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tianlangTianlang  2022-02-28 10:00 天浪书屋 隐藏边栏 |   抢沙发  0 
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人人都该懂的地外生命pdf-epub-mobi-txt-azw3
书名:人人都该懂的地外生命
格式:EPUB/MOBI/AZW3
标签:宇宙 科普
ISBN:

内容简介:


● 生命的本质是什么?

地球生命是如何进化的?

地球生命的出现是否纯属机缘巧合?

除地球以外,太阳系或银河系其他地方是否具有满足生命存在的条件?

在《人人都该懂的地外生命》中,刘易斯·达特奈尔将带领读者回顾40多亿年的地球生命进化史,并探索太阳系中很有可能存在生命的区域。

● 《人人都该懂的地外生命》属于湛庐文化重磅推出的“新核心素养”系列图书之一。本系列图书致力于推广通识阅读,扩展读者的阅读面,培养批判性思考的能力。其中涵盖了哲学、心理学、法律、艺术、物理学、生物科技等诸多人文科学和自然科学的知识,其中《人人都该懂的地外生命》涵盖了天体生物学的发展脉络、关键研究和前沿新知,让你一本书了解地外生命的“前世今生”。

作者简介:


伦敦大学学院太空生物学家,屡获殊荣的科普作家。1980年生于英国伦敦,毕业于牛津大学生物学系,后在伦敦大学学院获得天体生物学博士学位,主要从事天体生物学和火星微生物的研究。在科研工作以外,他出版过多部畅销科普作品,还经常为《卫报》《泰晤士报》等报刊撰写科普文章,也主持过英国广播公司的多档科普节目。

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部分摘录:


我们需要对生命进行精确定义
生命是什么?几个世纪以来,这个看似简单的问题一直困扰着生物学家、哲学家和神学家。辨别一个物体是否具有生命非常容易,甚至都不需要思考。美洲虎、橡树和蘑菇显然都具有生命,一眼便知。不过,有一些生命只有在不同的时间和规模尺度上才能被辨别出来。只要我们观察足够长的一段时间,就会发现,覆盖在破石墙上的油亮青苔也在生长和繁殖。如果对青苔周遭的空气做个化学测验便会发现,青苔确实在进行光合作用。如果我们在显微镜下放大50倍观察便会发现,就连池塘里的一滴水中也充斥着各种微生物。不过,岩石、火焰以及云彩显然不是生物。然而,单纯提供一份生物清单并不意味着你能对“生命”的特征做出简洁定义。在学校里,老师经常教授低年级的学生,生命由7大特征定义:会进食,会排泄,会移动,会生长,会繁衍,会对所处环境的变化做出回应,会保持恒定的内部状态。(3)

某些非生物体也能满足这7大特征中的某几条。火焰会生长和扩散,可以靠着能量自我维持,也可以通过氧化反应(这与细胞内部发生的氧化反应并无不同)消耗燃料并排出产生的废料;晶体内原子的有序排列模式也可以自我复制。然而,有些生物并不具备以上所有特征,比如骡子就没有生育能力,也无法繁衍后代;虽然骡子身上的每个细胞都是活的,但这种动物并不符合由7大特征定义的生命。因此,对于生命,我们需要一种更加精确的定义。

生命需要传递遗传指令
有一种定义生命的方式被称为“达尔文定义”(Darwinian definition)。

第一,达尔文定义要求生物必须能够进行自我描述。也就是说,生物必须提供能够重建自我的“操作手册”或者一整套指令。这就将晶体排除在了生物大门之外,因为它们无法提供真正的自描述。晶体之所以能够生长,只是因为它们的结构将自由单元组织到了现有模式之中。

第二,达尔文定义还要求生物个体必须能够自己执行自我描述指令,从而实现自我复制。这就将病毒排除在了生物大门之外,因为它们是通过“劫持”宿主细胞的分子机制实现繁殖的。地球上的所有生命都有自己的操作手册,这本手册的内容就是DNA或RNA分子内的一套基因。大量蛋白质会转译并执行基因中的指令信息。因此,这种定义生命的方式也被称为基因定义(genetic definition)。

第三,达尔文定义要求生物的生命运作系统必须能够在自然选择下进化。这其中包含了一条隐性信息,那就是生物复制遗传信息的方式不能太准确,因为这样才能在遗传过程中引入错误和突变,在大量复制因子中创造随机变异,保证生物在面临环境压力时,仍有一些个体能够存活下来并繁衍后代。这就是达尔文提出的进化机制:随着时间的推移,复制因子会越来越适应所处的环境。这个过程训练出了第一批复制分子,使其能够复制、生长、进化,并最终在40亿年后诞生一个能够意识到这个进化过程的物种——人类。人们常说,人体只不过是一个精巧的有机机器人,它的设计目的只有一个:帮助人类复制自己的DNA。

达尔文定义规定,生命只需要拥有一个能将遗传指令传递给下一代的信息存储和转移系统就可以了。定义生命的依据是它们做了什么,而不是由什么组成。这种定义的限制要比其他定义少得多,而且囊括了一些“非生物”生命,蓬勃发展的人工智能就是其中之一。人工智能已经被植入了许多系统,有些具有复制功能的计算机程序取代了有机聚合物,硬盘取代了“原始汤”,而突变、竞争、死亡以及进化的过程都与普通生物没有区别,只是支撑媒介不同而已。

生命必须从外界汲取能量
除了从信息传递的角度定义生命,还有一种从能量失衡的角度定义生命的方式。这种定义是指,生物系统为了能够维持自身的生存,必须从外界汲取能量。这就意味着,一个能够自我复制的生物系统一定极其复杂,而复杂组织出现的概率又非常低——排列原子云要比将原子组织成正常工作的细胞的方法多得多。宇宙中的一切都会自发地从较为有序的状态转变成无序的状态。用专业术语来说就是,系统会从低熵有序态出发,达到一种熵更大的平衡态。而生命始终在与这种“分崩离析”的过程做斗争,使自己远离平衡态,斗争的方式就是汲取能量。

若想维持有序态就得不断做功,若想做功就得汲取能量,而能量可以从某些系统的退化过程中汲取。例如,处于有序状态的原木在发生剧烈的氧化反应(燃烧)时会释放出热量,被降解成灰烬和热气。实际上,生命的存在允许某个系统的有序程度下降,其目的是让另一个系统的有序程度上升。从本质上来说,树桩上长出的那些霉菌汲取能量的过程与火焰并没有什么不同,只是霉菌采取了一种受控程度更高的方式。生命需要源源不断的能量流,并且只有在存在外部能量梯度的环境下才能生存下去。在本章的后续内容中,我们将会看到地球生命从各自的生活环境中汲取能量的各种方式。

当前的地球生命完美地展现了汲取能量这种行为模式。地球生命的第一大特征是,它们的自描述已经相当完整,并且拥有一套精密的化学反应网络。这些化学反应会释放能量,并利用产生的能量构建有用的分子以维持自身的复杂性。地球生命的第二大特征是,控制代谢网络的是一大批蛋白质,它们还会提供能够执行DNA所含指令的机制,并为下一代将这些指令复制下来。地球生命的第三大特征是,它们都生存在一个封闭的空间内。所有地球生命的基本单元都是细胞,而细胞则为一片薄膜所束缚。这种薄膜从物理上将细胞与外部隔离开来,以防止细胞中的各个成分互相分离,而生命也因此得以控制自身内部环境、摄取和储存营养物质、排出废物以及创造化学梯度以产生能量。起初,信息储存和代谢反应是两个独立的过程。在第4章,我们将会探讨这两个关键功能是如何整合到一起,并进化成第一个细胞的。不过,我们首先需要弄明白一个问题:细胞究竟是什么?

通过基因序列为生命绘制“家谱”
传统观点认为,从本质上来说,地球上只存在两种不同的生命形式。

动物细胞、植物细胞以及真菌细胞都能将自己的DNA储存在细胞核内,因此被称为真核生物。

细菌的生命形式则与此不同,它们更加古老,而且没有细胞核,因此被称为“原核生物”(即没有进化出细胞核)。

原核生物的DNA扭结成一个闭环,在细胞内的细胞质中自由浮动。真核生物的DNA稳定在细胞核内的染色体中,这一进化让生命获得了更大的信息容量——真核生物的基因组要比细菌大1万倍。

不过,以上所述并不是这两种细胞的唯一区别。除了细胞核之外,真核细胞的内部被进一步细分成了许多功能不同的细胞器。比如细胞的“能源室”——线粒体,它会进行许多反应,从食物分子中汲取能量用于生产储能分子三磷酸腺苷(ATP);再比如存在于藻类和植物细胞中的叶绿体,它是进行光合作用的场所。相比于原核细胞,真核细胞中蛋白质的合成过程要复杂得多。虽然真核细胞中生产蛋白质的核糖体与原核细胞中的核糖体颇为相似,但前者集中在一层特殊的膜上,这层膜会从细胞核中鼓胀出来。刚生成的蛋白质会从核糖体内转移到一系列细胞器中,在那里进一步接受加工处理,最终变为成品。

此外,真核细胞的支撑系统和运输网络也要比原核细胞的更先进,它们有粗壮的蛋白链来强化外部细胞膜,或者形成可以拖曳其他蛋白质乃至整个细胞器的蛋白质长杆。这些蛋白质丝使得真核细胞的细胞分裂过程比原核细胞的精细得多。这些先进的支撑系统和运输网络还让真核细胞拥有了对自身外膜的超强控制力,使自己可以通过外膜在各种表面上爬行或者捕食较小细胞,吞噬并消化它们。

真核细胞的最后一项能力被认为是一项极其重要的突破,因为它解释了细胞是如何获取线粒体和叶绿体的。按照目前的观点,这两种细胞器原本是相互独立的细菌。大量证据表明:线粒体和叶绿体具有许多细菌才有的特性,比如环状DNA链以及对抗生素的高度敏感性,而且它们都不是由宿主细胞创造的,而是自行繁殖的。有一种观点认为,线粒体和叶绿体被早期真核细胞吞噬了,但并没有被分解。随着时间的推移和进化程度的加深,它们与宿主细胞之间的联系变得非常紧密,最终难以分开。真核细胞完全依赖于线粒体提供的能量(对于进行光合作用的真核细胞来说,提供能量的则是叶绿体)。作为回报,线粒体和叶绿体会得到宿主细胞提供的养分和保护。这种紧密的合作关系被称为“共生”,而当其中一种有机体生活在另一种有机体的内部时,这种关系则被称为“内共生”。

由于真核细胞要容纳这些内部结构,所以它们通常比原核细胞大得多。实际上,生活在人体表面和内部的原核细胞总数比真核细胞至少多10倍。因此,与其说你是一个人,不如说你是一大堆细菌。最小的细菌和最大的真核细胞之间的差异巨大。有些纳米级别的细菌直径虽然只有0.4微米,却能容纳生命所必需的所有分子结构。目前已知的最大的细胞是一种拳头大小的真核生物,它们就是生活在深海的巨型阿米巴原虫,这种生物会利用海底沉积物为自己建造一个具有保护作用的“屋子”。相比之下,最大的细菌也不过半毫米大,我们裸眼勉强能看见,不过这在微生物界已经算是庞然大物了。

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tianlang
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这个人很懒,什么都没写

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