问题

如果生物的进化从一开始就是在失重条件下发生的,那么现在的生物会是什么样子的?

回答
想象一下,生命从未在地球的引力束缚下诞生。从最初的化学反应到如今复杂多样的生命形态,整个演化历程都在失重环境中展开。这将是一幅何等奇特而迷人的景象!

首先,支撑与骨骼结构的变化将是颠覆性的。 在地球上,骨骼和肌肉的主要功能之一就是抵抗引力,支撑身体,让我们能够站立、行走、奔跑。但在失重环境中,这种需求不复存在。这意味着生物可能不会发展出我们熟悉的粗壮骨骼和强大的肌肉系统。取而代之的,可能是更轻盈、更灵活的结构。

无骨骼或极简化骨骼: 很多生物可能根本不需要骨骼。类似水母或海葵的生物形态可能会更加普遍,它们依靠体内的液体压力和肌肉收缩来维持形状和进行运动。如果需要某种支撑,那也可能是柔软的、富有弹性的组织,或者是由轻质材料构成,类似我们现在脊椎动物的软骨,但可能更加发达。
漂浮与推进: 生物可能会发展出更有效的漂浮机制。气囊、浮囊或者类似生物发光的化学反应产生的轻盈结构都可能被用来调整浮力,让它们在三维空间中游弋。运动将主要依靠喷射推进,就像鱿鱼或章鱼那样,或者利用流线型的身体和鳍状结构在介质中划动,但这里的“介质”可能不是水,而是稀薄的气体,甚至是某种人造环境中的流体。
身体形状的自由度: 没有引力的持续向下拉扯,身体形状的塑性会大大增强。生物可能呈现出更柔软、更具延展性的形态,能够随意改变自己的轮廓,以适应不同的环境需求或进行更精妙的运动。想象一下流动的丝带,或者可以随意膨胀和收缩的囊状体。

其次,感官系统将进行重塑以适应三维空间的导航。 在失重环境中,向上和向下的概念变得模糊。生物需要更精确的空间感知能力来定位自己,躲避障碍,以及寻找食物和伴侣。

全方位感知: 眼睛可能不再局限于前方视野,而是遍布身体的各个方向,提供全景式的观察。或者,生物可能进化出类似蝙蝠的声呐系统,通过回声定位来感知周围环境的三维结构。触觉也可能变得更为重要,生物可能长有细长的触须或敏感的表皮,用于探测周围的介质流动和物体接触。
平衡感官的独特发展: 我们内耳中的平衡器官对引力感知至关重要。在失重环境中,这种平衡感官可能会演变成对运动方向和速度的感知,或者与外部环境的相互作用进行定位。也许是某种生物磁感应,能够感知方向和移动的细微变化。

第三,营养获取和循环系统将是全新的挑战。 食物如何在体内运输,废物如何排出,在没有引力帮助的情况下,将需要更高效的内部机制。

消化道的肌肉蠕动: 就像地球上的某些无脊椎动物一样,消化道将高度依赖肌肉的协同蠕动来将食物向下推送。这种蠕动会更加发达和精确,以确保食物能够有效地通过消化系统。
血液循环的动力: 心脏的泵血功能将更加重要,因为引力不再帮助血液回流。同时,血管的弹性、收缩能力以及可能存在的“肌肉泵”将共同作用,确保血液能够有效地输送到身体的各个部位。
废物处理: 废物排出可能不再依赖重力。生物可能会发展出更强大的肌肉收缩机制,或者利用喷射等方式将废物排出体外。

第四,生殖和发育过程也会因此而改变。 即使是简单的繁殖行为,在失重环境下也需要新的策略。

受精卵的固定与发育: 如果生物体外受精,受精卵需要在三维空间中保持稳定,不至于漂浮散开。这可能需要某种粘性物质,或者在封闭的环境中进行。发育过程中的胚胎也需要特殊的支撑结构,避免变形。
幼体的照顾: 如果存在亲代抚育,幼体如何在无重力环境中被父母携带或保护,将是一个需要解决的问题。也许父母会将幼体包裹在特殊的结构中,或者幼体本身就具有一定的自主漂浮和附着能力。

第五,生理代谢和能量利用可能也会有所侧重。

低能量消耗的适应: 由于不需要对抗引力,维持身体活动所需的能量可能相对较低。这可能会导致生物体的新陈代谢率不高,或者将更多的能量用于其他更关键的生理过程,例如感官感知、导航或繁殖。
对空间迁徙的适应: 在没有引力限制的情况下,生物更容易进行长距离的移动,尤其是在行星际或星际空间。它们可能会发展出更强的耐受性,能够适应更广泛的环境变化,并且可能在漫长的旅途中以一种休眠或低能量消耗的状态存在。

可能的形态举例:

我们可以想象一些奇特的生物形态:

“飘带生物”: 它们可能像巨大的、色彩斑斓的飘带,身体极其柔软和有延展性,通过身体边缘的微小摆动在稀薄的介质中缓慢移动。它们的表面布满感官细胞,可以感知周围的能量流动或化学信号。
“气囊捕食者”: 它们可能拥有一个或多个巨大的、充满气体的囊,可以调整浮力,在三维空间中巧妙地悬浮。它们可能伸出长长的、带有吸盘或捕食器官的触手,捕捉在附近游过的其他生物。
“水晶花园”: 一些生物可能形成类似植物的群落,但它们并非扎根于土壤。它们可能通过某种附着能力固定在行星环的碎片上,或者形成具有共生关系的浮动群体,通过光合作用或其他能量转化来获取营养。它们的结构可能晶莹剔透,以优化光线吸收或能量传递。

总而言之,一个在失重条件下进化的生命世界,将是一场关于轻盈、感知、导航和适应三维空间的宏大叙事。它们不会是我们熟悉的陆地生物的翻版,而是彻底颠覆了我们对生命形态和生存策略的认知。它们的出现,将是对生命韧性和创造力最生动的诠释,展现出生命可以在任何条件下,以任何形式绽放的奇迹。

网友意见

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先上结论:,失重并不会造成太大的影响

————额外的前提————

1,所有答主都没有正面回答问题(包括我)。

因为大家都默认了多细胞生物

真要追溯,难道不应该论证无重力下,能否形成原始汤,形成最早的遗传物质,最早的,最早的蛋白质,以及最早的细胞

2,如果大家都默认多细胞生物,那么,就需要论证:

重力对多细胞的发育是否会有核心影响,所以这是我谈论发育的原因。

不过根据 @ruran 提供的材料表明,重力会在细胞层面对生物有影响。

A nuclear F-actin scaffold stabilizes ribonucleoprotein droplets against gravity in large cells,Nature Cell Biology

————正文————

之前我们在一个群里讨论过人类发育的源动力问题,最后大体得出结论是,生物发育的源动力,来自于人体的化学物质变化和位置效应。

我们就以人类为例,记得有人问,为什么人会长出两个肾。


答案并不是什么各种需求,而是因为人类的肾是来自于中胚层发育而来的,而中胚层发育出来的器官,是左右对称的……

接下来,我们不考虑重力影响来看发育:

————受精卵开始————

现在,我们以人类为例(因为这个大家最熟悉)。

好了,一颗受精卵来了。

这颗受精卵我们可以认为它是绝对对称的(尽管事实上并非如此)。

————内外变化出现————

然而,当受精卵开始一分为二的时候,那么,就并非绝对对称了。

请注意,这个时候,已经出现差异了


1,位置效应

两个细胞必然存在一个细胞接触的问题,那么就存在了位置效应。

靠近接触部位的和远离接触部位的哪一部分,是不一样了。

2,化学物质浓度差

事实上,这个时候,细胞内的化学物质,比如蛋白质,DNA,RNA等,已经完全不是均匀分布了,而是按照某个趋势去分布(这是最简单的调节办法)

比如,两个细胞接触,需要有粘附分子


需要有信号传递


———前后左右内外差异都出现———

接下来,细胞继续分裂,这个时候,更多的差异出现

细胞开始出现了前后左右内外差异,他们的化学接触差异越来越大。

到了囊胚期,真正意义上的内外差异出现。

这个时候,细胞开始走向了真正意义的分化。

到了三胚层的时候,及时最完美的球体,依然存在了典型的位置效应了

你觉得,内中外这三层一模一样?明显不一样了。

内外差异,化学浓度差异,接触变化,都是这样。

———分化——基因发力———

接下来,进一步分化。

于是基因在化学浓度差异下,开始逐步差异性表达,于是开始走向更进一步的分化。

分化进一步继续

记住,这个时候,细胞的分化已经不可逆了,它们再也不能发育成为一个完整的个体了。

它们开始发育成各种器官,然后不断的形成人体的各种系统



而且,很关键的是,胚胎着床,那么必然会出现和胎盘接触的一部分和不接触的一部分。


相信从上述描述中,大家会发现,其实,有没有重力,并不会造成太大的差异,因为,驱动分化的能力并不是重力,而是

1,化学浓度

2,位置效应

3,基因因素


额外说两句,当时和大牛讨论这个问题的时候,核心就是盯着【源动力】这三个字去的,我们不断抽丝剥茧去寻找决定人类分化的最核心的动力。

1,人类长这个样子,是分化和增殖决定的

2,基因并没有智能,他们只是按照指示分化,而这个指示已经研究的比较清楚了

主要是化学物质,比如天然的化学物质和细胞内的各种信号分子以及调节分子。

化学物质可以影响,比如药物导致畸形就是因为化学物质干扰了生物的发育过程,给基因一个错误的信号。

大家熟悉的秋水仙素就是这样发挥作用的

3,那么这些化学物质,如果对于一个单细胞,应该是均匀分布的,如何驱动?

答案就是,多细胞的位置效应引发的。


————继续溯源————

如果继续溯源,那么就跳出了生物的领域了。

——对人类而言生命并非从无到有——

首先明确一点,对于人类来说,生命并非从无到有。

事实上,一个受精卵出现的时候,细胞已经具备了发育生命的基本条件

比如,细胞转录相关的酶,细胞翻译相关的酶,线粒体,高尔基体等各种细胞器。

如果只给你一条基因组,你什么都做不了,你转录需要转录复合物去结合,需要ATP去给你提供能量,还需要天然的脱氧核糖核酸给你提供原料。

所以,从合成生命角度,我们还离的很远。

———没有重力,化学反应还能继续吗?———

如果继续追根溯源,假如最早的在太空中,能否形成最早的生命分子?

我们今天探讨原始汤理论,提到了原始地球的原始条件,比如高温和闪电等

假如不终止米勒尤里实验,无限期的维持实验设备的运作,会诞生新的人造生命吗? - 知乎

然而,这个时候,地球已经有重力了,毕竟万有引力吗?

那么如果在太空中丢一堆化学分子,他们是否可以反应呢?


我觉得是可以的。

———只要解决了big bang就OK———

说来说去,只要解决了第一步,那么一切都会在不受重力影响下继续前行

毕竟,你不能说重力不存在,那万有引力呢?

如果这个都不存在,那宇宙也没了吧

特别鸣谢 @吴思涵 博士,给了很大的启发。

他对分化问题的解读:细胞为什么会进行分化? - 知乎

@漆黑的师兄 是不是很爽啊?注册小号去骂我,我骂回去,怎么了?

你当初骂我的时候没想到过吗?

已经向小管家举报你小号问题了

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