氧气与军备竞赛

氧气在很多方面都有巨大贡献。以食物链为例分析，终极消费者捕食小动物，这些小动物又依次捕食昆虫等，这些昆虫又以树叶或菌类为食。这种捕食其他动物的捕食活动经过五六个环节就形成了复杂的食物链。食物链的每个环节都会产生能量损失。因为不论是哪种呼吸形式，效率都不可能达到100%。实际上，有氧呼吸效率约为40%，而活用铁、硫等物质的大部分其他呼吸形式效率都不到10%。也就是说，不进行有氧呼吸时，食物链经过两个环节，能量就只剩下最初投入的1%了。而与之相反，进行有氧呼吸时，要六个环节才能达到相同的地步。可以说，多亏有氧呼吸，食物链才得以延长。

捕食行为才出现不久，捕食者与被捕食者之间的进化性军备竞赛就开始了，导致躯体变大的趋势逐渐加强。坚硬的外壳与牙齿展开斗争，伪装术掩人耳目，躯体大小对追击者和被追击者都构成了威胁。一旦形成了捕食者与被捕食者的关系，不管是捕食的一方，还是被捕食的一方，躯体较原来都会变大——捕食者为了捕捉更大的猎物，被捕食者为了免于被捕。要想使躯体变大，必须要有支撑身体的结构。支撑动植物身体的最重要物质分别是木质素和胶原蛋白。木质素连接纤维素，形成既结实又柔软的木质部。胶原蛋白可以说是动物界的木质素。制造木质素与胶原蛋白需要大量氧气。氧气在大气中累积，合成木质素与胶原蛋白的同时，植物可以古木参天，动物可以茁壮成长。

光合作用可能是进化的偶然发明。但是，这项发明产生的副产物却可以改变世间万物。生命巧妙地调节和适应着氧气的浓度，创造出丰富的多样性。后面我们再来研究具备光合作用机能，使自己体型变大的植物是如何使地球变成绿色的。

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生物的大分类——三域六界

林奈是系统地将生物进行分类的科学家。林奈所生活的18世纪是一个各种发现层出不穷的时期。富有冒险精神的人跨越海洋，从新世界带回了各种珍贵的生物。人们给这些有生以来首次见到的动植物分别起了不同的名字。“长鼻子的家伙”“长鼻子和短尾巴”“愚笨的胖子”，这些都是对大象的称呼。将这些名字加以统一的人是林奈。就像给人起名字需要有名有姓一样，林奈给生物也起了姓名，并使用了西方通用的拉丁语。像写地址一样，“100号—36—天中路35号—江东区—首尔特别市—大韩民国”，他的后继者还完成了包含更广范围单位在内的“种—属—科—目—纲—门—界”分类体系。根据这一分类法，人可以这样被归类：“智人—人属—人科—灵长目—哺乳纲—脊索动物门—动物界”。

今天，林奈创造的分类法没有什么太大的变化，但分类的方式却变得更加精确了。以前是观察外观，模样相似的被归为一类，而今解剖学知识不断积累，人们开始根据内部构造区分种类了。随着古老的生物化石被发现，将动物的构造按照进化的顺序排列，我们会发现一种动物与另一种动物有某个共同祖先，从某个时候开始逐渐分化，据此可以画出生物的谱系。最近，利用基因分析可以掌握生物间具有多少共同的基因序列。共同的基因序列越多，就说明是越亲近的亲缘种。

比如，具有ABC基因的动物和具有ADE基因的动物，它们的共同祖先具有A基因。学者们通过这种分析总括了生命历史，绘制了所有生命的谱系图。这就是系统树，即生命之树。人类和黑猩猩的基因组有近99%类似，但它们是同一个祖先的不同分支。沿着生命之树向上回溯，就会遇见最初的共同祖先。

生命从最初的单细胞开始，形成了如今生物的三个域。细胞内无核膜，细胞器分隔不明的叫原核生物；用核膜将细胞器彼此分开的叫真核生物。原核生物分为细菌与古细菌（今称古核生物）两个独立的域。20世纪70年代，美国生物学家卡尔·乌斯根据对基因序列的研究提出，后两种生命是比人与蚂蚁的差异还要明显的两个不同的域。顾名思义，细菌就是普遍存在的细菌。大部分古细菌喜欢无氧环境，生活在极端环境中，因为会使人联想到地球初期的环境，所以称之为古细菌。生命被分为细菌、古细菌和真核生物三个域。人类、植物以及大多数动物都属于真核生物。虽然我们的肉眼看不到细菌与古细菌，但它们的种类、数量以及生活领域的广大简直超乎我们的想象。

细菌是具有细胞壁和一个环状DNA（脱氧核糖核酸）的单细胞生物。说它是给地球带来了最大变化的生物并不为过。属于细菌的蓝细菌就利用光合作用改变了世界。相反，真核生物就与细菌不同，它没有坚固的细胞壁，包裹细胞的是可以自由完成与外部物质交换的薄膜。它也有保存DNA的核。古细菌虽然是没有核膜的原核生物，但它有着与细菌不同的细胞壁，并且从复杂程度来看，它是更接近于真核生物的单细胞生物。真核生物中虽然有像草履虫、变形虫那样始终是单细胞生物（原生生物）的生命，但在距今约15亿年前，一部分真核生物进化成了群居的单细胞生物，并且体型开始变大。从这里诞生了三个系统，即植物、真菌和动物。

植物不会移动，只在固定的场所生长，利用阳光、水、二氧化碳，生产糖，并释放作为副产物的氧气。因霉菌而为人所知的真菌，体内细长的线，即菌丝彼此缠绕纠结，形成像蘑菇和苔藓一样更大的躯干。至今人们还不清楚真菌是如何形成这样的躯干的。观察真菌的基因序列可以发现，比起植物，它属于更接近于动物的微生物。而且，从细胞的角度来看，它进行的是一种特殊的有性生殖。它们将死亡生物的身体分解，使其可以作为养分被其他生物吸收，既是大自然的清道夫，也是分解者，但不具有什么活动性。最后，动物靠自己的力量移动，以植物或其他动物为食。

就这样，生物分为细菌域、古细菌域和真核生物域，真核生物又分为原生生物界、菌界、植物界、动物界，再加上细菌界、古细菌界，如此分为“三域六界”。

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生命的种子不会来自地球之外吗？

关于生命起源的另一种主张是近来提出的有生源说。它主张的是生命的种子从外星落向地球，形成了生命体。有生源说的起源可以追溯到古代哲学家阿那克萨戈拉。“panspermia”中“pan”的意思是“all”（各处），“spermia”的意思是“seed”（种子）。也就是说，生命的种子如同蘑菇的孢子散落于宇宙各处，只要遇到合适的环境，宇宙中哪里都可以出现生命。这与“地球是宇宙中唯一存在生命的特殊存在”这一观点截然不同。

直到获得诺贝尔化学奖的瑞典化学家阿伦尼乌斯提出，地球之外的生命种子飞向地球，成为生命的起源。这一理论的提出成为科学界真正对有生源说展开讨论的开始。之后发现DNA分子结构的弗朗西斯·克里克说明了生命体不可能在地球自发产生的理由，并进一步阐释了外星的高智商存在将孢子带来地球的假说。乍一听像是科幻小说一样的有生源说很难得到科学的验证，很多人批判它只是建立在假设基础上的主张。但最近宇宙生物学领域开发了新的研究方法，有重大意义的成果大量涌现，有生源说也一跃成为有关生命起源学说的不可忽视的主张。

科学家调查了坠落在地球表面的陨石，发现了各种蛋白质分子。从月球带回来的月岩以及彗星碎片也是一样，它们与米勒的实验中生成的蛋白质基础物质相似。在宇宙恶劣的环境中仍然没有分解的生命基础物质可能是通过陨石和彗星到达地球的。

有没有可能是生命体自己从宇宙的某个地方掉落到地球的呢？某些细菌和古细菌在我们无法想象的恶劣环境中仍然可以存活下来。美国国家航空航天局发现在月球上设置的望远镜表面偶然沾到了细菌，它们在几百摄氏度的温差以及致命的紫外线中仍然能存活。2008年，欧洲航天局进行了一项实验。他们将细菌、各种种子、地衣类和藻类的样本附着在空间站外部，并放置18个月。它们真的可以存活下来吗？令人惊奇的是，生命是坚不可摧的，地衣类活了下来。地衣类在宇宙恶劣的温差和太阳紫外线无情的攻击下，仍旧展现了顽强的生命力。那么动物呢？2007年9月，欧洲航天局将两种叫作“水熊”的小型微生物送往空间站，在太空中暴露了10天。水熊也在恶劣的宇宙环境中存活了下来。

提出有生源说的另一个理由是相对于生命的出现，地球显得还太年轻。据估计，最初的生命出现于约38亿年前。但是，从距今46亿年前地球诞生到39亿年前，地球一直经受着无数陨石的袭击。而且直到那时，地球表面还是一片滚烫的熔岩海。如果说在慢慢冷却的地球表面，降水后地势低洼的地方形成了海洋，为生命的产生提供了基地的话，那么生命最终是在39亿年前到38亿年前诞生的。从非生物到生物诞生的伟大历史上，最为宏伟的大事件之一却是在短短1亿年内发生的？现在很多科学家普遍认同，这种可能性微乎其微。我们真的起源于宇宙吗？