第4章 生命从细胞开始(1)
地球上除病毒之外所有的生命都来自于细胞，换一句话说，除病毒之外所有的生命体都是细胞生物。而细胞生物都起源于单细胞，无论是植物还是动物，都是由单细胞不断进化而来的。简而言之，生命从细胞开始。
地球上的一切细胞生物进化的基本过程是：由单细胞进化而成为原生物，原生物先后演化出初级植物和初级动物。初级植物为初级动物提供天然食物的同时，也为自身的进化创造了自然条件，反过来也为初级动物的进化创造了自然条件，从而它们之间互为因果、相互循环利用并一代传一代地由低级生物形态逐渐向高级生物形态层级进化。
原始细胞的演化
原始细胞是生命的最初级阶段，发育还极不完善，只有核酸和蛋白质以及简单的酶系，还没有细胞核。随着能量的不断增加，原始细胞的演化进一步走向高级阶段，细胞的物质和结构进一步完善，渐渐发展成为原核细胞和真核细胞。
最原始的生命
大约在38亿年前，当地球的陆地上还是一片荒芜时，在咆哮的海洋中就开始孕育了生命，也就是最原始的细胞，其结构和现代细菌很相似。大约经过了1亿年的进化，海洋中原始细胞逐渐演变成为原始的单细胞藻类，这大概是最原始的生命。
科学家为了验证生物的起源，在1861年，俄国化学家布特列洛夫把一个碳氢化合物（甲醛）溶解在石灰水里，在温暖的地方停放了一段时间之后：这些东西变甜了。也就是说，甲醛在石灰水中竟变成了糖。这个现象令人想到原始海洋里的条件。
一个惊人的实验在1952年成功了。美国科学家米勒用甲烷、氨、氢和水蒸气混合成一种与原始地球大气基本相似的气体，他把这气体放在抽成真空的玻璃仪器中，通过连续进行火花放电，来模仿原始地球大气层的闪电。一星期之后，在这种混合体中得到了5种构成蛋白质的重要氨基酸，这些都是活体组织中的主要组成部分。
米勒的实验室震动了科学界。因为，在自然界中，由甲烷、氨、氢和水蒸气变成氨基酸该经过几百万年。米勒让人们在他的实验室中观测到在自然界因变化速度太慢而无法看到的物质变化现象。原始地球上的物质变化在他的实验室里得到了再现。
原始细胞的构造
通常情况下，一个完整的植物细胞主要有下列结构：
（1）细胞壁。位于细胞的最外层，是一层透明的薄壁。主要由纤维素和果胶组成，孔隙较大，物质分子可以自由透过。细胞壁对细胞起着支持和保护的作用。
（2）细胞膜。细胞壁的内侧紧贴着一层极薄的膜，这层膜就是细胞膜。细胞膜由蛋白质分子和磷脂双分子层组成，水和氧气等小分子物质能够自由通过，而某些离子和大分子物质则不能自由通过。因此，它除了起着保护细胞内部的作用以外，还具有控制物质进出细胞的作用：既不让有用物质任意地渗出细胞，也不让有害物质轻易地进入细胞。
（3）细胞质。细胞质为细胞膜包着的黏稠透明的物质。在细胞质中，有一个或几个液泡，其中充满着液体，叫做细胞液。在成熟的植物细胞中，液泡合并为一个中央大液泡，其体积占去整个细胞的大半。细胞质被挤压为一层。
（4）细胞核。细胞核为细胞质里的一个近似球形的核体，是由更加黏稠的物质构成的。细胞核通常位于细胞的中央，成熟的植物细胞的细胞核，往往被中央液泡推挤到细胞的边缘。多数细胞只有一个细胞核，有些细胞含有两个或多个细胞核。
原始细胞是最初级阶段，发育还不完善，只有核酸和蛋白质以及简单的酶系，还没有细胞核。随着获得的能量的不断增加，细胞的演化进一步走向高级阶段，细胞的物质和结构进一步完善。再经过漫长的年代，渐渐发展成为原核细胞和真核细胞。
原始细胞的演化之路
原核细胞是一类比较原始的细胞。但是，原核细胞也不可能从非细胞的生命形式一下子产生。有没有比典型的原核细胞更原始、更简单的细胞或生物结构呢？
病毒无疑是一类更简单的生物结构，它们主要由核酸包以蛋白质外壳而构成，过去一度认为病毒是从非生物到生物的过渡形式，生物大分子首先形成了病毒的结构后，再由此产生原始细胞的结构。但随着对病毒研究的深入，发现这种观点是错误的。病毒是不可能在细胞之前起源的。
还有一类称为支原体的微生物，它们可以说是现代最小最简单的细胞。支原体能独立生存，除了可以在细胞中寄生繁殖，还可以在无细胞的培养基中生长繁殖。它们多为球形，比细菌小得多，直径只有0.1～0.3um，从体积上来说是一般细菌的1/1000，只相当于一些病毒的大小。支原体能引起多种人和其他动物的疾病，在植物中也发现有寄生的支原体存在。
支原体细胞的结构极为简单，只具有作为细胞所必需的结构。支原体的外围是细胞膜，其内细胞质中只有核糖体这种细胞器官，数目有上千个之多。至于支原体的基因组，则为双链DNA，散布于整个细胞内，没有形成核区或类核。在这种细胞内，含有DNA、RNA和多种蛋白质，包括上百种酶。可见尽管支原体很小，但在结构和机能上是可以与其他较为复杂的原核细胞比较的。所以，它们是一类完整的生物。
那么，最原始的细胞是什么样的？下面是一些合理的推测。
地球无机物质主要由二氧化碳、水和氮等化学物质组成。在地球自然形成的具备生命出现的天然条件下，由于有天然的南北两极和地球的自转和公转的特征，使地球表面出现了温差而产生风和引力。在风和引力的作用下，会引发液态水翻起波浪和进行水流运动。波浪和水流不停地冲击地球物质——尘粒，并在太阳能量的作用下，使尘粒物质（二氧化碳、氮）和液态水出现物理化学反应，并在一定时间的化合作用下，使无机的尘粒物质发生变化，并由无机物质向有机物质转变，从而形成一个有感觉的微小生命体。这种在地球上出现的生命体，统称它为单细胞。
单细胞形成之初是非常微小的，人类眼睛是无法能看见的。由此可见，单细胞形成的物质本质，是二氧化碳、氮和液态水通过物理化学反应所形成的。单细胞除天生有感觉外，还天然具有染色体和线粒体这些化学物质，为今后逐步进化形成各类型细胞生物物种打下天生遗传、复制和记忆的物质基础。
同时，它还具有自养和异养两种不同特征的天然属性。自地球形成上述的自然条件之后，单细胞就能持续诞生，正因为单细胞具有天然的自养和异养属性，它们的诞生就有二氧化碳、液态水和氮物质为其提供天然的生存要素。由此可以得出一条定律：自然界只要有稳定的液态水形成，就会有生命的持续诞生。科学家从湖泊、海洋中提取液态水样本时发现有数之不尽的单细胞和初级的多细胞生命存在。
综上所述，单细胞是由二氧化碳、氮和液态水三者化学反应所形成的有机化合物。在形成单细胞的过程中，水化和氧化起到重要的作用。因而，这种物质永远离不开液态水和适中氧气作为其今后繁衍的支撑要素。单细胞也称为有机分子，它天然具有感觉、遗传、自养和异养四重属性。
最原始的细胞的进化首先是其内的“基因组”向复杂化和多功能化的发展，所以导致蛋白质生物合成的出现，进一步通过自组建立起比较完善的膜系统和合成蛋白质的“机器”——核糖体，这样就形成了现代细胞系统的雏形。这种细胞可能类似现代的枝原体。再发展下去，通过建立比较完善的能量代谢系统，而且基因组相对集中，形成类核，就进化为原始的细菌类；如果还建立光合作用系统，就进化为原始的光合细菌，成为现代蓝藻的祖先。
真核细胞的演化
真核细胞是含有真核（被核膜包围的核）的细胞。由真核细胞构成的生物为真核生物。
真核细胞能进行有丝分裂。除细菌和蓝藻植物的细胞以外，所有的动物细胞以及植物细胞都属于真核细胞。真核细胞的形成是生物进化的一件大事，它标志着一个伟大时代即将到来。
细胞核的起源
早在35亿年前，当细菌成功地形成菌落，开始踏上征服整个地球的旅程时，一个模糊的分支开始向着一个奇怪方向进化。这个分支对于细菌大家族来说，简直就是个“旁门左道”。可是20亿年之后，这个旁门左道就演化成各种庞大的类群，包括原生生物、植物、真菌和动物，还有人类。它们极大地不同于前面我们提到的任何细菌，因为它们拥有真正的细胞核，核物质位于细胞核内，有核膜包被，因此称为“真核细胞”。而细菌这样的原核细胞虽然也拥有核物质，但它们只是裸露地存在于细胞内的特定位置，称“类核”或“拟核”。
从原始的原核细胞进化为真核细胞，最关键的一步就是细胞核的形成。细胞核主要由核膜、染色质、核仁和核质等组成。
核膜是双层膜，分为外膜和内膜。外膜的某些区域常常和内质网直接相连，而且外膜的外表面常有大量核糖体附着，就像内质网一样。核膜上有很多小孔，称“核孔”，它们是细胞核与细胞质之间的物质通道。
染色质是细胞核内由DNA和蛋白质所组成的复合结构。核仁则是细胞核中转录RNA和装配核糖体的部位。