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[转载]生物进化——能量供体的演变(1)

已有 1017 次阅读 2021-6-5 07:40 |个人分类:生物进化|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

    从能量这一角度我们认为,生物是由非生物态能量传递介体演化而来,是非生物态能量传递介体能量传递能力不断升级的结果,其在自然界中的价值是驱动自然界中的能量流动,促进自然界中的能量分布由非均衡状态向均衡状态转变。既然如此,那么,生物的进化历程也应该是生物的能量传递能力不断升级的过程。生物的能量传递能力是由生物及其能量供体和能量受体组成的能量传递单元的能量平衡能力所体现,因而生物的进化历程,也可以认为是生物所属能量传递单元的进化历程。从生物的角度而言,生物的能量传递能力会影响能量供体和能量受体在自然界中的分布和数量。从能量供体和能量受体的角度而言,能量供体和能量受体的性质及其在自然界中的分布和数量决定了它们所需要的生物的能量传递能力。不同种类的生物之间往往呈现不同的能量传递能力,由此可推知,能量供体和能量受体决定了它们所对应的生物的种类、数量和分布。总之,能量供体、生物和能量受体三者之间相互影响、相互制约、共同进化。

    假设在一个特定的环境中,几种生物和其“共享能量供体”之间已经达到了一种相对稳定的状态,即这些物种的能量传递能力刚好适合其“共享能量供体”对能量平衡能力的需求。若“共享能量供体”的丰度不再增加,随着“共享能量供体”的消耗,“共享能量供体”对能量传递能力的需求降低,物种之间对“共享能量供体”的竞争就会加剧。前文已讲,能量供体中的能量在被释放和传递过程中,若同时存在多种能量传递介体,那么能量传递能力相对较强的能量传递介体介导传递的能量要多于能量传递能力相对较弱的能量传递介体。因此,对于“共享能量供体”而言,能量传递能力相对较强的物种介导释放和传递的能量要多于能量传递能力相对较弱的物种。对于能量传递能力相对较强的物种,我们称之为“共享能量供体”的优势物种,对于能量传递能力相对较弱的物种,我们称之为“共享能量供体”的劣势物种。

    相对于劣势物种,优势物种对“共享能量供体”中的能量表现出相对更强的竞争力,因而能够获得相对更多的能量来维持和提升自身的能量传递能力。对于有限的“共享能量供体”,优势物种释放和传递的能量越多,意味着劣势物种释放和传递的能量就越少,进而用于提升自身能量传递能力的能量也就越少。当劣势物种从“共享能量供体”中获取不到足以维持自身正常能量传递能力的能量时,其能量传递能力将会减弱。随着时间的推移,优势物种和劣势物种在自然界中所呈现的结果便是,优势物种作为适合“共享能量供体”的物种存活了下来,而劣势物种作为不适合“共享能量供体”的物种被淘汰(图1)。

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图1 物种与能量供体之间的相互作用。对于有限的能量供体,能量传递能力相对较强的物种,作为“适合”的物种会继续以此能量供体为能量供体;能力传递能力相对较弱的物种,作为“不适合”的物种,要么被淘汰,要么去介导竞争能力相对较弱的能量供体的能量的释放和传递。这个过程会导致新物种的产生。新物种自身及其代谢产物又可作为能量供体驱动新物种的出现。



    现在假设:1)在对“共享能量供体”的竞争过程中,有的劣势物种逐渐适应并可利用另外一种物质作为能量供体,在此姑且称之为“新能量供体”;2)以“新能量供体”作为“共享能量供体”的物种之间对“新能量供体”的竞争程度相对缓和。这种情况下,可以以“新能量供体”作为能量供体的劣势物种将不会被淘汰,因为它们能够从“新能量供体”中获取能量来维持自身的能量传递能力。在适应“新能量供体”的过程中,有些物种会通过调整自身的能量传递能力,逐渐成为适合“新能量供体”的新物种,甚至有可能进化为“新能量供体”的优势物种。

    此外,对于优势物种而言,其个体之间也会对有限的“共享能量供体”进行竞争。在竞争过程中,也可能会导致物种能量传递能力的改变,进而导致新物种的出现。总之,适合“共享能量供体”的优势物种一般会继续以该能量供体作为自己的能量供体,而不适合“共享能量供体”的劣势物种,要么被淘汰,要么选择另外一种物质作为能量供体。

    劣势物种在介导“新能量供体”中的能量释放和传递过程中,也可能会导致新化学物质(代谢产物)的出现。对于新出现的化学物质以及由劣势物种演变而来的新物种而言,其能量也需要释放。也就是说,新出现的化学物质和新物种都有可能作为能量供体驱动新物种的出现。伴随着这一过程的发生和发展,能量供体的种类越来越多,生物的种类也越来越多。

    随着生物种类的增多,物种之间的关系也越来越复杂,一些新的关系,如合作、捕食、共生、寄生等,也应运而生。例如,蚜虫以植物的汁液为食。它们把获取的汁液消化后,最终转变成一种叫做蜜汁的含糖物,然后排出体外。这种蜜汁又是蚂蚁喜欢吃的食物,也就是说,蚜虫的代谢产物是蚂蚁的能量供体。作为回报,蚂蚁会保护蚜虫,使其免遭瓢虫等对蚜虫有害的入侵者的攻击。对于这个例子,我们可以认为,蚜虫与植物之间是取食关系,而蚂蚁与蚜虫之间则是一种互惠互利的合作关系。

    在合作关系中,有时候,一种物种对合作物种过于依赖以至于无法单独生存。例如,大栌榄树是生长在毛里求斯一个岛上的植物,其果实有坚硬的壳,一般动物无法将其打开,但是每个坚果必须被打开后才可以萌发。岛上的渡渡鸟可以将这种坚果整个吞下,然后,依靠它肌肉强健的、满是砾石的砂囊将果壳挤碎。种子随渡渡鸟的粪便排泄到地上后,便可以发芽,进而长成大树。大栌榄树对渡渡鸟的过于依赖的关系,使得渡渡鸟灭绝后,岛上再也没有长出新的大栌榄树。

    七鳃鳗是一种吸附在鱼类身上以吸血为生的生物。它利用多排锋利的、向内弯曲的尖牙咬穿鱼类的皮肤,利用牙齿周围一圈圈的吸管紧紧地吸附在鱼的身体上,再利用舌头刺进鱼的伤口并吸食鱼的血液。对于这个例子,我们可以认为,七鳃鳗与鱼类之间是一种寄生关系,拥有血液系统的鱼的出现,驱动了七鳃鳗等以血液为能量供体的物种的出现。

    此外,越容易被生物释放和传递能量的物质,往往越早以生物作为能量传递介体。相反,越不容易被生物释放和传递能量的物质,往往越晚以生物作为能量传递介体。对于能量被生物释放和传递难易情况相似的物质,越早在自然界中出现的往往就越早以生物作为能量传递介体,越晚在自然界中出现的往往越晚以生物作为能量传递介体。

(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODYxMzc3Nw==&mid=2247483975&idx=1&sn=3e68e0a52e4cb13f7c16a708a2f664f1&chksm=cea8e9b9f9df60af06a078278cc1f9a5841f13b694991756839c90070159a0a93d4cb295b0bc&token=1612502510&lang=zh_CN#rd)



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