多细胞生命的诞生
单细胞生物为什么要变成多细胞生物?
多细胞生物的出现并不是必然的。至今种类最多的生物依然是单细胞生物。
多细胞生物的出现是为了更好地吃,更好地避免被吃。
对于捕食者来说,个头大意味着更强的吞噬能力。
就算有了线粒体,细胞的体积也不可能无线扩大,当大到一定程度,用来进行物质运输的细胞膜的表面积就不够大了,细胞需要排出废物。
这时候生物体还想变大,就只有从单细胞变成多细胞。
多细胞生物还有一个重要的优势,就是分工。
一个细胞负责生殖,另一个细胞负责运动,这样生殖和运动这两个功能就可以同时进行了。
分工的优势:
- 专业
- 协作
团藻在几万个细胞的发力作用下可以游泳。
小肠上皮细胞单个能力一般,但是聚在一起,效率就很高。
- 创造新功能
大脑的神经细胞功能是完全建立在细胞分工基础上的,单个的神经细胞几乎没有用处。
而多个神经细胞可以在细胞间传输生物电信号和化学信号。
分工的代价--癌症
分工就意味着除了生殖细胞以外的细胞必须要放弃繁殖能力,而自我复制和繁殖是生命本能。
癌细胞就可以看做是叛变起义的细胞,原本放弃了繁殖机会的体细胞,发生了遗传变异,疯狂的自我复制和繁殖后代,破坏原有的生命形态,最终导致死亡的过程。
其实,细胞的叛变很频繁,但是对于大多数叛变,人体的免疫系统都会找到并杀死它们。
单细胞生物怎么变成多细胞生物?
多细胞生物其实相对容易产生。
如果单细胞生物分裂之后产生的两个细胞没有分开独立生活,而是一直黏在一起,那这样一分为二,二分为四,产生的后代细胞总是不分开,那一个多细胞生命就产生了。
多细胞生物在历史上至少独立出现过好几十次,分裂开黏在一起是比较好实现的。
分工如何实现
以潜能换功能。
最开始的时候,人体的所有功能都隐藏在一颗受精卵中。
在受精卵第三次或者第四次分裂的时候,一些细胞会长成胎盘,另一部分继续发育为胎儿。
向胎儿方向发展的细胞会持续分裂为人类胚胎。
这个胚胎会分为内中外三层。
外胚层的细胞会变成皮肤和神经细胞。
中胚层的细胞会变成肌肉、骨骼和血液细胞。
内胚层的细胞会变成各种器官。
这些细胞虽然还没有完全舍弃掉自己的复制能力,但是它产生的后代只有一种,比如神经细胞就只能产生神经细胞。
在它们变成了真正无法继续分裂的体细胞后,分工才真正实现。
是什么力量使得分工可以实现
内因和外因共同作用的结果。
外因:环境中化学信号的强度
在细胞被一分为二之后,分出来的两个后代细胞,由于身处不同的环境(比如有一种化学物质左边浓度高,右边浓度低)而产生了不同的命运。
内因:细胞之间的反复博弈
在外界环境差不多的情况下,比如说细胞内有一种叫Delta的蛋白质,一开始,分裂出的细胞区别不大,但是,就在下一秒钟,一个细胞的Delta蛋白质突然多了一点点,由于Delta蛋白质具有对外抑制作用,可以阻止周围别的细胞生产Delta。而且Delta细胞可以强迫一个细胞变成上皮细胞,如果一个细胞周围的Delta很多,这个细胞就会变成上皮细胞,少的话就变成神经细胞。如此循环下去,本来刚开始是微弱的差别就会被放大。