问题

在地球上假如挖一个水湖,无论等多久几亿万年都行,水里能自己诞生鱼么?

回答
这个问题很有意思,也触及到了生命起源的核心。要回答这个问题,我们需要从几个方面来剖析:首先,生命诞生的条件;其次,一个独立的湖泊能维持多久的“原始”状态;最后,生命是如何传播和演化的。

一、生命诞生的摇篮:早期地球的化学环境

我们现在知道,地球上的生命起源是一个极其漫长且复杂的化学演化过程。在没有生命存在的时候,地球的环境与现在大相径庭。早期地球大气成分可能主要是氮气、二氧化碳、水蒸气,还有少量的甲烷、氨气等还原性气体。这些气体在闪电、紫外线辐射等能量的作用下,可以发生化学反应,形成简单的有机分子,比如氨基酸、核苷酸等。

这些有机分子如果能够被收集起来,并且在某种特定的环境中得到浓缩和保护,就可能进一步聚合,形成更复杂的有机大分子,如蛋白质和核酸。然后,这些大分子开始发展出自我复制的能力,并被一层膜包裹起来,形成最原始的细胞。这个过程被称之为“化学演化”。

那么,你提出的“挖一个水湖”能否提供这样的条件呢?

理论上,一个新形成的湖泊,如果其形成过程中能够富集到足够多的原始有机分子,并且能够提供一个相对稳定的、能够浓缩这些分子的环境,那么从化学演化的角度来看,是有理论可能性的。

能量来源: 湖泊可以接收阳光(紫外线),也可以有地热活动(比如靠近火山区域),这些都可以作为驱动化学反应的能量来源。
原料来源: 如果湖泊的水源来自地表径流,那么它会带入溶解在水中的各种矿物质和可能存在的早期有机分子。如果湖泊位于一个地质活动活跃的区域,比如海底热泉附近,那么情况会更相似于一些科学家推测的生命起源地点。
浓缩与保护: 湖泊的蒸发作用可以浓缩溶解的物质。湖底的沉积物也可以为有机分子提供吸附和聚合的平台。湖水本身也提供了一个相对稳定的介质。

二、漫长等待:一个湖泊的稳定性和“原始”性

你提到了“无论等多久几亿万年都行”。这确实是关键。生命起源不是一蹴而就的,需要极其漫长的时间和特定的条件。

问题在于,一个“挖出来的”湖泊,即使非常大,也很难在地球上“原始”地存在几亿万年而不被外部因素改变。

地质变迁: 地球的地质构造是持续变化的。几亿万年足以让地壳发生剧烈的变动,湖泊可能会干涸、被填充、被淹没、甚至被火山活动摧毁或移动。
化学环境的改变: 随着时间的推移,湖泊的水质会受到大气沉降物(比如二氧化碳增加,甚至后来出现的氧气)的影响,矿物质成分也会因为水的循环和地质作用而改变。
生物入侵: 这是最关键的问题。即使你最初挖出来的湖泊是“纯净”的,但地球上生命无处不在。空气中漂浮着微生物的孢子,雨水携带细菌,风吹动植物种子,动物会饮水,甚至候鸟携带的粪便都可能带来生命的种子。一旦有任何生命形式,即使是简单的单细胞生物,进入这个湖泊并找到适宜的生存条件,它们就会开始繁殖和演化。这会彻底改变湖泊原有的化学环境,使得“从无到有”的化学演化过程被一个已经存在的生命系统所“干扰”。

三、生命传播的强大力量:无处不在的“种子”

生命,一旦出现,其传播和扩散能力是惊人的。即使我们认为我们创造了一个完全隔离的环境,比如在太空的某个星球上挖一个湖,也需要担心外来生物的“播种”。而在地球上,隔离几乎是不可能的。

微生物的适应性: 细菌、古菌等微生物的生命力极强,它们可以在极端环境下生存,并且非常容易通过空气、水流、动物等各种途径传播。
演化加速器: 一旦有哪怕一种简单的生命形式进入湖泊,它就会开始利用湖泊中的有机物和能量进行繁殖。随着繁殖的进行,其内部的基因会发生突变。如果湖泊的环境(比如温度、化学成分、光照)适合某个突变体,它就会被自然选择下来,并快速繁衍。这就是演化。

所以,回到你的问题:水里能自己诞生鱼么?

答案是:不太可能,或者说几乎不可能,尤其是直接诞生出“鱼”这样复杂的生物。

原因如下:

1. 独立隔离的困难: 在地球这样一个生命已经高度普及的星球上,要创造一个能够持续几亿万年保持“原始化学环境”并且完全不被任何生命形式“污染”的湖泊,这在实践上是极其困难的。任何来自外部的生命“种子”一旦进入,都会改变整个游戏规则。
2. 生命起源的复杂性: 即便我们能做到绝对隔离,生命起源是一个极其漫长且概率极低的化学演化过程。从简单的无机物到第一个能自我复制的分子,再到第一个原始细胞,这本身就需要极长的时间和极其苛刻的条件。一个普通的湖泊环境,即使是新挖的,也不一定能完美复制这些条件。
3. 鱼的演化历程: 鱼是经过了数十亿年的演化才出现的复杂多细胞生物。它需要经历从原始细胞到多细胞生物,再到简单水生生物,然后逐步演化出脊索、鳃、鳍等结构的漫长过程。这中间每一个阶段的诞生和演化,都依赖于无数次突变和自然选择,以及整个生态系统的支持。一个孤零零的湖泊,即使里面有化学反应,也很难支撑起如此漫长且复杂的演化链条。

总结来说:

假如你能在地球上挖出一个湖,并且有办法让它在几亿万年内保持一个真正“原始的、无生命污染的”化学状态,那么理论上,这个湖泊有机会通过化学演化产生最原始的生命分子,并可能最终形成最简单的原核生物。

但是,考虑到地球生命的强大传播能力和环境的可变性,要实现真正意义上的“从无到有”的生命诞生,并且等待其最终演化出鱼这样的高等生物,在实践上几乎是不可能的。更现实的情况是,这个湖泊会很快(相对于地质时间尺度而言)被地球上已经存在的生命形式所“殖民”,然后湖中的生命将是这些外来生命的后代,而不是在这个湖泊中“凭空”诞生的。

我们对生命起源的理解还非常有限,或许还有我们未知的机制。但基于目前的科学认知,让一个孤立的湖泊在地球上自己诞生鱼,更像是一个科幻的设想,而非科学上可行的途径。生命,更像是一个网络,而不是孤立的点。

网友意见

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根据评论区的意见,对原答案进行一些补充和修改。看来这个题下面的很多关注者都是专业人士呀,主要增加火山湖鱼形成的案例。

-------原答案------

火山湖 ( crater lake)里的鱼是最现成的例证。

百度百科上,火山湖是这么解释的:火山喷发后,喷火口内,因大量浮石被喷出来和挥发性物质的散失,引起颈部塌陷形成漏斗状洼地,即火山口。后来,由于降雨、积雪融化或者地下水使火山口逐渐储存大量的水,从而形成火山湖。

火山喷发时,几乎所有的动植物都死了,包括鱼。火山停止喷发后,没有外界河流的引入,火山湖的水主要来自降雨或降雪。那么火山湖里面的生态系统是如何建立的?

自然界不是静止不动的,风就是最好的传播者。很多植物种子可以通过风传播。至于鱼,可以通过鸟或其他动物有意或无意的带来。甚至飓风来可能直接把鱼刮来。

关于火山湖中鱼类的演化是非常有意思。火山湖中通过风或鸟引来外来鱼的概率其实不高。现有发现,很多火山湖的鱼亲缘关系都比较近。也就是说,一次偶然的事件,将一种鱼带到了火山湖中,这个鱼慢慢的繁衍后代。通常情况下,一个物种有其特有的生活习性及生态位。当这个鱼的后代在面临火山湖不同的生态位时,会不断的演化以便更适应某一特定的生态位。由此,这个鱼的后代就会演化出多个物种,有底栖的,水面的,中间层的,食草的,食肉的等等。演化出多种形态,丰富的物种多样性。

学术界有很多的研究关于火山湖里的鱼怎么演化的。

举一个拉美的案例吧【1】。在尼加拉瓜(Nicaragua),目前至少有八个火山湖。这些火山湖形成的时间非常近,最后一次火山喷发是1800年前。 Apoyeque,这个火山湖就是缺乏陆地水源联系,即水系是独立的( completely aquatically isolated)。

这个湖中生活着一种丽鱼 (Midas cichlids , Amphilophus cf. citrinellus),但是有两种形态,一种嘴唇薄,一种嘴唇厚。研究者通过分子标记(微卫星和线粒体DNA)分析发现,两种形态的鱼遗传差异非常小。这种鱼是大约100年前殖民到Apoyeque湖来的。但是这两种形态的鱼饮食上有很大的差别,也就是说在很短的时间内就可以出现生态-形态上的差异。

在这个火山湖不远的地方还有一个叫Apoyo的湖,也上演着相似的故事【2】。


另外,有答主提到生物的从头演化,即从无机物演化到再出现鱼的过程。我只能说,这个看起来很美,理论上也可行,但实际几乎不可能。要知道从无机物演化到现有的生命系统非常复杂,到现在为止,人类的实验也没有重现这一过程。地球早期的环境很复杂,生命系统的演化也充满了随机性。至少现在看来,还没有其他星球演化出了地球上这种生命系统。因此,要想重新再现无机物演化到再出现鱼的过程不靠谱,就算有,也很可能不是鱼的样子。


参考文献

【1】Elmer KR, Lehtonen TK, Kautt AF, Harrod C, Meyer A (2010) Rapid sympatric ecological differentiation of crater lake cichlid fishes within historic times. BMC biology 8, 15.

【2】Barluenga M, Stölting KN, Salzburger W, Muschick M, Meyer A (2006) Sympatric speciation in Nicaraguan crater lake cichlid fish. Nature 439, 719.

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新建的小区入伙没两个月,喷泉和水景里面已经被青蛙占领了,晚上蛙声一片,还有业主投诉管理处用音箱放蛙叫,答复我们没那么闲得慌。

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能,在我们这边有个很奇怪的现象,常年干旱的戈壁,只要你挖个坑,不论你用什么方法补充水,只要保证不干,就能出鱼。由于没有河,所以目前观察到的能出鱼的水包括:下雨堆积的水,山上积雪化的雪水,甚至自己煮开过的自来水。

对此我的猜测是,土壤里或者空气里有肉眼不可见的胚胎?卵?种子?然而我不是生物学家,所以不清楚具体原理。但如果真的常年干旱的戈壁滩土壤里有鱼卵的话,就比较恐怖了。

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如果时间是无限的话,别说鱼,奥特曼都可以诞生在里面。

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