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[转载]生物进化——能量供体的演变(3)

已有 1074 次阅读 2021-6-5 07:45 |个人分类:生物进化|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

    当物质分子作为能量供体时,储存能量越多的物质分子,生物在介导其能量释放和传递过程中,就越有可能获取更多的能量来提升自身的能量传递能力,进而提升自己在自然界中的价值。然而,储存能量越多的物质分子,其对能量传递能力的要求往往越高。对于生物而言,能量传递能力提升的过程也是自身结构升级的过程。换句话说,生物的能量传递能力与自身结构相辅相成。这便意味着,能量供体在驱动生物对其能量传递能力提升过程中,生物同样需要利于完成自身的构建及结构的升级,即在进化过程中,能量供体与生物相互影响、相互制约。

    前文说过,生物在介导能量供体中的能量释放和传递过程中,还需要从中获取维持自身结构和功能需要的能量。然而,生物的自身构建不仅需要能量,还需要物质分子。这些物质分子主要有两种来源:1)能量供体的代谢产物;2)环境。环境的不稳定性,一方面驱动了既可从能量供体中获取能量,又可从能量供体中获取自身构建所需物质的生物的发展;一方面又抑制了从能量供体中难以获取足够自身构建所需物质的生物的诞生和发展。结果便是,以生物的代谢产物、降解产物甚至生物作为能量供体的物种的出现。例如,以光能作为能量供体的光合细菌,其能量供体中缺乏生物自身构建所需要的物质分子,致使它们只能从周边环境中获取,这就使得它们对环境的依赖性更强,对环境的要求也更加苛刻;相反,以羚羊作为能量供体的狮子,狮子在取食羚羊的过程中,既可从中获取能量,又可从中获取维持生物自身构建所需要的物质分子,因而狮子在自身构建过程中,对周边环境中的物质分子的依赖性没有光合细菌那么强烈。

    从以上分析中可以推知,越能同时满足生物能量和物质需求的物质,越适合作为生物的能量供体,也越容易驱动生物的进化。这也解释了为什么物质都具有能量,但不是所有的物质都可以选择生物作为能量传递介体,也不是任何地方都会有生物。

    从能量供体的角度看,越适合作为能量供体的物质,以其作为能量供体的生物的种类和数量也就越多,生物之间的竞争也就越激烈。在生物之间对“共享能量供体”的竞争过程中,有的生物可以通过对自身结构组成的升级来提升自身的能量传递能力。例如,一些细菌长出了鞭毛,这使得其运动能力增强。运动能力越强的生物,接触能量供体的几率就越高,所呈现出来的能量传递能力也就越强。

    这里需要说明的是,生物结构和功能的升级,不仅仅是自然界对生物能量传递能力需求驱动下的被动过程,还包含着生物的主动因素。随着生物的演变,生物结构和功能升级过程中所表现出来的主动性越来越显著。对于没有运动能力的生物而言,如果周边环境缺乏能量供体,那么这类生物的能量传递能力将会丧失,生物要么进入滞育状态,要么死亡。通过结构和功能的升级,有的生物具有一定的运动能力,能够去主动的获取能量供体,以维持自身的能量传递能力。在这个过程中,生物所表现出来的在能量供体获取方面的主动性,实质上是生物呈现其自然价值一种表现形式。这一表现形式随着生物的进化,越来越显著,特别是当生物的意识能动性在生物的生物活动中发挥的作用越来越大时,表现尤为显著。例如,我们人类不仅可以主动去获取能量供体(食物),还会主动培育和改良能量供体。

    物质的结构决定其功能,生物也是如此。对于一条河流而言,如果河水的流量超过了河道的疏通能力,将会发生两种情况:一是出现一条新的河道;一是原来的河道变宽。河道变宽的区域一般是质地相对疏松的区域,这区域在河流的持续冲击下,更容易受到磨损。对于生物而言,当能量供体过量时,即生物可以持续从能量供体中获取充足的能量时,生物就像“河道”,要么形成一条新的“河道”,也就是驱动生物的增殖,要么增强“河道”的疏导力,也就是增强生物个体的能量传递能力。对于生物的这两种“策略”,从前文生物起源的推论中可以看出,这是生物与生俱有的属性。组成生物的各个组分就像河道的组成一样,有些系统“质地坚硬”,不能轻易更改,例如“能量生产系统”和“能量可用系统”,这类系统是生物维持其结构和功能所需要的最基本的组成,在几乎所有的生物中都存在高度的同源性。有些系统“质地疏松”,相对比较容易受环境的影响,在不同的物种中表现出显著的差异,例如,有的细菌有鞭毛,有的细菌没有鞭毛,有的细菌的细胞壁含大量的肽聚糖,有的细菌的细胞壁则含有极少的肽聚糖。

    总之,生物在能量供体获取中所表现出来的主动性,本质上是生物各个组成部分在自然界的影响下被动改变的结果,是一种被动性中的主动性。

(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODYxMzc3Nw==&mid=2247484009&idx=1&sn=3cfe691af42eb00a685e215a7f33ff90&chksm=cea8e997f9df60813eb322ff0546020900a1ce21d5ea0b3f160cb159874536980a0e7f33a583&token=1612502510&lang=zh_CN#rd)



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