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世界万物为什么都要繁衍?世界上第一批生命出现时,是否就有了繁衍呢?
生命,物种,生物世界万物为什么都要繁衍?世界上第一批生命出现时,是否就有了繁衍呢?
发布时间:2016-12-08加入收藏来源:互联网点击:
有性生殖则涉及雄性细胞和雌性细胞(分别称为精子和卵子)的结合。
许多生物体都通过性繁殖,包括许多植物和动物,当然也包括人类。
上图:有性生殖的双重代价的例证。假设每个生物个体都产出相同数量的后代(以两个为例),则(a有性繁殖)每一代的种群数量保持相同,而(b无性繁殖)无性种群的每一代种群数量增加一倍。
通过无性繁殖繁殖的生物数量可以呈指数增长。但是,由于仅依靠微小的突变来改变其DNA,因此此类物种的所有成员都具有大体相同的特征,因而容易具有相似的漏洞。有性繁殖的生物产生的后代数量较少,但是子代遗传信息差异较大,使子代更有可能在不同的环境下存活。
繁殖或者繁衍的意义
在于它允许创造新的个体来保证物种的存续,更具体的原因包括:
它实现了生命周期
所有生物都将诞生、繁殖并死亡,并重复这样的生命周期。从这个意义上说,繁殖是与生命周期相关的一种行为或元素,因为它允许新个体的诞生,然后新个体的诞生将再导致其他个体的产生,依此类推。生命周期是生物体摆脱熵增对躯体破坏的手段。
上图:花的结构以及植物如何有性繁殖。花开花落是生命周期最形象的体现。
确保物种延续
繁殖是保证中物种延续的唯一方法,但人类掌握的克隆技术可以算是另一种。无性繁殖和克隆有类似的状况,而有性繁殖除了简单复制个体之外,还为个体的多样化提供了遗传分子学级别的生理机制。繁殖确保了物种的连续性,避免了物种灭绝。这可能是繁殖最根本的意义。
继承:将祖先的遗传特征信息传递给子代
脱氧核糖核酸(DNA)中所含个体的独特特性通过繁殖从一代传给另一代,这使新个体能够继承其父母的特征。继承生命的信息是繁殖更抽象的意义所在。生命实际上是一种信息库,它凝聚了自然界的某些低概率(低熵)事件的信息,使得生命能够在复杂多变的环境当中“知道”如何维持自己内部的稳态。这是繁殖在信息学层面的意义。这就好比建造某种建筑物的图纸(实际上是一种信息库)通过“繁殖”一代代地传下去,而且不断地改进以适应环境。灭绝就是这种信息库的彻底丢失(所有副本都不再存在)。为此,生物体形成了以细胞作为信息库,但细胞过度繁殖的策略来确保信息大量备份,以避免信息库被团灭彻底遗失。
上图:DNA就是一种非常精妙的生物信息库。
繁殖允许在物种中产生变异
通过有性生殖,个体的遗传信息一半来自父系,一半来自母系,因此,繁殖产生的个体将不是父母体之一的确切副本。这允许形成差异化的后代,以适应差异化的环境。而这样的状况是无法通过克隆或者无性繁殖来实现。这跟我们在计算机上采取的抽条备份与镜像备份的原理很类似。镜像备份不过是把数据复制一份,副本的硬盘的资源基本上是浪费的,而抽条备份则是把数据分给不同的硬盘去备份,可以更有效地利用磁盘资源。
不同的生殖方式为变异创造了不同的变异概率范围,也就是说允许物种的信息库被改写。改写带来了适应与不适应,在外部选择的情况下使得适应的个体继续传递其遗传信息。
上图:遗传变异就好像一本书被改了几个字,但碰巧改得妙,那么新抄的书就变得更优秀了。上帝认为“好书”更值得收藏,于是“破书”就被扔进了垃圾桶。
同一物种种内因繁殖变异的积累可以产生新物种
繁殖过程中出现的微小变异的积累,最终将允许新物种的出现。这是生物的信息库歧化和更新的过程,在遗传信息相对稳定的基础上,生物的遗传信息库发生偏移或者漂移,使得新物种与原物种差异从量变转为质变,形成相对意义上的新物种。于是我们在学术上所提的门纲目科属种便有了依据。
上图:新物种的诞生的一个示例。
上图:另一个示例。
生命的永恒
繁殖实际上是生命体延续自己生命的方式,例如我们每一个人、这世界上的每一个生命体,都是地球上最早最原始的那个生命体生命的延续。它的生命在我们体内继续存活着。这个世界上所有的生命体都是最早的那个生命体的生命延续到现在的存在形式。繁殖实际上就是生命不朽的关键。
生物体繁殖时,会将其部分DNA传递给其后代。反过来,这种DNA分子包含来自其父母、祖父母和曾祖父母……的遗传信息的片段,因此从最宏观的意义上来说,所有的生物作为遗传体系和生命传递体系的整体是永生的。也就是说,我们每个人都是父母生命的延续,生命力必须通过繁殖向下传递。
上图:DNA分子有非常多构成长链的方式,但生物体采用的那一种才是最佳的。生命的繁殖优化了一切能够促进生存的因素,而这个最优的系统就是最先进的生命体。
最早的生命则不一定都能繁衍
现在世界上的生命应该是地球上最早生命中的极少数幸存者的后代,在地球生命历史早期,估计有无数刚刚诞生的极原始生命形式并不具备繁殖的能力,它们的生命力非常有限,没有能力完成繁殖,因此没有办法摆脱外在环境的熵侵,这些生命的存在时间甚至不如昙花一现。而最终有少数太初的生命体突破了这个限制,完成了第一次繁殖,于是生命开始向更长的存活时间发展,这类似一个知识积累的过程——这些太初生命体在不断试错的过程中了解了地球环境的限制和机会,并且在DNA或RNA分子的催化下,不断地把一些低概率的成功繁衍信息转变为碱基序列积累到自己的遗传信息库当中——也就是说具备特定序列的DNA分子有机会存活下去。由此,DNA成为了生命竞赛的核心和生命信息的核心载体。遗传物质的传递和优化,成为了繁殖的目的和内涵,一切繁殖都是基于遗传物质的传递和优化而进行的。
上图:这可能是地球早期原始生命体的最古老的化石。
如果从宏观的角度讲,现代的所有生物也仍然在重复着太初生命的那些挣扎过程——有的物种灭绝了,因为它们没有办法完成下一次繁殖;而有的物种延续了下去,它们因繁殖而扩增称为更大的群体。
总结
物种的繁殖是一种自然现象,从宏观的角度来讲,这和石头被风化侵蚀成为沙粒、河床被水流冲刷成形是一样的过程;但从生命体自己的角度来看,生命的繁殖行为改变了自然力一味的不平衡或者“一边倒”的发展趋势(石头只能被风化成沙粒,而不能维持原状……),改变了环境中能量原有的作用方式。生命体通过繁殖实现了自体的周期性稳定——这或许就是理论上繁殖意义。
而地球上最早的生命也经历着与今天所有生物体经历的相同的过程——与环境中的熵对抗和斗争,成王败寇,亦不过是大自然布的局。
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