这篇文章的兴趣来源是于淼老师的这篇博客，冰与碳之歌 - Miao Yu | 于淼，花了半天找资料读懂后觉得这可太有意思了。

想起小时候去新华书店买了一个地球仪和一张世界地图，相当长一段无聊的时间就是把地图贴在墙上一个国家一个国家看，至今我还能差不多说出每个国家的地理位置，本来是对地理非常感兴趣的，但是初中一个说话特别尖的地理老师不留情面的抨击了我提出的几个和课本无关的问题并且让我去教室后面站着之后，我就对地理失去了兴趣，真是遗憾。

直到重新看到于淼老师这篇文章，先是重温了《物种起源》，然后看了《复杂生命的起源》，又顺便看了尼克·莱恩的第一本书《生命进化的跃升》，觉得巨佬们让我离真相越来越近了。

当代生物学核心的两大未知问题：为什么生命以如此令人困惑的路径演化？为什么细胞的供能方式如此古怪？

《复杂生命的起源》写到，演化是围绕能量进行的，我们必须考虑能量才能理解生命的各种特征。

能量与生命从一开始就密不可分，地球生命的基本特征源于一颗躁动行星的能量失衡。生命的起源由能量流推动，质子梯度对细胞的出现至关重要，但是对质子梯度的利用又限制了细菌和古菌的结构。这些限制条件主宰了细胞之后的演化历程，细菌和古菌虽然在生物化学方面花样百出，却一直保持着简单的形态。

地质年代有着宙（eon）、代（era）、纪（period）、世（epoch）、期（age）、时 （chron）的分类。最早冥古宙连岩石都没形成，地球地质活动剧烈，天天被小行星与流星轰，最早的生命可能诞生于40亿年前，但直到38亿年前太阳系的大规模对轰才消停。之后的太古宙才出现了岩石与生命，距今35亿年生命学会了光合作用，氧化了10亿年的海水亚铁离子（包括产氧光合作用与不产氧光合作用）。到约25亿年左右，海洋亚铁离子耗尽后游离氧开始释放到大气（大氧化事件），此时地球的大气成分从甲烷开始部分换成了氧气，氧气把温室效应强的甲烷氧化成了相对弱的二氧化碳供蓝藻进行光合作用，也就出现了休伦冰期（第一次雪球地球）。之后又经历了约20亿年的满是藻菌元古宙才完成了全地球地壳与大气的氧化，在岩层中留下了一条明显的条状铁层（BIF，元古宙也有），也就是说好氧生物如果穿越到元古宙之前大概率得窒息而亡。在这个过程中，距今18亿到8亿年这个阶段生命一直默默进化但大气成分变化不大，被称为“无聊的十亿年”。然而到了距今8亿年左右出现了第二次雪球地球，也就是成冰纪大冰期，之后出现了埃迪卡拉多细胞生物群与寒武纪生命大爆发。

从约5亿年前寒武纪大爆发开始，生命才真正意义上丰富多彩起来，而寒武纪的二氧化碳浓度大概是当前的20-35倍。我们现在的煤炭形成于约亿年前石炭纪与二叠纪的煤炭森林，石油则基本是有沉积岩开始形成的前寒武纪就开始形成，天然气跟石油煤炭经常伴生。二叠纪跟三叠纪之间经历了一次大灭绝事件，之后主龙类登上历史舞台，再经历一次三叠纪侏罗纪的大灭绝，恐龙才主宰世界。不过在下一次的K-T事件后，恐龙也灭绝了，在6600万年前，地球进入了新生代。在过去的五次大灭绝中，两次大灭绝撞上了冰期，一次撞上了火山喷发，一次原因不明，一次是陨石撞击。不论陨石撞击这种外部影响还是冰期、火山喷发这种内部影响，气候变化都起了作用。而我们目前也处于一次大灭绝事件之中，快于平均灭绝速度100倍，从1万年前的史前巨兽开始，这次大灭绝跟人类是脱不了关系的，毕竟显生宙新生代第四纪全新世人类文明诞生至今造成了83%野生动物的灭绝。

总结一下：

45亿年前，地球生成，当时的世界是一个类似于当代地球的水世界，生命已经产生 -> 38亿年前太阳系的大规模对轰停止 -> 距今35亿年生命学会了光合作用 -> 35亿～32亿年前，细菌已经发展出几乎所有的新陈代谢形式，包括各种呼吸作用和光合作用 -> 22亿年前的“大氧化事件”，松开了闸门，容许演化产生更大的复杂度 -> 出现了休伦冰期（第一次雪球地球） -> 距今18亿到8亿年，无聊的十亿年 -> 在大约10亿年前，地球都是一口细菌繁盛的大锅 -> 距今8亿年左右出现了第二次雪球地球，也就是成冰纪大冰期 -> 5.41亿年前的寒武纪初期生命大爆发 -> 3.8亿年前陆生脊椎动物产生 -> 2.3到0.65亿年期间恐龙主宰地球 -> 200万年前人类诞生

制造一个细胞需要哪些条件呢？地球上所有的活细胞，都有以下六项基本特征：

• 持续的活化碳供应，用来合成新的有机物；
• 自由能供应，用来驱动代谢生化反应，包括新的蛋白质和DNA等物质的合成；
• 催化剂，用来加速和引导代谢反应；
• 排泄废弃物，遵循热力学第二定律，驱使化学反应以正确的方向进行；
• 区隔化（compartmentalization），细胞式的结构，把内部和外部分隔开；
• 遗传物质，即RNA、DNA或同等物质，用来承载信息，规定具体的结构和功能。

生命的起源：

深海碱性热液喷口 -> 天然质子梯度使氢气和二氧化碳繁盛反应（化学渗透机制） -> 驱动最初的碳代谢和能量代谢 -> 形成包括DNA、RNA和蛋白质在内的复杂聚合物 -> 露卡 -> 细菌和古菌 -> 细胞演化出了主动离子泵和现代型细胞膜 -> 古菌宿主细胞和后来变成线粒体的细菌之间的内共生事件，而且只发生过一次 -> 复杂真核细胞，20亿～15亿年前出现，蛋白纳米机器驱动，由数以千计的新基因编码 -> 疯狂的演化

碱性热液喷口：这里有稳定的碳和能量流入，还有矿物质催化剂和天然的区隔空间。能量和碳以氢气和二氧化碳的形式流入，而这两种分子并不容易互相发生反应。但是我们发现，在喷口的微孔结构中，在半导性薄壁的两侧，由地球化学形成的天然质子梯度可以降低能量障壁，使反应发生。

看到了自然产生的非常牛逼的东西：核糖体的错误率大约为每10,000个字母出现一次错误，比人类高端制造业的废品率低得多。它们的工作效率大约为每秒钟处理10个氨基酸；由几百个氨基酸组成的蛋白质，一分钟内就能合成完。

什么机器都弱爆了好吗。

最后介绍一个科学&哲学家。先竖一个大拇指，老哥，牛逼！

能够近距离（网络上）接触到一名优秀科学家的思想，是这个时代给我最大的红利。用迭代的思维看自己的生成方式，至少能够列出来几个比较重要的变量，这位老哥就是这么一个变量，原来世界这么精彩。就是读起来专业术语太多，稍微急躁或者偷懒就跟不上作者的思路。

于淼老师最近发了他的电子书：https://bookdown.org/yufree/sciguide/，实在太牛逼了，有兴趣的话可以把他的博客都读一遍，绝对收益匪浅。

总结几点：

1. 从源头思考或第一推动原理
2. 个人知识体系的构建，信息的整合能力
3. 科学家解决实际问题的能力，即「全栈科学家」，也就是于淼老师这样的人
4. 统计思想分析现实问题

尤其第四章介绍科研思维，实在精彩，有兴趣的可以找来读读。