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主题:【原创】大学毕业后,我决定放弃基因分子生物学(上) -- 铁手

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家园 关于进化过程中大尺度事件的一些想法

之所以想到写这个东西,完全来自于还是不懂兄的下列话:

我个人的理解是:进化过程就像滔滔江水,绵绵不绝。从大尺度(scale) 来看,层流(laminar flow)始终存在,同时也存在小尺度的湍流(turbulence flow)。而这些看似尺度很小的湍流,却携带了大量的能量(energy),有的时候能够改变历史。但总的说来,能量是守恒的。

这些话代表了很多人的看法,也反映了目前学术界的一种观点。在单纯讨论这个观点之前,让我们先看一看进化的本质是什么。

那么进化的本质究竟是什么呢?很简单,就是编码的遗传信息被改变了。这种改变包括我们通常意义上的突变,即DNA或者RNA编码的改变,从而导致新物质的引入(突变导致的新蛋白,新RNA,新结构,新的调控方式,新的物质合成,新的信号通路的引入等等)同时也包括了遗传信息的缺失,重复,易位,新信息的引入,以及一切不同于原来事物的改变。

这些改变,造成了生物个体的一些新的性状,而这些性状,因为对于个体会造成了有利的或者不利的或者无所谓的改变,在特定的环境里,会对于此生物个体的遗传信息传递,(主要是指变异的遗传信息)造成或多或少的影响。从而进一步,影响这种改变扩散到整个种族里面的速度,进而影响这个种族在特定的环境中的生存和繁衍。以上的整个从遗传物质到种族生存的变化过程,我们称之为进化。

需要特别指出的是,遗传信息的改变完全是随机的。而外在环境则是定向的。一切的改变需要外在环境检验之后,才能得出是否对于该生物个体,以至于种族的生存繁衍有力的结论。那么我们自然可以得出结论,所谓的进化是完全处于环境的指导之下进行的。那么考虑进化的大尺度事件,就不得不考虑环境的因素。而且,这是首要的因素。

那么让我们来看一看地球从产生以来,环境的变迁。以生命出现为起点,地球环境的几个重要的变化包括:空气成分的改变,以氧气的产生,富集,并逐步被消耗为主要影响因素;大陆板块的漂移,产生不同的大气候,小气候,以及地理分割;大气温度的周期性改变;突发性事件,包括大陨石撞击地球,地磁改变,大规模火山爆发,造陆运动,等可以造成大规模灭绝产生的事件。

再来看一下生命的进化路线,在大尺度上,完全是遵循地球环境变化而来的。以氧气含量路线为例,因为空气中氧含量极低,早期的生物完全是厌氧的,从最早期的异养,到稍后些的光合自养。随着氧气含量的上升,好氧生物逐步增加。等氧气含量达到峰值的时候,甚至出现了许多极端好氧的生物,如体形超大昆虫。但随着氧含量的降低,这些极端好氧的生物逐步消亡或者演化成其他的生物。大气温度的周期性变化,则反映在动物的体形大小上面,温度越低,动物的体形越大,反之则相反。

所以,如果我们一定要给进化一个方向,那么我想,这个方向不可能有生物本身或者环境给出,而是由某些基本的规律所决定,比如说,热力学的第一第二和第三定律,耗散理论等等。这些规则决定了生物是向着更加复杂的方向在演化,就像滚滚长江奔流入海一样。虽然,有些回溯的浪花,但是大的方向是一定的。环境就像是江岸的形状,决定了水流的大尺度方向和形状,而湍流,则是突发性的事件,虽然体积,很小,但是有些时候却改变了历史。

有抄袭之嫌,莫怪,莫怪

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