生物的生长和发育
来源:《太极进化主义》第3篇 | 作者:段勇 | 发布时间: 2021-10-08 | 1555 次浏览 | 分享到:

最早的生物没有细胞,只有构成自复制功能的最简单结构,这些结构称为基本遗传物质,从基本遗传物质中去除任何一个元素,都会使其丧失遗传功能。

定义:基本遗传物质是具有自复制功能的最简单结构。

对于这时的生物来说,具有自复制功能的部分是这些生物的全部结构,所以它不需要生长。生物自复制产生的新的生物个体,大小是不变的,直到死亡。后来生物结构日趋复杂,在负责自复制的基本结构之外又增加了其他结构。最早增加的部分也能与原来的部分一起自复制,这些部分也是遗传物质,可称为扩展遗传物质。

定义:扩展遗传物质是基本遗传物质之外的遗传物质。

扩展遗传物质一开始可能只是个累赘,没有任何有用的功能。但是后来扩展遗传物质逐渐具有了新的功能,即在自复制之外,还能指导合成蛋白质。遗传物质是生物的基本结构,合成蛋白质的过程是生物的基本结构与环境相互作用的过程。遗传物质与环境的这种作用不同于自复制,其结果是产生与基本结构不同的结构,这些结构与遗传物质一起构成生物的个体。

能够自复制的稳定结构是生物产生的充分必要条件,所以后来增加的结构和功能(包括扩展遗传物质和非遗传物质)对生物的起源来说都不是必要的。但简单物质与环境之间相互作用,以及简单物质之间相互作用必然产生更复杂的物质。新增加的部分不一定是对生物有益的,自然选择使有益的部分被保留。

这样一来,新生物个体的产生就包括了两个过程:第一个过程是遗传物质的自复制,其中又包括源于母体的自复制和生物个体体内的自复制;第二个过程是遗传物质指导合成蛋白质等其他非遗传物质。第二个过程和生物个体体内的遗传物质的自复制合在一起形成生长过程。所以,生长也是生物进化到一定阶段后才需要的功能。

之所以要严格区分遗传物质的自复制和生长,是因为生物的获得性性状不能遗传。所谓获得性性状就是指在生长发育过程中形成的物质的结构变化。由于生物与环境之间以及生物内部物质之间有复杂的相互作用,所以生物的每一部分都会发生结构变化。但不同的部分发生的变化对生物的影响有巨大差别,遗传物质的变化可以遗传,非遗传物质的变化不能遗传。

  不要以为只有变异才会产生复杂化,生长过程也是复杂化。我们一般认为生物或社会组织(包括国家)从小变大,基本结构没有变。其实,即使不考虑其他变化,也只能说长大前后结构有很多共性,不能说结构完全相同。在生物长大的过程中,外界的物质进入生物体,构成生物的组织,这些物质进入生物体的前后,结构发生了巨大变化,所以生长本身就是复杂化。生物的发育、组织的分化更是复杂化,生长和发育都是对称性破缺的过程。在社会组织壮大的过程中,外部人员进入组织之后具有了新的责、权、利,与进入组织之前完全不同,不再是一盘散沙,这些变化过程都是复杂化的过程。

最早的生物不一定有细胞,能自复制的物质有可能在裸露的情况下生存。生物体的非遗传物质增加到一定程度后,才会产生单细胞生物。无细胞和单细胞生物自复制之后,新的个体一般都与母体分离,不联结在一起,因为它们没有联结的功能。

后来联结的功能出现了,就产生了多细胞生物。多细胞生物不能整体复制,只有遗传物质是可以自复制的,然后在遗传物质指导下生长成第一个细胞。第一个细胞形成之后复制第二个细胞的遗传物质,并生长成第二个细胞。与此同时在遗传物质指导下联结两个细胞,这样就形成了双细胞和多细胞生物。

多细胞生物结构比单细胞生物复杂,所以更容易被破坏,但多细胞生物容易进化出新的负反馈功能。一旦某种新的负反馈功能出现了,多细胞生物的稳定性就提高了,被破坏的速度就降低了。多细胞生物到底能不能生存,取决于被破坏的速度与新个体生成速度的比较。生物体中的蛋白质增多以后,一部分蛋白质可以改变另一部分蛋白质的结构、功能和分布,这样就出现了功能不同的细胞的分化。

《生命科学概论》对生长和发育是这样定义的,生长是生物体或细胞从小到大的过程;发育是细胞的分化和形态的形成,高等植物和高等动物从受精卵形成胚胎并长成性成熟个体的过程称为个体发育。(万海清.生命科学概论[M].北京:化学工业出版社,2001:3.)对于生长这个定义中只关注生物的体积变化显然是不对的。如果生物从压力高的地方移动到压力低的地方,这时的体积增大也是生长吗?

定义:生物的生长是生物体内结构功能相同的细胞增多的过程。生物的发育是生物体内结构功能相同的细胞分化为结构功能不同的细胞。

生物的生长和发育的概念可以扩展为广义生长和广义发育。

定义:广义生长包括生物的生长和社会组织在不改变社会分工形式时成员的增加。广义发育包括生物的发育和社会组织内部人与人之间的社会分工。

  遗传物质的自复制需要条件,要有自复制的材料,还需要能量。最简单的生命在自复制时完全由环境提供条件。复杂生物很多细胞位于生物体内不能与外界环境接触,所以必须依靠生物体提供这些条件。如果生物体的结构和功能被破坏,不再能提供自复制的条件,这些细胞的生命运动就中止了。同时,这些细胞也有特定的功能,也为别的细胞提供自复制的条件,从而形成一个互相依赖的系统。