇状菌群。直到20亿年以前，低等微生物始终是地球上唯一的生物。这些微生物吸收二氧化碳，并使得早期大气层中的氧气含量逐渐增多。几百万年后，大气层中的氧气含量已经增加到足以维持随后出现的所有的生命形式，而不断出现的新生物也为更多物种的出现创造了更稳定的条件。

这些单细胞藻类发明了一种新的获取能量的方式，因此孕育了一种独一无二的生命形式——自养生物。当最早的细胞正忙着在海洋中捕获有机分子时，它们排出的气体也“污染”了大气，而这些更高级的单细胞藻类则学会了从这些污染物中获取能量。能量不是得自于所消耗的气体，而是众所周知的太阳，这个发明就是“光合作用”。光合作用给藻类带来了很大的优势，因为新的细胞只需要无机物质就能够生存了。在很长一段时间以后，自养生物不仅变成了很多种类的细菌，而且还变成了如今遍布地球表面的植物。今天，全球通过光合作用所生成的氧气，一半都是由单细胞海洋浮游生物完成的，这些生物生活在海洋的表面，那里有足够的阳光渗透进来为它们提供能量。

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