传阅：生命三问
袁越
生命是如何进化出来的？
待在家里，大家除了看剧听歌就是吃吃喝喝吧？你想不想动动脑筋消耗一下多余的卡路里？那就腾出一点时间，跟我一起去探索和生命有关的3个基本问题吧。
今天先来探讨第一个问题：生命是如何进化出来的。
01
也许有人会说，生命是上帝制造出来的。这个想法很容易理解，因为起码到目前为止，地球上所有的活物都是从活物繁殖而来的，科学家们没有观察到任何一个活物在没有其他活物存在的状态下从一堆死物当中自发地产生，所以不少人只能借助“上帝”（或者某种神秘的“第一推动力”）去理解生命的起源。
还有人相信，地球上的生命来自外太空，通过陨石传播到了地球上。但一来这个说法并无充分的科学根据，二来即使这个解释是正确的，我们仍然可以追问一句：那么外太空的生命又是从哪里来的呢？所以这个解释和宗教没有本质的区别，相当于绕了一圈又回到了原点。
因此，对于我们这些无神论者来说，必须得想办法以地球为基础，从原理上解释生命到底是如何从无到有地进化出来的。
这是地球人所面临的最重要的科学问题，没有之一。
在进行科研之前，首先必须找到合适的工具。生命起源问题涉及到遥远的古代历史，我们有两个常用的研究工具可供选择：一是化石考古，二是DNA分析。
通过前者我们知道，地球生命大致起源于40亿年前，当然这个数值的误差有好几个亿，但数量级应该是正确的。考虑到地球本身诞生于45亿年前，这个结果说明地球诞生之后不久就有生命了。
通过后者我们知道，地球上现存的所有生命都来自同一个祖先，科学家们称之为“卢卡”（Last Universal Common Ancestor，LUCA）。这是因为所有现存生命都共用同一套遗传密码，其基本的代谢模式也都是一样的。如果地球生命有多种起源，那就很难解释这个现象。
从科学史上看，达尔文应该是第一个对生命起源问题作出正确猜测的人。他在构思《物种起源》这本书时曾经在纸上画了一棵“生命树”，暗示所有物种都源自同一个祖先。他还猜测生命的共同祖先应该起源于一个“温暖的小池塘”，考虑到那时的达尔文连DNA是什么都不知道，他的这个猜测真的是领先同时代的人好多年。
可惜的是，无论是化石考古还是DNA分析都有很大的局限性，前者只能帮助我们研究那些有可能留下化石证据的生命，这样的生命只占全部生命的很小一部分。后者最多也只能帮助我们追溯到几亿年前，因为DNA的遗传模式存在一定的不确定性，再往前推的话，不确定性就太大了，大到根本无法得出任何有意义的结论。
既然如此，有没有可能在实验室里重复生命起源的初始过程呢？来自芝加哥大学的斯坦利·米勒（Stanley Miller）和哈罗德·尤里（Harold Urey）真的这么做了。两人于1953年在几只玻璃瓶里注入了甲烷、氨气、氢气和水，然后用电极制造人工闪电，模仿生命出现之前的地球环境。一个星期之后，玻璃瓶里检测出了单糖、脂类和氨基酸等有机化合物，说明有机物完全可以在地球环境中自发产生，不需要借助上帝之手。
可惜的是，后来的研究表明地球早年间的大气成分和米勒-尤里实验的初始条件并不相同，那项实验很可能是错误的。
即使那个实验是正确的，从简单的有机物到复杂生命之间还隔着一条巨大的鸿沟，仅凭这类简单的玻璃瓶实验是无法跨越的。退一万步讲，即使两人在玻璃瓶里发现了原始生命，也不能证明地球生命就是这样进化出来的，这个问题必须通过一些基本的自然法则去倒推，才有可能得出可靠的结论。
下面，我们就从一些生命的基本法则开始倒推，看看我们到底能得出怎样的结论。
02
首先，让我们来定义一下什么是生命。
这个问题在宏观世界里非常简单，任何一个心智正常的成年人都能用肉眼区分出哪个东西是“活”的，哪个东西是“死”的。但在微观世界里，这样的区分就不太容易做到了，甚至连生物学家都不一定够格，必须请出化学家甚至物理学家，用更加基本的自然法则加以区分。
1943年，奥地利物理学家埃尔文·薛定谔（Erwin Schrödinger）出版了一本名为《生命是什么》的小册子，首次从物理学的角度定义了生命。在他看来，生命最本质的特征就是它会从外部世界吸收“负熵”，用来对抗熵增的趋势，并把这个本事传递下去。
熵（Entropy）可以简单地理解为“衡量系统有序度”的物理量，一个系统越有序，熵值就越低。热力学第二定律规定，一个封闭系统的熵值一定会越来越大，所以该定律又名熵增定律。这是宇宙的最高原则之一，没有例外。
换句话说，任何封闭系统一定会变得越来越无序。我们的宇宙可以看做是一个巨大的封闭系统，所以总有一天宇宙会成为一个均匀的死寂状态，不再有任何有趣的事情发生。
生命显然是一个非常有序的东西，所以生命必须时时刻刻从外部吸收负熵（包括有序的物质营养和能量），并排出正熵（包括有形的废物和无形的热量），这个过程就叫做“新陈代谢”。这是我们定义“生命”和“非生命”的最高标准，有新陈代谢的才叫生命，反之都是死物。
按照这个标准，病毒不是完整的生命，只是生命的一种附属品而已。
如果把生命单独拎出来考察，它似乎是熵增原理的一个局部悖论。但如果把生命和它所处的环境当成一个整体来看待，那么生命的出现反而会加快这个整体的熵增速度，这是由反应动力学（Kinetics）所决定的。
举例来说，氧气和氢气不起反应地混在一起时的熵值较低，两者发生化学反应后变成水，熵值显著增加。按照熵增原理（或者更准确地说是热力学原理，Thermodynamics），两者应该会发生反应，但是反应动力学决定了两者之间的化学反应并不会自然发生，而是需要某些先决条件，比如高温或者电火花等等。如果这些条件不具备，两者甚至永远都不会反应，熵值始终增不上去。
从热力学的角度来分析，生命就是大自然进化出来的一种降低化学反应条件的东西（比如生物酶就是干这个的）。于是，在有生命的地方，很多原本不会发生的化学反应都能发生了，导致整体的熵增速度增加了。而生命则利用了这些生化反应所释放出来的能量，完成了自己的生长和繁殖，进而去催化更多的化学反应，这就是生命的热力学定义。
换句话说，生命本身看似违反了熵增定律，但如果把生命和其所处的环境合在一起来考虑的话，生命的出现反而是最符合熵增定律的一种自然现象。
写到这里必须补充一句：如果较真的话，前文那个关于熵的定义并不准确。比如你在一碗水中混入一些脂类分子，后者并不会均匀地分布到所有地方，而是会聚集成团。这个状态看似比均匀分布更有序，但却是熵值更高的一种状态，所以熵其实描述的是组成系统的微小颗粒们的行为概率。
某些情况下这些微小颗粒会自发地处于某种有序状态，这个现象叫做“自组织行为”。这里面的细节比较复杂，在此不做进一步讨论。但这个差别在讨论生命起源时非常重要，因为生命的三要素之一“细胞膜”完全是可以在地球的“原始汤”中自发形成的，不需要借助任何外力。
生命的另外两个要素就是新陈代谢和遗传。1953年发生的另一件大事把遗传的重要性上升到前所未有的高度，这就是DNA双螺旋结构的发现。从那时开始，生物学研究就被DNA垄断了，导致很多人忽略了一点，那就是生命一刻也离不开能量，所以能量才是研究生命起源的关键所在。
03
科学家们很早就知道，地球上所有的生命活动都是依靠ATP分子来提供能量的，没有例外。有人将ATP比作生物界的钞票，但更准确的比喻是充电电池。ATP是充满电的状态，其携带的能量被用掉之后就会变为ADP，后者被运到“充电站”，加上一个磷酸基团，再次成为ATP。
每一个活着的人类细胞每分钟大约需要消耗1000万个ATP分子，这样算下来，一个人每天用掉的ATP分子大约和这个人的体重相当。但其实人体内的ATP分子总量只有大约60克，只不过它们平均每分钟充电两次，重复使用率极高。
从能量的角度来看，一个体重65公斤的人每天的能量消耗大致相当于一枚130瓦的灯泡，这个数字看上去似乎很低，但如果按照单位重量所释放的能量来计算，人比太阳高一万倍。如果你是熵的话，你肯定会非常高兴地看到生命被进化出来了，因为这将更好地满足你想要“增加”的欲望。
虽然ATP分子很早就被发现了，但其充电方式却一直是个谜。大多数科学家都认为细胞很可能是借助某种简单的氧化还原反应来为ATP充电的，因为食物就是通过氧化还原反应为我们提供能量的，这么做显然效率最高。但是，英国生化学家皮特·米切尔（Peter Mitchell）发现事实并非如此，ATP分子竟然是靠细胞膜两侧的电压差来充电的。
具体来说，细胞膜两边的质子（Proton）浓度存在差异，外高内低，细胞膜是半通透的，质子从浓度高的一侧向浓度低的一侧移动，这就形成了一股电流。ATP合成酶是一种跨膜蛋白，它正是利用了这股电流所提供的能量，将ADP变为ATP，每10个质子通过膜时产生的能量可以用来生产3个ATP分子。
为了维持细胞膜两侧的质子浓度差异，细胞需要进食，吃进来的食物通过氧化还原反应，把细胞内越积越多的质子再一个个泵出去，以此来维持电压差。
米切尔早在1961年就在《自然》（Nature）杂志上发表了第一篇关于这件事的论文，大家看得一头雾水，因为这个理论听上去太反常识了，人们不相信生命竟然会用如此之笨的办法来为细胞活动提供能量。
与此相反的是DNA双螺旋，那篇论文一经发表立刻引起轰动，因为大家只要看上一眼，立刻就能明白DNA为什么必须是这样的，那个双螺旋模型实在是太符合理论预期了。
英国伦敦大学学院的生化学家尼克·莱恩（Nick Lane）甚至认为，这是继达尔文的进化论之后人类所发现的最最反常识的事情。
莱恩教授于2015年出版了一本书，标题叫做《至关重要的问题：为什么生命会如此？》（The Vital Questions：Why Is Life The Way It Is?）。在这本书中，莱恩详细描述了米切尔那篇论文发表后发生的事情，生命诞生的奥秘和米切尔的发现有着密切的关系。
04
虽然米切尔获得了1978年的诺贝尔化学奖，但他的这项发现始终让很多人感到费解。不过，在另一些人看来，生命之所以采取了这种奇怪的方式生产ATP，只能说明一个问题，那就是地球上最早的那个生命就是用的这个方法。要知道，能量供应对于生命而言实在是太重要了，一刻也不能停，所以此后的所有生命形式只能继续沿用这一方式，没有任何试错的余地，也就无法进化出更合理或者更高效的方法。
换句话说，地球生命很可能起源于一个具有天然质子浓度梯度的地方。
1970年代，潜水员们在太平洋上的加拉帕戈斯群岛（Galapagos，就是达尔文想出进化论的那个群岛）附近的海底发现了第一个“热液喷口”（Hydrothermal Vent，也有人翻译成深海热泉），这里的地壳比较薄，海水渗入地下，被岩浆加热后重新喷出海底，析出的金属和岩石成分不断堆积，形成了一座类似烟囱的结构，上面不断喷出黑色的气泡（Black Smoke）。
最令人惊讶的还不是这些“黑烟囱”本身，而是烟囱周围的漆黑海域竟然是一个生物多样性热点，潜水员们在这里发现了大量奇特的生物，绝大多数都是地球上其他地方没有的新物种。它们从海底喷出的各种气体中获得能量，并依靠这些能量合成出了各式各样的有机化合物。
米切尔的论文发表后，一位名叫根特·瓦特豪瑟（Günter Wächtershäuser）的德国化学家受此启发，首次提出这些喷口很可能就是生命的起源地，因为这里具备天然的质子浓度梯度。但是，这些黑色热液喷口的温度太高了，生命是没办法直接从这里诞生的，再加上其他一些技术原因，这个理论遭到了很多人的怀疑，没有流行开来。
1988年，一位名叫麦克尔·拉塞尔（Michael Russell）的美国地质学家在《自然》杂志上发表了一篇简短的读者来信，首次提出“碱性热液喷口”（Alkaline Hydrothermal Vent）才是真正的生命发源地。这类喷口不是海水和岩浆直接作用而成的，而是海水和地幔作用后的产物，其温度远较黑色热液喷口为低，更有可能诞生生命。
拉塞尔最初是在一块距今已有3.5亿年的化石里发现这种结构的，他正确地猜出了这种结构的来源，并根据自己掌握的生物学知识，提出这种喷口最有可能是生命的发源地。
那篇读者来信发表后，也并没有引起太多人的重视。但一位名叫威廉·马丁（William Martin）的美国生化学家读到了这篇论文，深受启发，立刻运用自己扎实的生化基础知识，整理出了一套完整的化学反应方程式，为这套理论补充了大部分细节。
2000年，一群潜水员首次在大西洋中脊附近发现了一大群活跃的碱性热液喷口，它们状如烟囱，因此被命名为“失落之城”（Lost City）。实地考察证明拉塞尔的预言是正确的，这种喷口的确是由海水和炽热的岩石直接作用而成，所以从烟囱里喷出的气泡呈白色，温度大致在60°C-90°C之间。
此后，拉塞尔、马丁和莱恩等人对“失落之城”的碱性热液喷口进行了细致的研究和分析，终于提出了一个近乎完美的理论，揭示了生命诞生的奥秘。
05
下面关于生命诞生过程的叙述大都来自前面提到的莱恩的那本划时代的著作。据说比尔·盖茨读完这本书后立刻出钱把远在英国的莱恩请到自己的办公室，当面向其请教，由此可见盖茨老师是多么地服气。
莱恩则把主要功劳归于皮特·米切尔，认为自己书中涉及到的大部分理论都来自米切尔那充满洞见的发现。按照莱恩的说法，米切尔是少数几个具有大局观的科学家，他意识到生命和其所处的环境是密不可分的，两者必须结合起来加以研究。
米切尔提出的ATP合成理论颠覆了传统的“试管化学”研究范式，旧的范式把化学试剂一股脑地扔进试管，让它们相互反应，这样的化学反应是没有方向性的。只有米切尔意识到生命和周围环境之间是隔着一层膜的，两者之间的化学反应是有方向性的。最终证明他的这个思路是正确的，生命是一种有方向性的化学过程。
关于生命起源的解释，全都仰仗着这一洞见。
书中的这部分叙述相当复杂，我们只能简单地加以概括。在碱性热液喷口处，下沉的海水遇到炽热的地幔后，在铁和镁等金属元素的催化下释放出了大量的氢气。地球诞生初期的海水则因富含二氧化碳而呈酸性。于是，富含氢气的碱性热液顺着海底烟囱内部状如海绵的细小孔径一路向上，和周围酸性的海水形成了一个连绵不断的天然质子浓度梯度，为烟囱内的微环境提供了一个不间断的电源。
烟囱本身富含铁和硫，两者结合在一起后就变成了一种很好的催化剂。二氧化碳、氢气和水在硫化铁催化剂的作用下，利用质子梯度产生的源源不断的能量，合成出了蛋白质、脂肪酸和碳水化合物等组成生命的基本物质，并逐渐堆满了烟囱内的所有微空间，原始的新陈代谢就是在这种环境下开始启动的，这是一个有方向性的化学反应。
值得一提的是，除了质子浓度梯度之外，还有一个原始性状被保留了下来，这就是催化剂。绝大部分新陈代谢所需的最重要的酶的核心结构都是在蛋白质外壳包裹下的硫化铁，后者正是这些酶的催化反应中心，这说明新陈代谢所需的催化剂一直就是硫化铁，只不过现在以酶的形式存在而已。
所有新陈代谢都需要的ATP分子很可能就是在这一时期被进化出来的，而且最早的ATP分子的充电方式就是碱性热液喷口和周围海水之间的质子浓度差，这同样是一个有方向性的化学反应。
由于前文所说的原因，细胞膜是有可能在天然环境下自发产生的，于是一些脂肪酸自发聚集在一起，形成了细胞膜，代替了岩石缝隙所起到的隔离作用，成为细胞微环境和海洋大环境之间的分界，质子梯度则继续为细胞膜两侧提供电压差。
之后，某些进化出质子泵的微环境逐渐脱离海底烟囱的束缚，释放到海洋中，它们就是原始细胞的雏形。因为这些质子泵的存在，这些原始细胞不再需要海底热液了，它们可以从环境中吸收有机物作为燃料，自己为自己构建质子浓度梯度，继续为ATP充电。
第一个原始细胞“卢卡”就这样诞生了。
结语
至于DNA的起源，目前还没有特别完美的解释，但大家倾向于认为，最早的遗传物质是RNA，它既可以负责为蛋白质编码，又可以担任酶的角色，自己复制自己。就这样，生命又进化出了基本的遗传结构，可以把大自然的创新记录下来并传播下去。
一旦进化出了遗传机制，达尔文的进化论便登场了。后来发生的事情几乎全都可以用进化论来解释，只有一件事例外，那就是线粒体的诞生。
而这，就是我明天要讲的内容。
为什么要有性？
前天我们讨论了地球生命是如何在40亿年前从无到有地进化出来的【生命三问（上）：生命是如何进化出来的？】，今天我们再讨论一个很重要的问题，那就是这个世界上为什么要有性？各位喜欢琢磨事儿的朋友请上车，跟我一起探讨一下这个严肃的话题。
01
想象一下，如果一个物种全部采用无性繁殖，其中的每个个体都能独自生育后代，无需再浪费时间和精力去寻找配偶，其繁殖效率肯定会大大提高，而且也不会得性病了。除此之外，一旦这个种群中的某个个体进化出了某种生存优势，比如一群短颈鹿中突然出现了一头长颈鹿，那么它也无需和另一头短颈鹿合作生子，导致生下的后代脖子长度减半，那该有多好啊！
事实上，有一大类生物就是这样的，这就是原核生物（Prokaryotes）。目前已知的所有原核生物可以分成两大类，一类叫做细菌（Bacteria），另一类叫做古细菌（Archaea），两者在细胞膜结构和蛋白质合成方式等关键部分存在差异，可以看成是两类完全不同的生物。
虽然存在很多根本差异，但细菌和古细菌都是没有性的，它们全都可以独立完成繁殖任务。与之相反，所有真核生物（Eukaryotes）都是有性的，即使它们当中的一部分物种（比如酵母菌和部分植物）仍然具备无性繁殖的能力，但它们肯定会在其生命周期的某个阶段进行有性生殖，没有例外。
换句话说，性这东西是和真核生物一起出现的。要想解释这个世界上为什么会有性，那就必须首先了解一下真核生物是如何进化出来的，它们和原核生物的差别究竟在哪里。
考古证据显示，第一个真核细胞是在20亿年前才出现的，这说明原核生物统治了地球长达20亿年之久。假如那段时间有个外星人造访地球，他必须用显微镜才能看到地球生命的样子。
和生命一样，真核生物也只进化出来一次，因为今天所有真核生物的细胞结构都是差不多的，其新陈代谢的基本模式也都非常相似，说明它们全都是第一个真核细胞的后代。
那么问题来了：专家们不是都说进化的力量很强大吗？为什么原核生物用了20亿年还没有进化成真核生物呢？关于这个千古之谜，科学家们讨论了很多年都没有答案，直到美国生物学家琳·马古利斯（Lynn Margulis）于1960年代提出了线粒体内共生学说，这个问题才终于有了靠谱的解释。
02
在详细介绍这个假说之前，让我们先来看看原核生物在进化的过程中遇到了哪些无法克服的困难。
前天那篇文章里说过，所有生命活动都是用ATP来供能的，没有例外。而ATP是靠跨膜电位差生产出来的，因此ATP的产量和细胞膜的总面积成正比。我们可以简单地把ATP想象成太阳能发电，电池板的效率其实都差不多，所以决定太阳能电厂总发电量的最大因素就是电池板的总面积。
众所周知，一个球体的表面积是直径的平方，体积是直径的立方，所以当细胞变得越来越大时，单位体积所能分到的表面积就会越来越少，导致细胞被饿死。所以原核细胞都非常小，平均体积是真核细胞的1.5万分之一。
除此之外，原核细胞的基因组也很小，最大的细菌基因组也只有1200万个碱基对（ATGC），其中包含大约5000个基因。相比之下，人类细胞的基因组有30亿个碱基对，包含两万多个基因。目前已知最大的真核细胞基因组含有超过100亿个碱基对，基因数量至少有数万个。
换句话说，ATP生产方式决定了原核细胞无法克服能量供应不足的短板，导致原核细胞的结构一直非常简单，即使进化了20亿年也复杂不起来。这个困难最终被真核细胞以一种非常巧妙的方式克服了，这就是线粒体（Mitochondria）。
线粒体是真核细胞内的一种微型细胞器，专门为真核细胞生产ATP。这个生产过程仍然需要用到跨膜电位差，因此线粒体所产生的能量同样是和线粒体内膜的总面积成正比的。但因为每个细胞内都含有成百上千个线粒体，线粒体内膜也是充满了皱褶，这就大大增加了内膜的总面积，产生的能量要比仅靠细胞膜产生能量的原核生物多得多。
据统计，人体所有细胞内的线粒体内膜表面积加起来约有1.4万平方米之多，大致相当于4个足球场那么大！
英国生化学家尼克·莱恩在他那本划时代的著作《至关重要的问题：为什么生命会如此？》（The Vital Questions：Why Is Life The Way It Is?）中指出，真核细胞和原核细胞最本质的区别就是前者摆脱了能量束缚，导致平均每个基因所能分到的能量是后者的1200多倍！这些多出来的能量大都用于合成蛋白质了，所以真核细胞的内部结构要比原核细胞丰富得多，这才有可能进化出复杂的多细胞生物，包括我们人类。
03
那么，如此重要的线粒体究竟是如何进化出来的呢？此前科学家们想出过很多解释，大都基于渐变的经典达尔文理论。但马古利斯提出了一个大胆假说，认为线粒体的前身是一个被大细菌吞进去的小细菌，两者产生了内共生关系（Endosymbiosis），小细菌逐渐演变成线粒体，为大细菌宿主提供能量。
马古利斯的假说曾经遭到过学术界的集体嘲笑，但越来越多的证据表明她是对的。比如前文提到过的那个美国生化学家威廉·马丁（William Martin）就提出了一个氢气假说（Hydrogen Hypothesis），完善了很多细节。马丁认为第一个真核细胞是由一个古细菌吞噬了一个细菌而产生的，那个古细菌是依靠氢气生活的，而它吞进去的细菌能够生产氢气，正好为宿主提供了最需要的养料，于是双方共存了下来。
类似这样的事情极其罕见，原核细胞诞生之后的20亿年里只发生过两次，第一次产生了线粒体，导致了真核细胞的诞生。第二次产生了叶绿体，揭开了大规模光合作用的序幕。线粒体和叶绿体的起源问题曾经是古典达尔文主义者的噩梦，但如果将其看成是两次偶发的内共生事件，那么它们的出现就很容易解释了。
自从生命有了线粒体之后，接下来的每一步变化都可以按照经典达尔文主义加以解释。下面就让我们按照达尔文进化论的原理进行一些简单的推理，看看当两个细菌共生之后都会发生些什么。
首先，被吞进去的那个细菌的DNA会大量丢失，其碎片会被随机地整合进宿主的基因组中。一方面，细菌经常通过这种方式和其他细菌交换DNA，这在生物学术语里被称为“基因水平转移”（Horizontal Gene Transfer）。另一方面，这么做可以节约能量。你想，一个细胞内含有成百上千个线粒体，这些线粒体还要不断更新，如果每次更新都必须把整个基因组复制一遍，那就太浪费了，不如让宿主细胞统一负责，效率要高得多。
其次，细菌基因碎片的整合过程是随机发生的，这就导致宿主的基因组被这些小碎片弄得支离破碎，这些小碎片就是曾经让遗传学家们百思不得其解的内含子（Intron）。这个概念解释起来稍嫌繁琐，感兴趣的读者可以去找任何一本遗传学教科书来读一读。不想费事的朋友只需明白一点就够了：真核生物的基因组其实是一团乱麻，几乎每个基因都不完整，中间被插入了若干个毫无用处的基因片段。仅从这一点就可以知道，生命不可能是被上帝设计出来的，如果真是这样的话，这个上帝也太邋遢了。
内含子的存在造成了一个严重的后果，那就是当真核基因转录成信使RNA时，必须先将内含子片段切除掉，才能送到核糖体（Ribosome，蛋白质的合成机器）中，成为蛋白质合成的模板。这个切除过程需要非常精细的控制，所以速度要比RNA转录过程慢很多，一不小心就会把还没有切好的半成品送到核糖体，合成出来一大堆没用的蛋白质。所以宿主细胞进化出了细胞核，把信使RNA的剪切过程放在细胞核内进行，和核膜外的核糖体分隔开，真核细胞这个名字就是这么来的。
换句话说，真核生物之所以进化出了细胞核，其本意并不是为了保护基因组，而是为了保护细胞质中的核糖体，避免让它们做无用功。但是，一旦进化出了细胞核之后，真核细胞的基因组就被间接地保护了起来。而性，就是在此之后出现的一个必然结果。
04
终于要说到正题了。不过大家请相信，本文之所以要用这么大篇幅讲述性之前发生的故事，是因为这些故事都是有用的。
在讲述真核生物的性起源之前，让我们先来看看原核生物们都是怎么繁殖的。
原核生物的基因组不像真核生物那样被分成了若干条线状的染色体，而是一整条圆形的闭环。环上的基因并没有老老实实地待着不动，而是一直在进行前文所说的“基因水平转移”，即每个基因都可以自由地在不同细胞之间流动，原核生物就是依靠这个办法来增加基因多样性的。
举个例子：单个大肠杆菌的基因组里只含有大约4000个基因，但整个大肠杆菌群体里含有超过1.8万个基因，任何一个大肠杆菌都能从这1.8万个基因库里任意挑选自己需要的基因，这就大大增加了大肠杆菌的基因多样性，使得这个物种能够通过变换不同的基因组合来应付各种各样的环境变化。
换个说法：假如你从野外环境中任取两个大肠杆菌，研究一下它们基因组，你会发现彼此之间只有一半的基因是相同的。相比之下，人类不同个体之间的基因相似度超过了99%，人类实在是太单调了！
细菌这种东西之所以一直存活了40亿年，与它们的基因多样性有着很大的关系。
不过，细菌的“基因水平转移”并不是真正意义上的性，因为这种基因转移大都是单向的，一方只接受，另一方只付出，而且每次通常只转一个基因，不像真核生物的性那样，双方各自交换一半的基因组，这才是真正的有性生殖。
造成这一差别的原因有两个：一、真核细胞的细胞核限制了基因的水平自由流动，“基因水平转移”没法正常进行。二、真核生物的基因组比原核生物大多了，每次只转一个基因是远远不够的，必须全部交换才行。
写到这里，必须补充一个大部分非专业人士都不太注意的小细节，那就是性绝不只是双方交换一半基因组那么简单。性细胞在进行减数分裂前，来自父亲和母亲的配对染色体都要事先发生同源基因重组，双方随机交换各自对应的基因片段，然后才能生成性细胞，再去和另一半配对。
这件事意义重大。想象一下这样的情景：某人进化出了一个特别优秀的基因，能带来巨大的进化优势，于是这个基因迅速传遍了整个族群，所有不携带这个基因的人都死了。假如没有基因重组的话，那么这个优秀基因所在的染色体上的所有基因都跟着沾了光，也会很快传遍整个族群，其中肯定会混有一些不那么优秀的基因。日积月累，这样的“搭便车”基因便会越来越多，肯定会对种群不利。
减数分裂前的基因重组就相当于让那些搭便车的基因下车，考验它们独自生存的能力。换句话说，基因重组让基因组中的所有基因都流动了起来，每个基因都有机会独自经受自然选择的考验，优胜劣汰，只有这样种群才能继续进步。
总之，真核生物之所以要有性，主要原因就是为了保持基因组的健康，防止出现搭便车现象。次要原因是为了增加不同基因相互配对的可能性，以此来应付可能出现的恶劣环境。事实上，很多比较原始的真核生物往往会在条件好的时候进行无性生殖，而在条件不太好的时候改为有性生殖，原因就在这里。
05
看到这里，也许有些读者会说，性这件事好像也并不复杂嘛！事实确实如此，稍微有点生物学基础的人都很容易理解性的起源。那么，接下来我们再说一个稍微复杂一点的话题：为什么要有两性呢？
想象一下，假如某个物种只有一种性别，任意两个个体之间都能交配并繁殖，这样既能获得前文提到的那些好处，又避免了两种性别带来的种种坏处，比如每个个体找到配偶的几率都会增加一倍，雄性之间再也不必为了争夺配偶而大打出手了，那该有多好啊！
事实上，如果仅从数学上考虑，两性是最差的一种性别方式。单一性别甚至三性四性等等都要比两性的繁殖效率高，可为什么大自然偏偏选择了两性呢？个中原因还得从线粒体身上去寻找。
研究表明，最初被古细菌吞进去的那个细菌体内至少有1500个基因，后来很快就都被整合进了宿主的基因组中。这些基因编码的蛋白质大都是线粒体组装所必须的，但这个工作已经交给了宿主细胞统一完成，工作效率大大提高。
但是，线粒体内仍然保留了一小段DNA没有丢掉，这是因为这一小段DNA含有和ATP合成有关的13个重要基因，负责编码13个关键的蛋白质。要知道，ATP的合成是一个相当精细的过程，其机理甚至和量子效应有关，线粒体必须对ATP合成酶的几个关键位点进行实时调控，因此编码这几个位点的基因都必须留在线粒体内，方便线粒体随时调用。
这件事导致了一个相当严重的后果，那就是真核细胞内出现了两个完全独立的基因组。线粒体基因组虽然只含有13个编码蛋白质的基因，但因为能量供应对于细胞健康来说极其重要，所以线粒体基因组的质量要求甚至比核基因组更加严格，差一点都不行。
更麻烦的是，光靠这13个基因还玩不转线粒体，因为组成线粒体的大部分蛋白质所对应的基因都已转进了核基因组内，所以这两个独立的基因组之间还必须配合得天衣无缝才行，这就导致了一系列可以预见的后果。
其中最容易想到的一点就是，线粒体基因也必须“流动”起来，杜绝搭便车现象。但线粒体基因组的遗传方式和核基因组很不一样，没法通过基因重组的方式让基因流动起来。如果两个性细胞相互结合之后，双方的线粒体混在一起，其结果就和搭便车没什么两样了。所以真核生物进化出了一种独特的性行为方式，即在性细胞两两结合之后，便把来自某一方的线粒体全部杀死，只让来自另一方的线粒体单独存活下去，这就有效地防止了搭便车的现象，提高了线粒体基因组的质量。
久而久之，真核生物的性细胞便进化出了两个完全不同的性策略，一方自带线粒体，另一方完全不做任何贡献，两性区分就是这么来的。
必须指出，虽然自然界最常见的性别区分就是雌雄两性，但也有不少物种采取了其他一些性策略，比如雌雄随时互换，或者多种性别并存等等。研究表明，这些性模式都和线粒体的突变率有关，越是突变率高的，就越需要杜绝搭便车现象，让线粒体接受自然选择的考验，所以那些采用其他性策略的物种大都是线粒体突变率比较低的简单物种，所有高等物种全部是两性模式的。
线粒体的高突变率还导致了一个让所有人都心碎的问题，那就是衰老和死亡。没错，衰老和死亡也和线粒体有关，两者都是真核生物独有的现象。
06
过去有不少人相信，衰老是由物理定律所决定的，无法避免。但事实证明这个说法是不对的，生命完全可以做到永不衰老，原核生物就是如此。只要外部条件合适，原核细胞可以永远地分裂下去，不会衰老，也不会死亡。
值得一提的是，细菌虽然不会衰老，但却学会了自杀，这是细菌对付噬菌体的一种手段。噬菌体就是细菌的病毒，它们本身不具备繁殖的能力，只能依靠活细菌来复制自己。细菌没有免疫系统，没办法杀死它们，所以一旦某个细菌被噬菌体感染，只能立刻自杀，防止自己成为噬菌体的繁殖场，以此来保护周围的同类。
各位读者也许会觉得这个解释有点牵强，那么请你记住一个事实，那就是目前海洋中噬菌体的数量要比细菌多两个数量级！没有理由认为20亿年前的地球海洋会有任何不同，所以细菌的生活环境其实是相当残酷的，逼得细菌们进化出了这个看似夸张实则必须的自卫手段。
回过头来接着说真核生物，它们几乎全都会衰老，这是为什么呢？莱恩教授认为，根本原因就在于核基因组和线粒体基因组的不匹配。前文说过，这两套基因组必须配合得天衣无缝才能让ATP合成顺利进行，只要双方稍微有一点不匹配，ATP生产效率就会直线下降，于是衰老就发生了。但这两套基因组是相互独立的，不匹配的现象早晚有一天会发生，所以衰老和死亡是无法避免的，差别只是时间问题。
莱恩教授举了很多例子证明自己的假说。比如像水螅和海绵这类简单动物的衰老速度非常慢，这是因为它们的新陈代谢水平很低，对线粒体的需求量很小，所以线粒体的突变率非常低，两套基因组不太容易出现不匹配的情况。
再比如，体积越大的恒温动物寿命往往越长，这是因为体积大的动物不需要消耗大量能量用于维持体温，所以它们的线粒体活性较低，突变率往往也较低。但是，鸟类的寿命却要比同等体积的老鼠长10倍，这是因为飞行需要消耗大量能量，所以飞行动物对线粒体质量的要求特别高，导致鸟类的线粒体从一开始质量就很高。大部分鸟类之所以对配偶极为挑剔，而且雌鸟的产卵数量如此之低，就是为了淘汰质量不高的线粒体。
同理，蝙蝠比同为哺乳动物而且体重相似的小鼠寿命长10倍，也是因为蝙蝠依靠飞行生活，和鸟类有相同的需求。
据统计，人类有40%的怀孕都是以流产告终的，绝大部分这类流产都发生在怀孕早期，很多孕妇自己都没有察觉。莱恩相信，这类流产的主要原因就是受精卵的基因组和线粒体不匹配，孕妇必须尽早止损。
换句话说，长寿的代价就是低生育率，大自然就是依靠这个办法维持生态平衡的。
说到抗衰老，社会上曾经流传过一种说法，认为衰老是自由基引起的。但是，很多临床试验证明服用抗氧化药物（消除自由基）不但不能延缓衰老，甚至还有可能加速衰老，这是怎么回事呢？
莱恩教授认为，答案还是和线粒体有关。原来，线粒体质量下降的一个标志就是自由基泄露，这一点对于多细胞生物来说相当常见。于是多细胞生物进化出了一套清除机制，一旦某个细胞内的线粒体泄露了过多的自由基，该细胞便会立即启动“细胞凋亡”（Apoptosis）程序，自杀身亡。如果因为某种原因这个程序没有按时启动，身体里便会聚集大量亚健康的所谓“衰老细胞”（Senescent Cells），引发炎症反应，甚至诱发癌症，这些都是衰老的标志和结果。
换句话说，细胞自发产生的自由基恰恰是衰老的警报信号。如果你服用了大量抗氧化药物，这就相当于把这个警示信号给关掉了，其结果可想而知。
有意思的是，这个“细胞凋亡”程序的很多细节都和前文提到过的细菌自杀非常相似，几乎可以肯定就是从细菌自杀功能进化而来的，这就从另一个角度证明，线粒体的前身就是某个细菌。
写到这里必须指出，锻炼身体虽然增加了身体的能量需求，但却是对健康有好处的。研究表明，锻炼身体时线粒体的自由基泄露量反而要比安静时低，说明此时线粒体的工作效率更高，这是好的信号。
结语
随着高等动物的运动量越来越大，线粒体的突变率就越来越高，已知人类线粒体基因组的突变率已经达到了核基因组的10-50倍，所以人类线粒体出现坏变异的可能性变得非常大。
长此以往，人类这个物种会不会灭绝？
大家不用担心，因为人类和其他高等动物一样，早就进化出了一个解决方案，那就是女性刚一出生就把卵子冻结起来，不让它们再分裂，以此来降低线粒体出现坏变异的可能性。
有了这个保障，其他细胞就可以随心所欲地想变成啥就变成啥了，只要保证让人能够活到繁殖后代的年纪就足够了。莱恩为这一现象起了个名字，叫做“不死的生殖细胞，短命的身体”（Immortal germline，mortal body）。
生命的意义不是让自己的身体永不衰老，而是让自己的基因永远延续下去。所以自然选择根本不关心衰老问题，它只关心繁殖。凡是涉及到繁殖的功能都进化得越来越好，但涉及到衰老时就进化得三心二意，马马虎虎。
这一点人类也不例外，所以我预言这篇关于性的文章点击量会高于另外两篇。
其实，人类的寿命已经够长的啦。我们是很少的几个在失去生育能力之后还能活很长时间的物种，这是因为我们的祖先进化出了极强的长跑能力，并靠这独门绝技称霸非洲。长跑能力强，说明人类线粒体的质量非常好，人类的寿命也因此而远较其他灵长类动物长得多。
事实上，正是因为我们的祖先有着超长的寿命，他们这才有了充足的时间学习前辈留下的知识和经验，最终进化出了超常的智慧，为我们的生命赋予了全新的意义。
银河系里到底有没有外星人？
银河系里到底有没有外星人？这当然是一个没有正确答案的问题，但这并不妨碍我们试着从最基本的科学事实出发，推算一下这件事的可能性。
01
首先定义一下什么是生命。一般认为，生命最本质的特征就是它会主动地从外部吸收能量，维持自己的熵值，并把这个本事传递下去。
截止到目前为止，符合这个标准的东西只在地球上被发现过。从科研的角度来看，这说明该项研究只获得了一个数据点（Datum），连这个英文单词的复数形式（Data）都没法用！
因此，常规的科研方法无效，只能通过研究地球这一个数据点，总结出生命的一些普遍规律，然后再倒推回去。
首先，目前公认地球生命大约出现在40亿年前。虽然这个数值有好几亿年的误差，但考虑到地球本身只有45亿年的历史，这说明在地球这样的环境里，生命的出现是一个中等概率事件，可能性不低。
其次，地球生命出现之后，有大约20亿年的时间都处在原核生物时期，细胞结构简单，多细胞生物更是不可能出现。之前那篇文章给出了这件事的真正原因，那就是原核细胞必须进化出线粒体才能变为真核细胞，而线粒体的诞生是一个古细菌和一个细菌共生的结果，这样的事情在20亿年的时间里只发生过一次，说明真核生物的出现是个极小概率事件。
第三，真核细胞诞生后，生命形态仍然没有发生根本的改变，就这样又过了10多亿年，到了距今大约5.5亿年前，发生了著名的寒武纪大爆发，生物物种突然大幅增加，今天地球上的绝大部分物种都是从那个时候才开始第一次出现在地球上的。可惜的是，寒武纪大爆发的原因至今仍然不甚明确，有待研究。
下一个大事件是发生在6500万年前的小行星撞击地球事件，直接把当时地球上最具统治力的恐龙灭绝掉了，哺乳动物这才终于有了出头之日。接下来的一个大事件出现在大约700万年前，人类祖先和灵长类动物分道扬镳，并一路进化至大约20万年前，这才首次出现了可以被称之为“高等智慧生物”的现代智人，这说明现代智人的出现同样是一个极小概率事件。
现代智人只用了20万年的时间就从石器时代进化到了太空时代，甚至登上了月球，这说明只要进化出了智人，移民外星球就将会是一个大概率事件。但为什么我们至今仍然没有收到外星人发出的信号呢？这就要从地球说起了。
02
让我们花点时间讨论一下地球生命的诞生。
首先，让我们来看看有机物的形成。
上一篇文章提到过的米勒-尤里实验证明有机化合物的出现是一个大概率事件，从无机物可以很容易地合成出有机物，不需要任何神秘力量的参与。
有机化合物和无机化合物之间最本质的区别就是前者虽然基础构架简单，但种类却异常丰富，具有极强的延展性，只有这样才能让生命任意构建自己的世界，满足生命过程的各种需求，所以生命都应该是由有机物组成的。
要想满足有机化合物的这个特征，需要有个善于连接其他原子的核心原子。碳原子能够形成4个化学键，是自然界最喜欢“交朋友”的原子，非常符合要求。硅原子虽然也可以形成4个化学键，但却无法像碳那样形成二价键甚至三价键，这个特性使得碳原子可以两两结合，形成一条以碳原子为骨架的结构稳定的长链。这条链甚至可以首尾相连形成闭环，这就进一步增加了碳基分子的多样性，硅基分子则没有这个能力。
碳原子还有一个优点，那就是碳和其他原子相结合所需要的能量比硅原子要小得多，仅仅依靠闪电所提供的能量就足以形成化学键了，这一点在缺乏催化剂的地球“原始汤”中是一个很关键的优势。
因为以上原因，宇宙中的生命应该都是“碳基”的，硅基生命很难存在。正因为如此，地球这才选择了仅占地壳总质量0.05%的碳原子作为组建生命的原材料，而不是含量至少比碳多100倍的硅。
其次，让我们来看看生命所需的另一个关键物质——水。
生命为什么需要水呢？这个问题有两个答案：第一，液态水是个万能溶剂，大部分有机或者无机分子都可以溶于水中，这就相当于为不同分子提供了一个见面和碰撞的机会，这是形成新物质的前提条件。
第二，水的冰点很低，沸点又很高，因此水分子能够在很大的温度范围内（0-100°C）保持液态，这一点是宇宙间绝大部分常见物质都无法做到的。事实上，按照地球现在的温度，只有水能够长期保持液体状态，如果换成别的分子，要么全部冻成了固体，要么全部化成了蒸汽，生命是无法出现的。
除了碳和水之外，地球生命的形成还需要活跃的地质活动，比如火山或者板块移动。地球是少数具备这个特点的行星，个中原因请看下文。
03
接下来，让我们从宇宙的起源开始，探讨一下地球生命诞生所需的基本条件究竟如何才能被满足。
首先，宇宙诞生于138亿年前发生的大爆炸（Big Bang）。大爆炸之后很长一段时间里，宇宙中只有氢和氦这两种最简单的元素，所以生命是不可能诞生的，缺乏必需的原材料。
之后，由于引力的作用，氢和氦原子开始聚集，密度逐渐增加，内部温度也开始上升，终于形成了第一批恒星。恒星内部的温度和压力都非常大，引发了核聚变，质子和中子开始相互结合，形成了比氦更大的原子，也就是锂铍硼碳氮氧氟氖等等等等，天文学家们习惯性地将这些大于氦原子的元素统称为“金属”。
恒星是有寿命的。随着恒星生命的结束，其内部的“金属”通过各种方式散布到宇宙中成为宇宙尘埃，被下一个星系俘获。这个过程一再重复，“金属”的种类不断增加，又出现了钠镁铝鹏鹏硫氯氩钾钙等等等等原子量更大的元素，其含量也逐渐增加，宇宙开始变得复杂起来，为生命的出现做好了物质准备。
以上说的是宇宙的基本演化模式，接下来再说说银河系。
银河系诞生于130亿年前，那时的宇宙还很年轻，银河系里只有氢和氦，不可能有生命。太阳是45亿年前诞生的，也就是说太阳是在大爆炸发生后的93亿年之后才出现的。但即使如此，太阳系里仍然含有高达71%的氢和27%的氦，其余的“金属”只占2%，这说明“金属”的产生和富集是一个相当缓慢的过程。
地球就是由这2%的“金属”物质组成的，所以地球才会是个固体。比太阳年轻的恒星系里的“重金属”太少了，少到无法形成固体星球，所以即使银河系里有生命，地球生命也应该是较早出现的那一个。换句话说，即使银河系里有外星人，他们的发展阶段也应该和我们差不太多。
现在的银河系是一个飞碟状的圆盘，包含大约1000亿颗恒星，直径约10万光年。太阳距离银河系中心2.7万光年，属于中间偏远一点点的位置。研究表明，距离银河系中心越近，星系的密度就越高，“金属”的含量也越高，类地球行星出现的可能性也就越大。但因为中心区包含的老恒星要多一些，所以那里有更多的超新星，宇宙射线强度特别大，对生命极不友好。
另外，银河系中心区平均每隔100万年-1亿年就会来一次伽马射线大爆发，每次爆发都会把周围一大片区域里的所有生命全部杀死，所以即使中心区的行星出现了生命，也没有足够的时间进化成高等生物。
与此相反，距离银河系中心越远，星系的密度就越小，“金属”的含量就越低，也就越不可能形成像地球这样的固体行星，而是只会形成像木星那样的气态行星，诞生生命的可能性就非常低了。
因此，澳大利亚科学家查尔斯·林尼惠弗（Charles Lineweaver）等人提出了“银河系适宜居住带”这个概念。根据他们的计算，这条“生命带”距离银河系中心大约2.3万-3万光年，大致相当于银河系半径的7%，其中含有的恒星只占银河系恒星总数的不到5%。
太阳位于这条生命带的中心，属于这50亿颗有可能诞生生命的恒星之一，但这并不等于说这50亿颗恒星的行星都有可能诞生生命，还有很多附加因素必须考虑在内。
04
最后再来说说地球。
因为某个尚未知晓的原因，太阳系的几大行星全都在近似圆形的轨道上运动，和太阳之间的距离相对稳定，这在恒星系当中是很不常见的。大部分恒星系内的行星轨道都是椭圆形的，或者是杂乱无章的，这就导致每颗行星上的气候随时在变，而且变化幅度巨大，生命是不会喜欢那样的环境的。
除此之外，地球更是一颗极其幸运的行星。首先是地球和太阳的距离正合适，太近了会太热，太远了会太冷，都没法诞生生命。其次，地球有一颗相对体积非常大的卫星，这就是月球。如果没有月球引力的稳定作用，地球的自转轴会发生大幅度变化，导致地球气候剧变。要知道，目前地球的自转轴变化幅度很小，但也足以导致地球阶段性地出现冰期了，生命肯定不会喜欢生活在一个冰冻星球上。
第三，地球内部含有大量含铁的液态岩浆，再加上地球的自转速度极快，这就产生了一个很强的磁场，如果没有磁场，宇宙射线就会直接照到地表，我们谁都活不成。
第四，地球的地壳很薄，板块运动极为活跃，导致地心内部的营养物质和金属不断地翻上来。如果没有这个循环，生命很可能不会出现。即使侥幸出现了生命，也很快就会把地表的营养耗光，而且我们也不会拥有金属工具。另外，板块运动导致的火山喷发是碳循环的重要一环，如果没有火山，碳循环就无法进行，地球温度很快就会失控，我们也就活不成了。
以上这4个条件都是诞生高等生命必不可少的，缺一不可。这些条件之所以在地球上正好全都具备，主要的功臣就是月球。在太阳系形成初期，地球和一个火星那么大的行星相撞，这就是地球自转速度为什么那么快的原因。那次相撞导致重金属留在了地球上，最终变成炙热的岩浆。轻一点的物质则被抛了出去，形成了月球，这就是月球的体积为什么那么大，以及地球的地壳为什么那么薄的原因。
这种级别的行星相撞事件发生的概率肯定是非常低的，目前没有在其他星系中观察到任何可能的迹象，地球是唯一的“幸运儿”。
由此看来，地球上之所以能产生生命，并坚持到进化出了高等智慧生物，实在是一件极为幸运的事情。
05
综上所述，银河系里出现高等智慧生物的可能性近乎为零，我们很可能是银河系里唯一的一群孤独的智者。
银河系之外有没有智慧生物呢？那就不好说了，毕竟宇宙几乎可以说是无限大的，再小的概率乘以无穷大，其结果也是可能大于一的。
问题在于，即使宇宙中还有外星人，我们也很难碰得上，因为宇宙实在是太大了！如果宇宙和地球遵循同一套物理定律的话（我们只能这么假定，否则就没法讨论了），那么即使某个星系里存在外星人，他们也不太可能旅行到太阳系来找我们玩，我们之间的距离已经大到超过现有物理定律所允许的范围了。
总之，在可预见的将来，我们是不太可能找到外星人的。地球人只有团结起来，依靠自己的智慧和创造力去应对未来可能出现的各种危机，让人类这个物种尽可能长地延续下去。
说到创造力，生命才是宇宙间最伟大的创造。宇宙创造生命的过程很值得我们学习借鉴，很多学者都这么做过了。
比如，美国进化生物学家斯图尔特·考夫曼（Stuart Kauffman）曾经于2002年提出了一个名为“相邻可能”（Adjacent Possible）的理论，大意是说，任何复杂生命都不可能从简单生命直接进化而来，而是只能一点一点地改变，每一次只能进化到和原来相邻的某个地方，比如从氨基酸只能先进化到多肽，然后才能进化出蛋白质。
美国历史学家史蒂文·约翰逊（Steven Johnson）在《好主意来自何处》（Where Good Ideas Come From）一书中借用了考夫曼的观点，提出任何创造过程也都遵循这一原则，所有伟大的创造都是由无数个简单创意一点一点累积而成的，每一个新的事物和想法都和此前已有的旧事物或者旧想法非常相似，每次只能进步那么一点点，不可能一下子跳跃太多。
这个规律甚至对宇宙也适用。如今宇宙中的各种元素都是由最初的氢元素融合而来，如今丰富多彩的有机大分子也是由简单的含碳小分子相互连接而成，我们的世界之所以生机勃勃，原因就是各种不同物质的自由碰撞与组合，甚至生命也是这样一步一步地试出来的。
“人造生命”（Artificial Life）系统的创始人，美国计算机科学家克里斯托弗·朗顿（Christopher Langton）从生命诞生的过程中得到启发，提出了“液态网络”的概念。他认为创造力旺盛的地方一定处于“混沌的边缘”，也就是介于严格秩序和彻底混乱之间的中间地带。
如果我们用物质三态来比喻的话，气体是彻底混沌，新结构随时出现但又随时瓦解，固体是严格秩序，虽然结构稳定，但几乎杜绝了新结构出现的可能性，液体介于两者之间，只有液态网络才是“混沌的边缘”，既能够让新鲜事物可以顺利出现，又可以让好的创新稳定下去，并将这个边缘继续扩大，以便进一步探索“相邻可能”。
这套理论很好地解释了人类的创造力为什么会在最近这几百年内出现了爆炸式的增长，相信任何一位研究过一点人类史的朋友对此都深有体会。英国物理学家戴维·多伊奇（David Deutsch）在《无穷的开始》（The Beginning of Infinity）一书中提出，这一爆炸式增长起源于欧洲17世纪开始的启蒙运动，那场运动打破了教会对新思想的禁锢，同时也为各种新想法的相互碰撞创造了有利条件，从此新知识的积累便开始了指数增长，人类迎来了智力上的大爆发。
换句话说，欧洲启蒙运动创造出了一个全新的液态网络，此后的发展无需事先设计便可以自发地运转起来了。
多伊奇是个非常乐观的人，他相信只要这个液态网络能够保持下去，人类的未来将充满无穷多的可能性，这就是“无穷的开始”这个书名的真正含义。
结语
马古利斯之所以能够提出线粒体的内共生学说，就是因为她年轻时参与了美国的嬉皮士运动，意识到爱与宽容具有无穷的力量。这一划时代的运动促使她改变了思路，意识到生命的复杂性不一定全都来自你死我活的生存竞争，反而更有可能来自彼此之间的相互合作，线粒体就是这种相互合作的一个经典案例。
如果你打心眼里明白了宇宙是如何进化的，生命又是怎么来的，不同物种彼此之间是怎样一种关系，你就会认同马古利斯的理念，相信世界万物合为一体，互相支撑，彼此荣耀。
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