地球是目前唯一已知存在生命的星球，更別說是復雜生命體了

對其他星球的研究，如對土衛六的研究，將有助于科學家們弄清早期地球環境中，化學組合是如何一步步最終出現生命現象的

　　據物理學家組織網站報道，當天體生物學家們思考其他行星或衛星上存在生命的可能性時，他們一般假定的都是簡單的生命體。比如針對木星的衛星木衛二，當科學家們在那里嘗試搜尋生命時，他們的目標并非復雜的生命體，而是類似細菌那樣最簡單的生命形式。

　　但是在簡單生命的基礎上，復雜生命形式遲早都會發生，而這正是在地球上出現的情形，這種情況同樣應當會在其他星球上發生�；瘜W演化究竟如何會最終形成我們今日所見的復雜生命形式？其中究竟發生了哪些轉變？

　　弗蘭克·羅森茨威格(Frank Rosenzweig)是美國蒙大拿大學的一名進化遺傳學家。在美國宇航局天體生物學研究院的資金支持下，他在過去的5年間一直致力于對這些問題的研究。他的實驗室努力探究生命如何演化出一些“復雜屬性”，他們研究與之相關的一切東西，從壽命到生物多樣性。

　　羅森茨威格表示：“在我的職業生涯中，我一直對適應現象的基因基礎，以及復雜生命如何從簡單基因復制中產生感興趣。與這些問題相關聯的還有其他一些方面的因素，如遺傳學上的“初始點”以及生態環境會如何對進化改變的節奏和路徑造成影響。”

　　在太陽系中尋找生命

　　目前我們知道只有在地球上存在復雜生命體，但科學家們目前還無法排除在太陽系中其他天體上是否同樣存在復雜生命的可能性。我們對于生命演化的認識可能會通過對土衛六的研究得到深化，這里的碳氫化學環境被認為具備了構建一個生命系統的基礎條件。研究人員日前嘗試重現土衛六大氣中的一種被稱作“索林”的物質成分，這是太陽輻射轟擊土衛六大氣中的甲烷和氮氣產生的有機懸浮顆粒物。

　　理解索林和其他成分如何在土衛六上形成，將幫助研究人員了解早期地球如何演化出生命現象。同樣的，對地球上生命現象以及其他生化基礎如何從簡單化學成分成功演化出復雜而相互依存的生命現象，也將有助于揭示生命如何在其他行星或衛星上形成。

　　在地球上，這樣的轉變中就包括從單個蛋白質逐漸組合形成蛋白質網絡。比如說，單細胞的細菌進化形成真核細胞，其中包含有兩個甚至三個基因組。與此同時，相互競爭的微生物最后組成了一個互惠互利相互合作的共同體，如熱泉噴口附近的細菌席，以及人體腸道里有時候檢出的微生物膜。每一次這樣的轉變都造成生命體復雜程度以及相互依存程度的提升，而由它們所組成的整體也不斷擁有更大的自主權。

　　羅森茨威格表示：“在化學演化，前生命演化，極端環境以及生命信號等方面還有很多工作要做。這個想法非常打動我，我認為值得為此說服美國宇航局在其研究領域中添加一些項目，著眼于理解主要進化轉變過程背后的基因機制。這些進化過程最終導致了更高等級復雜生命的出現。”

　　為此，羅森茨威格的研究主要集中在4個有關領域，在這些領域，復雜系統從簡單系統中出現并演化而來，它們分別是：新陳代謝，真核細胞，互利共生現象以及多細胞生命體。他同時也對第5個領域投入關注的目光，那就是變異和基因相互作用——這些因素對于復雜系統能以多快的速度出現都具有非常關鍵的作用。他相信在實驗室中進行的旨在重復地球上生命演化歷程的實驗將有助于我們未來在火星，木衛二，土衛六以及其他星球上尋找適合生命生存的環境。

　　羅森茨威格計劃組件8個不同的專門團隊，分別對應與進化以及從簡單生命向復雜生命變化方面相關問題的研究。而為了將這些團隊的實驗結果整合為一個更加綜合的體系結構，他還招募了一些人類遺傳學以及統計物理學方面的理論專家參與工作。

掃描電鏡下的一種酵母菌

研究地球上生命的起源與演化將有助于在其他星球上搜尋生命，比如火星

　　在地球之外的應用

　　羅森茨威格此前的NASA撥款來自宇航局地外生物學及演化生物學項目。其中的首個項目從2007年開始進行，研究了酵母菌的遺傳物質(或基因組)在資源有限的環境條件下將如何發生變化。而第二個項目從2010年開始進行，主要內容是考察大腸桿菌遺傳型的生成細胞以及它們在其中演化的環境條件會如何影響其后代種群的多樣性和穩定性。

　　這第一項研究得到了一個意想不到的結果：資源匱乏產生的生存壓力會造成基因組發生重組的頻率。壓力造成物種種群中出現更多遺傳變異的個體，其中就有一部分會被證明在艱難環境下具有更強適應性。事實上，此前的研究已經證明了新的遺傳變異是與生存壓力相關聯的。在2013年，羅森茨威格的一個研究組，由蒙大拿大學教授艾吉因·克洛爾(Eugene Kroll)領銜的研究團隊開始對酵母菌如何對饑餓做出反應開展研究。

　　這項研究目前已經得到了部分結果，并發表了論文，題目是《與饑餓有關的基因重組可導致酵母菌生殖隔離》，這篇論文已經刊載于2013年出版的PLoS One雜志上。在這篇文章中，克洛爾和羅森茨威格證明了，在那些含有對環境壓力適應遺傳基因的酵母菌與它們的祖先之間出現了生殖隔離。這一實驗證明了，至少在低等菌類中，地理隔離并非是產生新種的必要條件。在2014年夏季，研究組獲得了美國宇航局地外生物學及演化生物學項目的另外一個研究任務：找出適應現象，以及饑餓的酵母菌中產生生殖隔離背后的基因機制。

　　羅森茨威格指出，這項研究的一個非常重要的特點就在于大多數研究都著眼于研究這些生物在良好環境下的表現，而我們的實驗則要求將酵母菌至于幾乎“饑荒”的環境中。這樣的情況可能也正是在自然界中真正的物種所面臨的情況，當環境發生迅速改變，種群中部分成員發生遺傳變異，以更好地適應新環境。與饑餓的環境設置相似，突然變化的溫度條件，更高等級物種的入侵等等，這些都會構成環境壓力的來源，并對未來開展在其他星球上對生命現象的搜尋有所幫助。

　　實際上，貫穿這些實驗始終的一個重要目的便是，透過在實驗室中對這些單細胞生命進行的實驗研究，我們希望能夠了解任何具有自我復制能力，由信息分子編碼確定內部結構以及功能的所有其他生命體種群演化的節奏與路徑。

　　羅森茨威格表示：“我想要提請天體生物學研究同行們注意的是有關分化的線索，不管是新陳代謝系統中的不同蛋白質，某一物種種群中不同的基因型，單個細胞中不同的基因組，或是多細胞生命體內不同的細胞。在這些情況下，分異開啟了一扇門，不僅通往競爭，也產生了不同變種之間的相互合作以及分工形式的產生。”他說：“我們應當意識到，不管它們的遺傳密碼如何，在其他星球上的生命體也應當發生了分化變異。因此，我們應當留意那些由更加復雜的生命體遺留下的線索，而不僅僅是盯著那些最簡單的生命體。”

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