【文思泉涌】生命演化史：从生命1.0到生命4.0 本文摘自《生命是什么》（作者：王立铭

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本文摘自《生命是什么》（作者：王立铭），有删改。
地球已经46亿岁了。
在地球的童年时期，生命就已经诞生。它们不断地繁衍、进化，使一座座辉煌壮丽的生命大厦遍布在地球的每个角落。
如果把生命比喻成一栋大厦，那么物质就像是砖头瓦块，能量就像是建筑工人。砖头瓦块已经齐备，建筑师也已经蓄势待发，但是对于任何一种能够抗拒亿万年的风霜摧折、在地球上生存和繁盛的生命来说，仅仅有这些还远远不够。
这座大厦太脆弱了。万一一场地震或者火灾毁掉了唯一的大厦怎么办？万一大厦的基础被蝼蚁松动，或者一场台风卷走了大厦的顶层呢？要知道，概率再小的意外，放在几十亿年的时间尺度中，都会变得实实在在起来。
那么，那些由能量这个天才建筑师建立的生命大厦——是如何逃开了无可避免的意外事故和难以抗拒的沧桑巨变，绵延不绝一直到今天的呢？
答案其实很简单：即生命的自我复制。自我复制，通俗点说，就是繁殖，生孩子，传宗接代。自我复制是地球生命基业长青、繁衍进化的基础。
自我复制以自身为样本，不停地制造出和自己相似但又不完全一样的子孙后代。这样就保证了即便其中一些因为意外事故死去，还有足够的个体能存活下来延续香火。
而更重要的是，自我复制为生命现象引入了变化。这种变化大多数时候难以察觉，有时候也可以惊天动地，使整座大厦都焕然一新。
但是无论如何，在自我复制过程中产生的变化，总是快过地球环境动辄以千万年计数的变化。也正因为这样，地球上的生命来了又走，样貌也千变万化。
当然，在自我复制中也出现过不够精确的自我复制，这也提供了大量在地球环境中“试错”的生物样品。谁能活下来，谁能继续完成新一轮自我复制，谁就是胜利者。
自我复制因其自身的特点保证了地球生命的永续。对自身的不断复制保证了生命不会因一场意外而彻底毁灭，而自我复制过程中出现的错误，则帮助生命适应了地球环境的变化，逐渐演化。
那么，自我复制又是怎么发生的呢？
让我们做一个思想实验，构造一个极端简化的生命，探讨一下生命自我复制的原理。从最简单的情形开始，我们思想实验中的生命——就叫它生命1.0吧！
生命1.0：一枝独秀生命1.0阶段，即只有一个蛋白质分子，它大概就是为生命制造能量货币的ATP合成酶。它的尺寸很小，仅有个纳米那么大，却有许多结构，通过飞速旋转不停地生产ATP 。有了它，生命1.0就可以制造ATP分子，然后用ATP来驱动各种生命活动了。
但是生命1.0是难以实现自我复制的。 ATP合成酶有一个极端精巧和复杂的结构，每个维度上原子排列的精确度极高。且不说想要分毫不差地复制一个这样的结构非常困难，即便是想要看得清楚一点都不容易。即使在今天人类的技术水平下，想要复制出这样一个结构都如科幻般。在刚刚出现生命1.0的远古地球上，难以自我复制的生命1.0注定要孤独一生，而且它的一生一定非常短暂。
生命2.0：纸上谈兵为了解决自我复制的技术困难，生命体显然需要一种方法，能更简单精确地记录和复制自身，于是，生命2.0应运而生。
人体中的ATP合成酶是由五千多个氨基酸分子按照某种特定顺序串起来形成的蛋白质大分子。在三维空间中，这些氨基酸彼此作用形成了复杂、动态的三维结构。那么可想而知，只要我们能记录下这五千多个氨基酸分子的先后顺序，然后依样画葫芦地依照这个顺序去组装就行了。这样一来，三维空间的信息就被精简成了一维，只是一组顺序排列的氨基酸分子而已。