Nature重磅：新研究颠覆了单细胞生物进化多细胞生物的核心理论

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Nature重磅：新研究颠覆了单细胞生物进化多细胞生物的核心理论

未解之谜｜进化论，你不知道的3谜团

从单细胞生命到人类，我们究竟是怎么进化完成的？

从单细胞生命进化到多细胞生命需要多久？有什么历程？

一、Nature重磅：新研究颠覆了单细胞生物进化多细胞生物的核心理论

单细胞生物怎么进化成多细胞生物？

在进化史上，有许多重大的转变，从微观的单细胞世界向多细胞动物世界的飞跃，就是其中之一。

长期存在的观点认为：多细胞动物是从类似现代海绵细胞的单细胞祖先进化而来的。

昆士兰大学的科学家6月12日发表在《nature》最新研究结果，颠覆了生物学家对动物进化史长达一个世纪的理解。

研究小组通过对所有表达的基因进行测序，绘制了单个细胞的图谱，让研究人员能够随着时间的推移比较相似类型的细胞。这意味着他们可以通过寻找每种细胞类型的“特征”，梳理出单个细胞类型的进化史。

论文图片

利用新技术来研究多细胞动物是如何进化的，发现揭示了一个惊人的事实：最早的多细胞动物可能不像现代的海绵细胞，而更像是可转换细胞的集合，即动物王国中所有细胞的曾曾曾祖母很可能与干细胞非常相似。

这明显与多年来的传统相悖。

几十年来，生物学家一直认为现有的理论是显而易见的，因为海绵领鞭毛细胞看起来非常像单细胞领鞭毛虫---后者被认为是动物现存的近亲。

但研究证实它们的转录组特征根本不匹配，这意味着它们并不是我们最初认为的动物生命的核心组成部分。

与植物和真菌相比，动物有更多的细胞类型，以非常不同的方式使用---从神经元到肌肉---细胞的灵活性从一开始就对动物进化至关重要。

多细胞生物带来了难以置信的复杂性，创造了我们今天看到的动物、植物、真菌和藻类王国。

这项技术只在最近几年才被使用，但它帮助我们最终解决了一个古老的问题，发现了一些与任何人曾经提出的完全相反的东西。

我们正在颠覆进化生物学的核心理论。

小编感悟：借助新技术，我们有机会重新想象最初产生动物的步骤，以及将单细胞转变成多细胞动物生命的基本规则。希望这一发现能帮助我们了解自身的状况，以及我们对自己干细胞和癌症的了解。

参考资料：

1. How multi-celled animals developed

2. Pluripotency and the origin of animal multicellularity

3. Evolutionary discovery to rewrite textbooks

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一、未解之谜｜进化论，你不知道的3谜团

大家一定在书中学到过进化论，可是，被写进书的进化论，为何至今依然不断受到争议呢？

首先，进化论是一种假说，而并非公理。

生物学 家达尔文在1859 年提出了进化论。当时，达尔文为了解释地球上生物的多样性和生命的起源，写了《物种起源》，他当时说“进化论只是一个假说，这不是真理，需要后人进一步的去验证 ”。

我们知道进化论中有几个核心的论点：

1. 共同先祖论： 生物可以从一个物种演变成另一个物种。所有的生物都有一个共同的祖先，就像一棵大树从树干上衍生出种种分支。单细胞生物可以演化成多细胞生物，再到动物、植物、真菌，发展出各种域、界、门、纲、目、科、属、种。

2. 基因突变： 一些突变会被融合到基因中，这是生物进化的方式。

3. 物竞天择： 自然环境会给物种带来压力，可以适应环境的生物才能生存下来，强者生存，弱者淘汰。

可是，截至2020年4月，化学、生物学、医学、物理学、地质学、人类学、古生物学、统计学和其它领域的一千一百多名科学家和研究人员

选择’是否能够解释生命的复杂性，我们持怀疑态度。应该鼓励对达尔文理论的证据进行认真的审查。”

科学家们为什么会对进化论提出质疑呢？

我们 经常听说“人类是由猴子演变来的”。进化论提出人类和猴子有一个共同的先祖——“猿人”，或称为 “类人猿”，认为人类最早是从植物演化成动物、猿人，最后进化成现代人——“智人”。如果是这样，演化的过程一定会造就无数代差异微小的中间种类。但是迄今为止，考古学并没有发现这样的中间种类，生物都各从其类。人们至今没有找到假设中的“猿人”先祖。

而一些被称为“人类祖先”的化石，其实都是由一些骨头碎片拼凑出来的，科学逻辑上并不靠谱，无法完整地证明人类是由猿猴进化而来。

1974年在东非发现的“露西”（Lucy），曾被认为是人与猿的共同祖先——“猿人始祖”。

有很多科学家对Lucy的骨骼、结构等进行了鉴定。

猿猴和人之间最主要的区别在于骨骼的构造。纽约州立大学 健康 科学中心解剖学家杰克·斯特恩（Stern）和兰德尔·苏斯曼（Sussman）在《美国人类学杂志》 上的论文提到：猿猴Lucy的手和脚根本不像人类的手和脚，人类的膝关节和手脚是直的，猿猴Lucy的膝关节和手脚则是弯曲的。

西澳大利亚大学（UWA）解剖学和人类生物学教授、芝加哥大学和英国伯明翰大学教授查尔斯·奥克斯纳德（Charles Oxnard）博士在1987年华盛顿大学出版社的《化石、牙齿和性：人类进化的新视角》一书中写道：Lucy跟人类的祖先没有任何的关系，它只是一种已经灭绝的猿类，属于“南方古猿阿法种”，而阿法南方古猿则具有树栖灵长类动物典型的、长而弯曲的手指和脚趾。

尽管如此，人们还是把她做成了雕像，安上了人的手脚，放在了公园里面。

一些被称为“人类祖先”的化石，都是由骨头碎片拼凑出来，无法完整证明人类是由猿猴进化而来。

基于进化论，物种如果要发生进化，首先需要原始物种的某个体发生突变；而绝大多数的基因突变都是有害的，一个有益突变产生的概率大约只有1/1000。

然后，这一突变需要与原始物种自身的其它基因相容，又要在生存竞争中能够存活，并且有机会得到繁殖，一个有益的基因在种群中能够稳定下来并扩大的概率低约等于0。

假设进化一个的新物种需要10个有益的突变基因（事实上完全不止），需要的时间是10的97次方年的时间。可是我们目前发现宇宙的年龄只有200亿年，也就是10的10次方年，可见通过基因突变产生新种几乎是不可能的，宇宙没有时间等待。

进化论另一个主要观点是“物竞天择，适者生存”，适应能力更强的个体才能够存活。然而，自然中的生物真的都遵循这一规律吗？

一篇发表在《自然》（Nature）杂志上的研究显示，波士顿大学（Boston University）及哈佛大学的科学家在研究细菌的抗药性时发现：有一些抵抗力强的菌株会牺牲自己，使得这种细菌群体更快对抗生素产生抗药性，以此提升整体的存活机会。也就是说，自然界也并不完全遵循“物竞天择，适者生存”这样残酷的竞争法则，就连细菌这种微小的生命也会做出自我牺牲的利他行为。

人们在1897年之前，也曾认为原子是不可分割的，直到英国物理学家约瑟夫·汤姆森（Joseph Thomson）爵士发现原子也可以分割。科学的发展需要不断更新以前的旧观念。而进化论是1859年被提出的假说，到如今受到质疑也是很正常的。

那么，如果进化之说并不可靠，我们对于物种的起源还有哪些认识呢？

在寒武纪之前，生物的种类非常贫乏。

然而，1909年华克(Walcott)在加拿大的伯基斯页岩中，发现多种海洋动物的化石在寒武纪时代（约5.7亿 5亿年前）突然大量出现。

无独有偶，“中 国澄江动物化石群 ”的考古发现：澄江在5.3亿年以前，出现了许多不同种类的动物化石。综合全世界发现的寒武纪化石，共有五十多门，成千上万的的物种，并且完全没有留下任何进化或演变的痕迹，故名“生命大爆发”。

多种动物化石在寒武纪时代突然大量出现。

根据进化论的理论，生命起源于海洋，而物种的多样性是经过了漫长岁月演化而来的，也就是说——人类是由鱼进化成的。可是，接下来的这项研究却颠覆了这一观点。

2018年，来自纽约洛克菲勒大学的 马克·斯托克尔（Mark Stoeckle）和瑞士巴塞尔大学的大卫·泰勒（David Thaler）在《人类进化》杂志上共同发表了一个研究。他们与全世界数百名研究人员研究了 100,000 个动物物种，500万个DNA片段。

我们知道，超市里每种物品都有专属的条形码，地球上的每一种物种也都有对应的DNA条形码，在线粒体基因里面。科学家们通过分析地球上不同的物种“基因条形码”，根据他们之间的变异度做比较，推演出今天地球上90%的物种，包括人类，都是在10万到20万年前同时出现的。

科学家推演出今天地球上90%的物种，包括人类，都是在10万到20万年前同时出现。

曾有多名物理学家提出过，有高于人类的文明存在的可能性，人类所生存的环境可能是被高于人类文明的生命创造出来的。那么，这么多具有精巧功能的生命，有没有可能也是被高于人类文明的生命创造出来的呢？

我们期待，随着科学在不断发展、不断完善，人类对生命现象的认识也会越来越清晰，这些谜团都会慢慢被解开。

二、从单细胞生命到人类，我们究竟是怎么进化完成的？

有一个更诡异的现象，目前地球上90%的生物，是在寒武纪生物大爆发中诞生的。打个简单的比方，我们将46亿年的历史化做一年。那么地球上的生物仿佛在一夜间，从单细胞生物进化到的无比复杂。这种进化论难以自处。

关于人类起源和进化理论争论已久，在人类进化过程中很多缺失的环节让人们悬念迭起.如果人类起源于非洲，那人类为何会出现今天的四色人种？菜叶网如果人类是古猿的一个分支进化而来的，那是何种原因导致了早期人类优于其他分支而得以进化？

一个个新发现，一项项新研究成果的层出不穷，给科学家们各自的理论增加了一些说服力，也为人类缺失的进化环节提供了新的假说.然而，目前没有一种进化理论并非无懈可击，在人类进化发展中的诸多问题仍争论不休.人类从哪儿来，往哪里去？这也是让包括科学家在内的所有人脑袋里的一个大问号.

达尔文认为在自然界遗传和变异是一个普遍现象，其次达尔文分析了生存斗争，提出了广义的生存斗争，以及如果没有生存竞争的话生物按几何级数增加的趋势，即过度繁殖，但是在自然条件下，由于食物的有限性，就必然会出现生存竞争菜叶网，生存竞争就是自然选择的主要核心，优胜劣汰和适者生存是自然选择的标准和结果，优胜劣汰就为物种的进化提供了方向。因此总结起来就是过度繁殖、生存竞争、遗传和变异、适者生存。

达尔文的生物进化论从达尔文发表《物种起源》第一天起就有很多当时的科学家质疑，比如当时瑞士出生的哈佛大学古生物学家路易斯.阿加西斯，达尔文曾经送给阿加西斯一本《物种起源》，虚心的请教阿加西斯，希望阿加西斯提出意见。

阿加西斯也很认真地拜读了这部巨作，还在书的边缘做下详细的笔记，但是到最后阿加西斯的结论还是让达尔文失望啦，为什么这么说呢？

因为阿加西斯认为化石记录尤其是寒武纪的生物大爆发的化石记录是达尔文物种起源理论无法逾越的难关。

我们知道任何黑猩猩的基因组只有1%的差异，但是我们还知道黑猩猩有24对染色体，而人只有23对染色体。对比发现，只有人的2号染色体对不上，其他都能一一对上，仔细研究发现原来人的2号染色体和黑猩猩的2-1号和2-2号染色体是对应的菜叶网，也就是说，在人和黑猩猩的祖先发生了一次大的突变即2-1号染色体和2-2号染色体发生了染色体融合，

一般认为染色体的变异是大突变，可是从物种进化来看也许真的是小突变，也许某天一个古猿生下一对异卵双胞胎(还是一男一女)，这对双胞胎一生下来就和父母不一样，他们的骨骼导致他们可以或者只能直立行走，他们是异类菜叶网，于是他们没有办法和其他古猿融为一体，于是他们在了一起(新物种产生是从乱伦开始的，想一想就可怕，看来人的诞生就带着原罪)，新的物种产生了。

总之，现在的发现无法真正说服人类达尔文进化论是正确的。或许等未来我们对前人遗留的事物发现得多了，科技探索水平发展得更高了，总有可能会了解人类的起源。

三、从单细胞生命进化到多细胞生命需要多久？有什么历程？

一万年以上。假设现在有大分子物质，即初级有机物质已经出现，此时地球会比较热，火山喷发频繁。经过很长一段时间，大分子物质不断聚集和分离，最终出现了能够自我复制的大分子物质。

那么可以说这就是生活。然后这些最初的生命经历了很长时间。它们缓慢地聚集和分离，最后出现了单细胞。这是一个巨大的进步，也是关键的一步。因为即使是今天的人类也由无数的单细胞组成。在那之后，可以说这是自然的。当然，这也需要很长时间。然而，与生产单细胞所花费的时间相比，它要少得多。其余的，只需查看其他的问题。简而言之，这是一句话： 生物学对环境的不断适应和适者生存。从单细胞生物发展到多细胞生物是一个进步。

由于单细胞生物结构简单，只有在遇到不利环境时才能采取消极回避，因此它们往往经不起环境的考验而死亡。单细胞生物之所以采用分裂的繁殖方式，是适应环境的结果。应该这样理解，这仅仅是因为单细胞生物受环境的影响很大，不利的环境会导致大量死亡，也就是说，通过快速的复制速度实现种族的延续。多细胞生物，随着结构的逐渐复杂，它不仅能适应环境，还能通过影响环境使种族的延续更容易实现。

尽管繁殖模式复杂，繁殖速度比单细胞生物慢，但它保证了后代的存活率和对环境的适应性。古生物学家告诉我们，大约 36亿年前，第一个活细胞被生产出来。对生命和细胞起源的研究不仅具有生物学意义，而且具有科学的宇宙学意义。细胞的起源包括三个方面： ① 构成所有真核细胞的起源，伴随生命起源的原核细胞的起源， 新发展的三界理论，也就是说，古代核细胞的起源。