1 演化质疑

如果有一天，地球上所有的复杂生命都灭绝了，只剩下细菌，再给细菌20亿年，他们会再次演化出文明吗？

很可能不会。

这个答案可能很多小伙伴会表示无法接受。

因为早在初中的生物课上，生物老师就已经告诉了我们，生命的演化总是从低等到高等，从简单到复杂。

2 时间悖论

既然有20亿年的时间可以去挥霍，难道还不够细菌再复杂一次的吗？

20亿年都过去了，如果细菌还是细菌，那细菌都在忙着干啥？

忙着生娃好吧，细菌不会生娃。

作为单细胞生物，细菌所谓的生娃就是不断的分裂，一个变俩，两个变四个，这是细菌活着唯一要忙的事情。

3 结构限制

而这也正是细菌很难变复杂的原因。细菌结构很简单，它们并没有细胞核，就是细胞壁和细胞膜包裹着一团遗传物质。

所以一个细菌要变成两个，需要干哪些事情呢？首先它需要把dna先复制出一份来，细菌的dna是首尾相连的一条长长的带子，所以要复制dna它需要从头开始，像开拉链一样，先把dna一点一点分成两条链，然后再根据剪基找到对应的核苷酸，一个一个补上去。这个过程有点慢，至少比其他部分浮制的要慢。

所以一个细菌的dna越长，它浮制需要的时间就越长，也就意味着它分裂所需要的时间就越长。

问题来了，如果一个水域中有两个不同种类的细菌，张三和李四，张三同学一小时服制一次，而李四同学20分钟就浮制一次，那么一天下来结果会有什么不同呢？这时候经过了一整天艰苦卓绝的创造，张三同学已经有了16777216个福制体，声势浩大。张三们斗志昂扬，决定挑战李四金至水军千万余众方于将军，会业于此。是啊，一天下来就从光杆一人变成1600多万个弟兄，足可以一战了。

但是当他看到李四的团队时，一定会吓尿掉，因为这时候李四的团队已经有了4722366482869645213696个1个张三需要单挑2814749767106五六个李四才行，请问这仗怎么打？

4 速度至上

除非张三有高达。所以你看到了在细菌的生存竞争中，只有一条铁则唯快不破。

浮持速度越快越容易在竞争中取胜。但扶持速度这个问题，大家都没有掌握什么其他人没有的先进科技。因此要减少扶制时间就只有一个办法，短一点，再短一点。只有让d na变得更短，你才能够在竞争中取胜。

所以在所有的生物中，只有细菌是最明白什么叫做断舍离的。一旦有一段基因对生存长期没有作用，就可能会被扔掉。这段组上传下来的dna已经有好多肽没有用过了，咱也不知道它是干啥的，咋处理好办，优化掉。

当然细菌并没有思维，他们也不会有意的去做这些事情，所有这一切都来自于福制的不稳定和物竞天择。细菌dna不断复制，在复制的过程中是很容易丢三落四的，一不留神就会导致某些基因消失掉。如果某些基因非常重要，那么丢掉这段基因的细菌就直接挂掉了。只有那些对生存无关紧要的基因被弄丢了的时候，细菌才可能继续活下去。所以长此以往，细菌的基因库就变成了末位淘汰制。只要你这段基因在维持生存的工作上长期没有K I，那么不好意思，您就请走人。我们细菌争分夺秒忙着生娃，生产任务太重，资源紧张，没钱养钱人。

5 基因流动

但是公司人员是精简了，扛不住，市场需求变化快啊。你今天裁掉我们张某人，万一哪一天市场环境风云突变，忽然又需要张某人了。怎么要知道当年老祖宗把张某人招到公司，肯定也不是当花瓶用的。细勋说，这简单嘛，我们把张某人再找回来就可以了。真的可以吗？可以。细菌之所以敢对基因弃之如敝履，是因为他们有一种独门绝活，叫做水平基因转移。

在细菌之间，基因片段是可以随意转移的，它们可以从一个细菌身上转移到另外一个细菌身上，因此一部分细菌可以丢掉某一些暂时用不到的基因，只要整个基因群落里还有人保留着这个片段，那就没问题。因为他们可以通过水平基因转移重新获得这段基因，所以虽然整个大肠杆菌基因库需要18000多个基因片段，但平均每个大肠杆菌只需要四千多个基因就足够用了。

就是因为有这个绝技，细菌裁员才没有压力。你这个dna看起来好像没啥用，ok你滚蛋。不行，环境好像变化了没，他还真不行，要不您再回来。说句题外话，这就是为什么细菌可以在极短的时间中拥有抗生素耐受性。

当然这个过程并不是不可逆的，假设人类从此以后再也不用抗生素了不出多长时间，大部分细菌败家子就会把这段基因重新丢掉的。

好了，说到这里我们大致可以回答开始提到的那个问题了。如果所有的复杂生物都消失了，再给细菌20亿年，他们会再次演化出文明吗？答案可能一点都不乐观，因为对细菌来说越简单越好。

6 简化生存

复杂化需要更长的基因，因此生娃的速度就会变慢，因此后代就会被吊打。

而因为拥有水平基因转移的能力，让细菌在精简基因层面没有压力，就可以一直让自己的基因维持在刚刚够用的程度。

对细菌来说，活下去能生娃就很幸福了，还要什么自行车？

就是这样一群胸无大志的家伙，你给他20亿年，你就算让他搞得太阳系灭亡，他们可能还会是一堆细菌。

7 演化真相

所以演化并不一定会从简单到复杂，演化的方向取决于天泽的方向。

如果简单更利于生存，那么天泽一定会把演化推向简单。那么问题来了，在地球的历史上，这群胸无大志的细菌是怎么搞出第一个复杂的生物的？正片开始，大家好，这里是新时器公物园。

上回书我们说到在第一个生命路卡诞生之后，他的两个后代离开海底火山口的温床，分道扬镳，走上了独立演化的道路。

这两个后代一个是细菌，一个是骨菌。细菌和骨菌结构都很简单，它们都没有细胞核，就是细胞壁和细胞膜包着一团环状的遗传物质。

8 菌群演化

在变复杂这个问题上，兄弟俩同样既没思路也没作为。

不过这21年的时间里，君君们可没有躺平，他们在发明吃法上卷了起来，他们丧心病狂的改造呼吸链，在地球的任何一种环境下都几乎可以找到菌菌们的身影。

他们可以拿各种东西来恰饭，甲烷、硫、水泥、塑料，好像当时没有塑料，而呼吸链的结尾那个最终氧化物更是五花八门，二氧化碳、硝酸根、亚硝酸根、一氧化氮、硫酸根、亚硫酸根、亚铁离子。

只要能够接受电子就值得君君们试一试。首先取得优势地位的是古菌，他们首先演化出了一种叫做视黄醛的物质。对，就是我们眼睛里用来打光的那玩意儿。视黄醛有什么用呢？它可以接受太阳光，利用太阳光的能量维持体内的碱性环境，让自己能够像在当年岩石洞力一样，利用质子浓度差来生产食物。

9 光能革命

这让它们迅速散播到了每一个阳光能够照得到的海域，它们吸收和利用能量最高的绿光，反射出红光和蓝光，因此呈现紫色，史称紫色。

地球细菌们因此只能在它们的阴影下苟延残喘，直到有一种叫做蓝细菌的细菌发明了光合作用。

既然绿光已经被古菌们消耗殆尽，它们就只能从古菌们吃剩下的其他光中获得能量。他们演化出了叶绿素，只牺牲谷君吃剩下的红光和蓝光，把绿光扔出来。然后他们利用太阳的光子把一些色素上的电子打出来，这些高能电子携带着光子的能量被一路传递下去，制造了我们的老朋友质子浓度差来生产atp剩下的能量，再去以二氧化碳为原料生产葡萄糖。而那些失掉电子的色素细胞，没有电子很难受，只能转头从水分子那里再把电子挪过来。

于是水分子里的氢被分成了质子和电子，而氧就变成了氧气，被它们当做废物排出来。

10 氧灾剧变

至此，地球的环境就要发生天翻地覆的变化了。要知道原始地球中是基本没有氧气的，那个时候很多菌，菌们主要依靠硫化氢来获得质子和电子，也就是说它们是以硫化氢为食。

对于原始生命来说，氧几乎就是剧毒一样的存在，因为活性氧具有非常强的氧化性，它们粗暴地从各种东西上夺取电子，无差别的氧化掉一切东西。

亚铁离子和硫化氢被氧化变成铁锈和硫酸盐沉入海底，而组成生命的大分子则被残忍的氧化拆解，无一幸免。

于是那些在无氧环境下生长起来的菌菌们被分解的支离破碎，扼瓢遍地，再加上氧气，还顺便干掉了空气中最重要的温室气体甲烷。于是地球的温度骤降。在大概24亿年前，整个地球变成了一个大冰球，地球进入了长达3亿年的休伦冰河期，这一波几乎带走了地球上99%的生命。

11 呼吸进化

在这漫长的中场休息中，那些在氧气中苟延残喘的菌菌们终于演化出来对抗氧化的蛋白。他们可以阻挡氧气的氧化作用，或者修复受伤的身体，于是他们获得了和氧气和平共处的机会，而同时更是有细菌直接进化出了利用氧气的能力。

既然以氧化性那么强，又到处都是我直接用你的氧化性来运输电子获取能量难道不行吗？于是他们把原有的呼吸链进行改装，把原先使用的氧化剂换成氧气，这就是我们上个视频提到的有氧呼吸链了。

食物中的电子被剥离下来，经过十几次的传递，最终来到了氧气那里，史上最强的能量工厂产生了。当地球逐渐回暖，这世界已经是耗氧菌的天下了。

如果不是一场偶然的邂逅，也许细菌们就会像过去的十亿年一样，继续享受着面朝大海春暖花开的日子，过着研究食谱、努力生娃的生活，直到永远永远。

12 时代转折

但大人时代变了，关于此后发生的故事，其实流传着多个版本，最广为人知的故事是这样。

有一种落魄的古君后代，因为没有办法再过之前那种躺赢的生活，于是拆掉了自己的细胞壁，靠扭动自己的细胞膜获得了移动和吞噬的能力。同时为了避免自己最娇贵的dna被氧气损坏，他们把dna团成一团，包在了一层膜中，于是产生了最早的细胞核。然后有一天，他们一不留神，吞掉了一种能够有氧呼吸的细菌，但是这个细菌并没有被消化，它们在骨菌体内注了下来。

他们吃掉谷菌代谢的废物，帮助谷菌消耗掉致命的氧气，同时生产出atp从此谷菌和细菌快乐的生活在一起，变成了最早的真核生物。

但今天阿要讲故事有一点不一样，这个故事叫亲甲说，故事的主角叫做甲烷菌甲烷菌。

甲烷菌是古菌的一种，它们有和细菌完全不同的代谢过程，就如同上个视频中所提到的那个遥远先祖一样，甲烷菌所需的原料也很简单，二氧化碳和氢气。

13 甲烷困境

它们一方面利用这两种东西生产有机物，另一方面也用它们来获得能量，代谢产物就是甲烷，所以我们今天还在使用它们制造甲烷。不过因为氢会优先和氧反应生成水，所以只要有氧气存在，二氧化碳就要靠边站，于是甲烷菌就要饿肚子了。

所以当地球表面布满了氧气，留给甲烷菌的就只剩一条路了。前往那深深的氧底，寻找那氧气都难以抵达的温柔乡。

但大洋深处也并非一片净土，在那暗无天日的阳底，沉淀着大量的硫化氢，臭气熏天，那是硫酸盐还原菌的天下。

在争夺氢的战争中，甲烷菌是无法和硫酸盐还原菌硬杠的。

14 共生起源

就在这进退维谷的时刻，甲烷菌遇到了故事的另外一个主角，那个他将来要厮守几十亿年的伙伴阿尔法变形军。

是的，即使在现在，我们仍然能在某些细胞体内看到这一对，他们紧紧的靠在一起，相依为命，从20亿年前一直到现在。

以今天的眼光来看，阿尔法变形军就是细菌中的一个斜杠青年，在吃饭这个问题上，他真的是把技多不压身贯彻到了极致。[

12:34.950-12:37.140]可能是那个年代太动荡不安了，导致阿尔法变形菌变成了一个代谢基因收集癖，在细菌的水平基因转移中，不遗余力的收集各类和能量代谢有关的基因片段。[

15 代谢全能

12:46.350-12:48.620]什么有氧呼吸这玩意儿不错来一套。

什么无氧呼吸这玩意儿不错来一套。

什么发酵这玩意儿不错，也来一套。

此刻甲烷军遇到的这群阿尔法变形菌居住在深深的海底，此处没有太多氧气，所以阿尔法变形菌只能使用自己的无氧呼吸链。

16 产物共生

这条链和有氧呼吸类似，只不过最后生成的是二氧化碳和氢气。

二氧化碳和氢气，二氧化碳和氢气。

这不就是甲烷菌梦寐以求的食物嘛？

在饿的眼冒金星的甲烷菌看来，这简直就是一头奶牛吗？

17 依偎吞食

贴上去，快贴上去，使劲吸。

于是甲烷菌靠上去，与阿尔法变形菌紧紧依偎在一起，真满足。

还不够，要不再抱的紧一点点。

于是就在这越抱越紧中，甲烷菌最后终于把阿尔法变形菌直接抱到了肚子里。

18 共生困境

这下终于满足了，但是事情接着就没那么美妙了，阿尔法变形菌是一类异养型细菌需要吃东西的。

你把我包肚子里了，我吃啥？

要想奶牛产奶好，就得奶牛多吃草，草没了，自然奶也没了。

于是这个被吞到肚子里的阿尔法变形菌就饿死在甲烷菌的肚子中，它的身体连同基因在甲烷菌体内消散，而饥饿的甲烷菌则继续去寻找下一头奶牛了。

19 基因融合

就是在这样一次次的吞食中，某些阿尔法变形菌的基因并没有消失，他们在甲烷菌的体内由来荡去，最后通过水平基因转移接到了甲烷菌的基因上。

于是逐渐的有一些甲烷菌发现自己拥有了更多的示范花样，它们不仅拥有了掠食能力，还可以把食物直接发酵。于是当这些甲烷菌再次把阿尔法变形菌包在体内的时候，情况出现了一点点不一样，它们吞到肚子里的食物经过发酵产生的废物正好变成了阿尔法变形菌的食物，终于不用再饿肚子了。

在无数个死去的前任贡献了自己的基因以后，阿尔法变形菌终于在甲烷菌体内过上了衣食无忧的小日子，而此时的甲烷菌早已不是当年那个只能依靠二氧化碳和氢气苟活的甲烷菌了。

中二少年终于成长为盖世英雄，既然没有亲戚，也可以生活下去，我为什么还要在这暗无天日的海底受硫酸原还原菌的欺负呢？

广阔天地大有作为，再见了您内。

20 重返光明

于是甲烷菌回到了氧气充足的海面，带着他体内的阿尔法变形菌在这里季多不压身的阿尔法变形菌再次找到了施展才华的空间。

在充足的氧气下，他的有氧呼吸链启动了起来，他们一刻不停的燃烧氧气，制造atp给甲烷菌提供出源源不断的能量，在长期的共生中像前人们一样通过水平基因转移，他们逐渐把自己的大部分dna都丢给了甲烷菌，只留下了控制呼吸链的一小部分。

他们再也离不开甲烷菌了，它们变成了线粒体。

而甲烷菌呢？它们距离真核生物还有一步之遥，它们还需要一颗细胞核。现在的真核生物细胞拥有和细菌一样的细胞膜，而它们的核膜也和细菌的细胞核一模一样，所以真核生物的细胞核只可能来自于细菌，而不是古菌独立进化出来的。

故事的简化版本大概是这样的，当阿尔法变形菌贡献了自己大部分dna的时候，它制造细胞膜的dna当然也一同贡献了出去。于是甲烷菌的蛋白工厂开始依照图纸制造，这些被制造出来的纸质无处可去，于是他们就包在了dna的周围，逐渐形成了一片，最终形成了完整的核膜，细胞核诞生了，世界上第一个真核生物走上了历史舞台。

21 真核优势

相比较细菌和古菌，真核生物具有非常多的优势。

首先，它们能够变大菌，菌们之所以无法变大，和它们的结构是有关系的。它们是由细胞壁和细胞膜包裹起来的，它们的呼吸链位于细胞膜上，依靠细胞膜上的at合成酶来打包能量。但我们都知道，表面积是平方关系，而体积是立方关系。也就是说，如果一个细菌变成原来尺寸的两倍，那么细胞膜会变成原来的四倍，而体积则会变成原来的八倍，这就像一个公司扩大了八倍，而赚钱的业务却只增长了四倍，这样的公司怎么变大变强？

而真核生物与细菌不同，他们的能量来自于线粒体，这让他们终于摆脱了细菌，那种精打细算过日子的生活不就是需要能量吗？简单多来一点线粒体就可以了。

而线粒体因为已经精简掉了大部分的dna，所以它们的辐质就简单多了当细胞不需要消耗太多能量就能够辐制dna的时候，它们就可以把节省下来的能量生产更多的蛋白。机器还有余力把dna变得更长。

因为能量充足，他们甚至可以通过改变自己的微管来随时改变细胞膜的形状，于是它们会变形的。

自此为止，演化的天泽上再也不是只有多生娃这一条路可走了。变大变强、变复杂，也可以有更多的竞争优势。管你多能生，只要我变得更大，只要我学会了一口闷，你们不就是一帮会游泳的孢子吗？

其次，因为线粒体的原因，细胞演化出了有性生殖。

但是这个故事太长，我们就不展开了。简单来说，受伤细胞中的线粒体为了继续生存下去，于是驱使宿主与另外一个细胞融合，于是便有了性。

而为了融合后的细胞中线粒体的一致性能够更高，其中一方的线粒体就会被干掉，于是这些线粒体被杀光了的细胞变成了雄性细胞。而那些能够保存线粒体的细胞变成了雌性，并且通过演化固定了下来，于是就有了两性。

因为有了性，dna的重组获得了更多的多样性，而优质的基因更容易被筛选出来，演化的速度就大大的加快了。

于是演化的故事从那个谁多生谁光荣的牧哥时代来到了弱肉强食的丛林时代。

22 合体演化

大一点再大一点，快一点再快一点，如果一个人干不过，我们就来合个体。

于是单细胞们开始拉帮结派，最后连在一起再也不分开。多细胞生物诞生了，这些传成一团的细胞逐渐分化，变成了不同的器官。

经过几亿年的演化，他们变成了真菌，变成了植物，变成了动物。

它们离开海洋，登上陆地，飞上天空。

23 生命多样

他们既有朝生暮死的浮游，又有屹立千年的巨木。

他们开启了重制满谷的历史，他们演绎了龙兽争霸的传奇。

然后有一天，他们的一只上了树，又在几百万年前选择从树上走下来，走上了吉凶被卜的前途，并最终变成了电脑前的你我。

这就是真核生物诞生的故事了。

24 机缘巧合

你看到了，在我们今天讲述的这个版本中，存在着太多的机缘巧合，因为从甲烷菌到真核生物的诞生，需要跨越的步骤太多。

但也许一个最离奇的故事却最接近真相。

至少我们今天的世界还能看到很多当年的影子。真核细胞中有很多基因片段与甲烷菌是一模一样的，这说明他们的祖先可能曾经是甲烷菌。

而在很多厌氧生物中，我们还可以看到线粒体的另一个同胞兄弟亲化媒体。是的，这是多才多艺的阿尔法变形菌的另一个后裔。

25 历史影子

因为长期生活在厌氧生物细胞里，它只剩了无氧呼吸那一套系统，而甲烷菌依然不离不弃的依偎着它，就像当年第一次遇到它的祖先时一样。

也许正是因为真核生物的诞生，存在着如此多的机缘巧合，在几十亿年的生物演化史上，这个故事只发生了一次。

如果当年阿尔法变形军不是恰好在无氧环境中打发时光，恐怕就不会有这一场邂逅。

如果当年的阿尔法变形菌不是恰好还有一套有氧呼吸的基因，恐怕甲烷菌也只能在某个昏暗的角落里苟苟吟生。

26 环境依赖

你发现了，也许正是因为当年那个大氧化的环境，才造就了阿尔法变形菌这样的斜杠青年。

再给地球这样一次机会，这故事还会发生吗？也许会。

给其他星球这样一次机会，这故事会发生吗？也许不会，毕竟这只是一个假说，如同生物学里所有假说一样，没有人能证实它的真实。

我们所能做的只能像侦探一样，通过演化留下的一点点蛛丝马迹，寻找一点点当时的影子。

27 结尾互动

这里是新石器公园，我们关注一切可能影响人类未来的科学和技术，并试图带大家一窥底层的原理。

如果你喜欢本期视频，欢迎点赞、投币加收藏。

如果你对航天、人工智能、信息数据、生命科学、人机交互以及未来感兴趣，欢迎关注我们。

本期就到这里，很快回来，下次再见。