地球上最早诞生的那个单细胞，为什么会繁殖?

想象一下，在那个几乎空白的地球上，在大约四十亿年前，一切都还那么原始和混沌。没有海洋，没有陆地，只有一片由岩浆、火山活动和早期大气组成的汪洋。在这样的环境中，偶然的化学反应，或许是在海底热泉的温暖水流中，或许是在雷电激起的火花里，一系列神奇的分子组合发生了。

我们姑且称之为“生命的雏形”或者更诗意地说，“第一粒生命的种子”。它不是我们现在看到的任何一种生物，甚至可以说它非常非常简陋，可能只是一个包裹着一些遗传物质（可能类似于RNA）的脂质囊泡。它的存在本身，就是一件极其幸运的事情，因为在那个时期，物质组合的可能性虽然多，但能达到如此稳定且具有复制潜力的结构，概率并不高。

那么，这粒生命的种子，为什么会选择“繁殖”呢？这其实是一个更深层次的关于生命本质的问题，我们可以从几个角度来理解：

首先，“复制”是生命最根本的属性之一。 如果我们把生命的定义聚焦在它能够自我维持和自我复制的话，那么繁殖就不是一个“选择”，而是它存在的前提和必然。想象一下那个原始的分子组合，它并非凭空产生，而是通过一些能量输入和物质交换来维持自身的结构。当这个结构积累到一定程度，或者环境条件允许时，它内部的“遗传信息”就提供了一种“蓝图”，指导它如何将自身拆分成两份，并用周围环境中的物质来构建出新的副本。

这就像一个非常原始的“说明书”，告诉它如何用身边的材料“复制”自己。这种复制可能非常粗糙，不像我们现在细菌那样高效，但它的核心在于将“遗传信息”传递下去。如果它不能复制，那么它的存在就仅仅是暂时的，一旦它消耗了能量或者结构不稳定，就会消散在原始的海洋中，不会留下任何痕迹。

其次，繁殖是生命在严酷环境中得以延续的生存策略。 那个原始的地球，对生命来说是一个极端残酷的地方。环境变化剧烈，紫外线辐射强，化学物质不稳定，稍有不慎就会被分解。如果一个生命单位不能产生更多的后代，那么一旦它自身的结构被破坏，这个“物种”也就彻底灭绝了。

所以，从演化的角度来看，能够复制自身（也就是繁殖）的生命单位，就获得了在时间和空间上的“优势”。它不是在个体层面追求不朽，而是在群体层面追求“不灭”。通过不断地复制，即使大部分的生命单位在环境中灭亡了，只要有一个能够成功复制下来，生命的“火种”就不会熄灭。这是一种最朴素的“以量取胜”的生存之道。

再者，我们可以从化学和能量的角度来理解。生命体本质上是一个复杂的化学反应系统，它需要不断地从环境中获取能量和物质来维持自身的运转和生长。当这个系统积累到一定规模时，它就达到了一个“临界点”。这个临界点可能体现在：

体积或结构的限制： 随着生命的“体积”增大或者内部结构的复杂化，物质和能量的传递效率会降低，维护成本也会升高。这时，分裂成两个较小的、更易于管理的单位，可能是一种更优化的能量利用方式。
内能的积累： 生命体在进行化学反应时，会积累一定的“内能”。当这些能量达到一定水平时，它就可能触发一个自我分裂的过程。这有点像一个不断充气的气球，当气球内压过高时，它就可能“爆炸”或者“破裂”成两半。只不过在生命中，这个“爆炸”是被“控制”的，并且是有方向性的、复制性的。
环境的触发： 原始的环境中可能存在一些能够“触发”复制的化学信号或者能量脉冲。比如，当周围环境中某种关键物质浓度升高时，就可能刺激生命体开始复制。

我们可以想象，那个最早的单细胞，它的“繁殖”可能不是我们现在想象的精妙的有性生殖或无性生殖。它可能更像是“裂变”或者“出芽”。就像一个原始的细胞膜包裹住遗传物质，当内部的遗传物质复制完成，并且积累了足够的能量和物质后，细胞膜就会在某个地方向外鼓起，然后将遗传物质和一部分细胞质分离出去，形成一个独立的新的生命单位。这个过程，可能只是一个简单的物理或化学过程的自然延伸。

所以，与其说那个单细胞是“选择”繁殖，不如说繁殖是它作为一种生命形态，在那个原始的宇宙条件下，最自然、最直接、也是唯一能够维持其存在的“行为”。它的存在本身就意味着它具备了复制的能力，而这种能力，正是生命能够在地球上蓬勃发展的秘密之所在。它不是为了“繁衍后代”，而是为了“不灭”。而“不灭”的唯一途径，就是不断地复制自己，将生命的“信息”一代代传递下去，直到有机会演化出更复杂、更适应的生命形式。

网友意见

繁殖是描述生物进行自我复制的词语。细胞的自我复制是组成它的大量分子的自我制造与自我复制的结果。利用环境中的材料组装自身的分子，只要还没有被不适宜的环境因素或彼此的干扰给破坏掉，组装过程就能一直重复执行，组装出来的分子也具备和组装者同样的组装能力。

在材料和反应条件不太随便的情况下，目前知道的“最简单的能够复制自己的分子”是亚氨基二乙酸，分子式为 C4H7NO4，分子量约 133.1。

前生命化学的挑战是从少数原始底物中追踪生命关键组成部分的合成过程。2020 年 9 月，一支研究团队报告了一种正向合成算法，可在一般公认条件下从水、氮气、氨、甲烷、氢氰酸等底物开始生成完整的前生命化学反应网络，包含已报道的和先前未确定的通往生物靶标的途径、非生物分子的合理合成。其中一些反应是研究人员实验验证的^[1]。

该网络表现出三种形式的非凡化学反应：

• 网络中的分子可充当下游反应类型的催化剂；
• 形成功能化学系统，包括自我制造循环；
• 产生与生物分化的原始形式有关的表面活性剂。

该研究显示，亚氨基二乙酸之类相当简单的分子就可以开始反复的自我制造。亚氨基二乙酸与锰原子等络合之后可以催化合成自身的反应，产率为 126%。

不过，我们并不确定“地球上最早诞生的那个细胞”有没有成功地进行自我复制。地球生物的最后共同祖先（LUCA）之前可能存在过大量的细胞，有的可能在形成后不久就死掉了，有的传了一些代之后死掉了，只有将基因传入理论上存在的 LUCA 之中的细胞生物的基因能继续传下来。

远古地球上的深海热泉、浅海沉积物、海岸和天体撞击坑中自发进行的化学反应会形成大量有机物和细小的岩石区室，水溶液在区室中进行化学反应、吸收周围的材料而扩大区室、发生结构和功能的细微变化，区室的数量可以增减，反应发生率较高、增加较快的区室类型会占据优势并接触到更多的材料。

类似的过程可以在现代地球上找到。黏土中的硅酸盐结晶可以合并水中溶解的硅酸盐而生长，在风、水等影响下改变形态，特定的结晶形态更容易在河床中堆积并促使更多结晶形成，在水位下降露出河床时，一些结晶会被风吹到其他地方并重复堆积过程。Cains-Smith 在 1982 年提出黏土结晶可以储存晶体结构缺陷、错位、离子置换等信息并进行复制^[2]。自然形成的有机分子可以在黏土结晶的硅酸盐表面上发生化学反应。现代深海热泉的自然环境在自发进行耐环境微生物体内进行的 90% 以上的化学反应并产生氢气。

可以推测，远古地球上自然产生的蛋白质和核酸能在反复切换干燥与潮湿的环境中自组装为复杂结构，在水位下降时从岩石区室自然切换到脂质区室（脂质双层膜可以自发组成），信息的载体也从硅酸盐表面变为 RNA 之类储存密度更大的材料。

可以参照：

参考

1. ^ Synthetic connectivity, emergence, and self-regeneration in the network of prebiotic chemistry DOI: 10.1126/science.aaw1955
2. ^ Cains-Smith A. G1982Genetic Takeover. Cambridge: Cambridge University Press. 133p.

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