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| 光合作用从水中分解出的氧气-细胞的进化研究 |
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光合作用从水中分解出的氧气-细胞的进化研究细胞的进化 细胞的区室化(compartmentation)有许多益处。一个封闭的系统除了保护细胞不受外界不利环境的影响外，还可以保持高浓度的内部组分，否则，组分就会扩散。物质的高度浓缩，使得发生的聚合反应和其他化学反应更为有效，反应的发生也更加容易。 膜包被的小室逐渐使其内容物与外界环境的组分变得不同。进化到今天的细胞包含有高浓度的离子、小分子以及一些大分子复合物，这些大分子即使在胞外存在的话，也是微量的。比如，大肠杆菌中有上百万个分子，组成大约3000～6000种不同的复合物。而一个典型的动物细胞则容纳有十万种不同的分子。 早期细胞依靠环境提供有机原料进行生物构建。当前生物“汤”中生命必需的有机成分在环境中越来越少时，自然选择利于那些能从一些简单却又丰富的有机前体(precursor)中合成所需化合物的生物体。初的代谢反应利用从无机环境中吸收的金属或黏土作为催化剂(一种参与促进化学反应但自身不发生改变的物质)。事实上，现在细胞中的许多化学反应的核心仍然是金属离子，并且一些聚合大分子的功能基团已发展为具有催化功能的基团。 总的来说，生物合成反应需要能量。因此，初的细胞中的反应也需要能量供给。在前生物(prebiotic)环境中，原始的高能物质的缺乏可以促进产能代谢途径的发生。例如，较早以前，就进化出光合作用来利用太阳能。然而，光合作用从水中分解出的氧气(现在大气中氧含量为21％)，对早期生活在贫氧大气层中的生物提出了挑战。代谢机制终不仅使生命体避免了氧化伤害，还利用氧气进行了有氧代谢。有氧代谢可以比无氧代谢获得更多的能量。从现在相当一部分生命体中的无氧代谢过程中，都可以看到远古生命的遗迹残痕。 早期生物体进化产生的代谢策略，包括合成生物大分子，可控制性地保存和利用能量并在外膜保护的小室内复制自身，使其能在范围更广的生活环境中延续和发展。细胞对不同外界环境的适应性终带来了今天的生物多样性。不同细胞的特性使得多细胞生物中各类细胞共同工作变成可能。
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