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[转载]生命起源——“竞争”与“合作”

已有 1242 次阅读 2021-6-5 07:21 |个人分类:生物起源|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

    “竞争”与“合作”是可以介导同种能量流动的物质分子之间所表现出来的关系,即理论上可介导能量流动的物质分子与实际介导能量流动的物质分子之间的关系。实际介导能量流动的物质分子之间表现为“合作”关系,而理论上可以介导能量传递但实际中并没有参与能量流动的物质分子,与实际介导能量流动的物质分子之间表现为“竞争”关系。能量传递单元中“共享物质”的存在是“竞争”和“合作”出现的根本原因。小至不同的物质分子,大至不同的生物或由生物组成的群体,都可以作为“竞争”或“合作”的对象。

    1)物质分子作为“竞争”和“合作”对象。假设存在两株细菌,它们均以葡萄糖作为唯一能量供体。现在,我们在添加葡萄糖的培养板中培养这两株细菌。在这个体系中,葡萄糖是这两株细菌的“共享能量供体”,而这两株细菌则是葡萄糖可选择的能量传递介体。此时,这两株细菌之间就存在对葡萄糖的“竞争”关系。葡萄糖的含量越少,二者所表现出来的“竞争”就越显著。

    对于这两株细菌,假设其中一株具有青霉素抗性,即可以在添加青霉素的培养板中生长,而另一株则是青霉素敏感型,即青霉素可以抑制其生长。如果在添加葡萄糖的培养板中添加青霉素,然后将这两株细菌接种至该培养板中,就会发现,青霉素抗性菌株可以正常生长,而青霉素敏感性菌株不能正常生长。在这个例子中,“青霉素”与“青霉素抗性菌株”之间便是一种“合作”关系。

    2)“能量生产系统”作为“竞争”和“合作”对象。“能量生产系统”一般由多种物质分子组成,不同的“能量生产系统”含有不同的物质组成,行使的功能也有所差异,甚至供应不同种类的“能量可用系统”。前文讲过,“能量可用系统”是体系结构和功能得以发挥的保障,而“能量生产系统”是“能量可用系统”功能持续性的保障。为了保障“能量可用系统”功能的稳定,“能量生产系统”需要维持其能量水平。当流入一个体系的能量有限时,体系中的不同“能量生产系统”就可能会对这些能量进行“竞争”。“能量生产系统”为了增强自身的竞争能力,就需要自身不同组分之间,或者与该“能量生产系统”存在“利益”关系的组分之间加强“合作”。例如,现在有两个“能量生产系统”,一个是由“脂肪酸合成代谢途径”和“脂肪酸降解代谢途径”组成的“能量生产系统”;一个是由“糖酵解途径”和“糖异生途径”组成的“能量生产系统”。当细胞所在环境中的葡萄糖含量比较低时,这两种“能量生产系统”之间便存在着“合作”关系,即脂肪酸经降解代谢转变成葡萄糖,葡萄糖在糖酵解途径被进一步裂解,最终转变成丙酮酸。这个过程释放出的自由能储存至ATP等“能量可用系统”中,用以维持细胞结构和功能的稳定。对于这个过程,我们可以认为,由于这两种“能量生产系统”之间的“合作”,细胞的结构和功能才得以在葡萄糖含量有限的环境中得到保障。

    当环境中的葡萄糖含量相对比较高时,细胞内的糖酵解途径和脂肪酸合成代谢过程均需要葡萄糖的参与。此时,可以认为这两种“能量生产系统”之间存在对葡萄糖的“竞争”,也就是说,此时,这两种“能量生产系统”之间是“竞争”关系。

    3)生物作为“竞争”和“合作”对象。对能量的“竞争”和“合作”在同一个生物的不同组织、器官之间,不同生物之间,甚至不同物种之间普遍存在。这是因为,生物结构和功能的维持都需要消耗能量。例如,已知一群狼与几头狮子均盯上了它们的“共享能量供体”羚羊。对于正在捕食的狮子而言,它的爪子和牙齿之间是一种“合作”关系;若这几头狮子都参与了捕食过程,那么这几头狮子之间也是一种“合作”关系;若狼吃了狮子没有吃完的羚羊肉,对于储存在羚羊中的能量而言,狼与狮子也是一种“合作”关系;为了促进吞入肚子中的储存在羚羊肉中的能量释放,狮子自身的组织细胞和其肠道中的肠道微生物之间也是一种“合作”关系……

    如果羚羊的数量有限,狼和狮子之间为了自身的生存就需要对羚羊展开“竞争”;如果羚羊的数量仅够维持一头狮子的存活,那么这几头狮子之间也会存在对羚羊的“竞争”;如果羚羊的数量难以维持一头狮子的存活,那么狮子与自身肠道里的微生物之间也会存在能量的“竞争”;肠道里的不同微生物之间同样也会存在对进入肠道中的能量的“竞争”……

(https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2ODYxMzc3Nw==&mid=2247483972&idx=1&sn=e7d8a7db3adf197f53b57a15e9b9c098&chksm=cea8e9baf9df60ac96a923bea9f7b1a583514cfb4df51b80e40737777ff0bd3ac2c778b60449&token=1612502510&lang=zh_CN#rd)



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