宇宙有限论

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§42_3  真核生物域分为四个“界”

        在主流生物分类体系中，真核生物域分为四个“界”：原生生物界、真菌界、植物界、动物界（人属于“动物”界）。其中：
        [1]原生生物界.
        其核心特征为：多为单细胞真核生物，少数为多细胞但无组织分化，是真核生物中最低等的类群，全部为水生，营养方式多样（可自养、异养或兼性营养）。
        其主要类群为：藻类、原生动物类、原生菌类，常见的有粘菌、海藻等；前述的变形虫、疟原虫、眼虫也归于此类。
        [2]真菌界。
        其核心特征为：全部为真核生物，细胞具有细胞壁但无叶绿体，不能进行光合作用，依靠腐生、寄生的方式从外界获取营养，在食物链中属于还原者。
        其主要类群为：子囊菌、担子菌、酵母菌、霉菌、大型真菌（如蘑菇）等，广泛分布在土壤、水体、动植物残骸和空气中。
        [3] 植物界。
        其核心特征为：绝大多数含有叶绿素，能通过光合作用自行制造有机物，多数固定生活在某一环境不能自由运动，细胞具有细胞壁。
        其主要类群为：绿藻、苔藓、蕨类、裸子植物、被子植物等，从微小的单细胞藻类到高大的乔木都属于这个类群，是生态系统中最主要的初级生产者。
     
        [4] 动物界。
        其核心特征有三：
        A.起源与发育；
        全部起源于共同的单细胞后鞭毛祖先，胚胎发育必须经历囊胚阶段，这是动物界独有的发育标志； spermatozoon普遍具有后鞭毛结构。
        B.营养与代谢；
        绝对异养，必须通过摄取外界有机物获得能量，绝大多数有专门的消化器官，不能进行光合作用或化能合成自养。
        C.细胞与运动；
        细胞仅存细胞膜、无纤维素细胞壁，细胞分化出专门的组织器官；绝大多数成体能够自主运动，只有少数寄生固着类群失去运动能力。

       其大分类有二：原始无脊椎动物与脊椎动物，更详细分类后逐渐述之。

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§42_4  迈向植物界：最早的植物——红藻

       原始生命的“进化之旅”，进入真核生物域后，进一步的演化至少有三条分路。
       其中一条（不妨设为“第一条”）是迈向植物界，多细胞真核生物进化为多细胞红藻——最早的植物。
       多细胞红藻（简称为“红藻”）通过光合作用，吸收二氧化碳、释放氧气，宇宙中不少行星富含二氧化碳，如“§23    生命前传Ⅰ：从无机小分子到有机小分子”所述，进化出原始生命的第一步，本来就需要包括含二氧化碳的环境，这为红藻的生命活动提供基础。

      在没有陆地土壤的星球，红藻依然可以在海洋中成长。
      红藻的生存环境是：
      [1]海底岩石提供固着基底；
      [2]海水中有溶解的矿物营养；
      [3]恒星光照能穿透表层海水；
      [4] 海水中有二氧化碳，或地壳活动包括火山不断释放出二氧化碳。

       红藻富含藻红蛋白，能高效吸收其他藻类无法利用的蓝绿光，因此可生长在200米甚至更深的海域，远超大多数植物和藻类的生存极限 。

      红藻的繁殖方式既有无性繁殖，也有有性生殖。
      无性繁殖是：
      红藻可通过营养体断裂的方式繁殖，一部分藻体断裂脱离母体后，就能发育成完整的新个体，遗传物质和亲代完全一致，本质就是不断"复制自己"延续种群。
      有性生殖是：
      红藻具有独特的世代交替生活史，会产生雌雄配子，经过配子结合形成合子，再发育为新的孢子体，最终产生新个体，有性生殖会发生基因重组，产生遗传变异，并非完全复制亲代。
      更有特殊繁殖方式：
      部分红藻还存在独特的无性孢子繁殖，产生不动孢子直接发育为新个体，也属于无性繁殖的一种。

      在自然环境没有被破坏之前（例如遭受红巨星灾难），红藻这种不断"复制自己"加之有性生殖的活动，可以延续数亿年甚至更长。

      “无天外客叩门”的第2类原因：“天外客”在某些行星上，进化停留在多细胞红藻的持续无（有）性繁殖之中，仿佛一个“死循环”的程序，一直没有“停机”但也没啥新花样。
      多细胞红藻属于“沉默一族”，离“叩门”尚远。

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§42_5  “非生物产氧”行星

      先考虑这样一个行星，最早并没有任何植物可通过光合作用为行星提供氧气。
      但是，行星内部的某些矿物在高温熔融状态下，会发生分解反应直接释放氧气。
      譬如地壳中常见的硝酸盐、氧化物矿物（二氧化锰、硝酸钠等），在火山高温熔化后会分解，释放出游离的氧气，这些氧气会随火山喷发直接进入大气层。
     （注意：在地球火山可观测到这种原生氧气。）
      一些特殊地质条件的行星上，这种释放量可以累积到足够支持简单生命生存的水平。

       又如，行星表层的水岩反应、放射性分解也会持续产生氧气，最典型的两种情况。
       水和超镁铁质岩石的蛇纹岩化反应：
       海水渗入洋壳岩石缝隙，和橄榄岩等超镁铁质岩石发生化学反应，会生成氢气和氢氧化镁，同时释放少量氧气；这个反应在地球深海热液区域一直在持续发生，部分厌氧微生物就直接利用这些氧气代谢。
       放射性水分解：
       地下岩层中的放射性元素衰变会产生高能辐射，分解周围的地下水产生氧气，这种反应在任何有岩石和地下水的行星内部都会持续发生，即使没有光合作用，地下深层也能依靠这种反应产生的氧气支撑微生物生存。

      2023年《自然·天文学》的研究就证实：即使是完全没有生命的岩质行星，仅靠地质活动的持续累积，也能让大气层中氧气浓度达到支持简单呼吸的水平，这也改变了天文学界寻找地外生命的判断逻辑——不能仅靠是否探测到大气氧气来判定是否存在生命（即存在其他方式）。

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§42_6  迈向动物界：最早的动物海绵

       原始生命的“进化之旅”进入真核生物域后，第二条分路是迈向动物界，在“非生物产氧”行星上，多细胞真核生物进化为海绵——最早的动物之。
       海绵呼吸大气中的氧气，吐出二氧化碳，行星中的纯地质过程靠硅酸盐风化，消耗多余的二氧化碳。
       不过该行星有足够大的海洋，海绵在海洋中生长。
       因为海绵作为动物身体结构简单，几乎每个细胞都直接和海水接触，气体交换直接通过细胞膜扩散完成，不需要专门的呼吸系统；
       故不需要“吸入”“吐出”的主动呼吸动作，但整体代谢的气体交换方向和其他动物一致：消耗氧气，排出二氧化碳。

       海绵作为结构最简单的多细胞动物，生存需求非常简单。
       [1]只需要持续稳定的溶解氧供给；
       地质活动已经能持续释放氧气，氧气会溶解到海水中，完全满足海绵滤食呼吸的需求；海绵不需要复杂的器官系统，对氧气浓度要求很低，只要海水中有微量溶解氧就能存活。
       [2]依赖海洋溶解有机物作为食物；
       恒星提供基础热量维持液态海洋，溶解矿物提供了有机质合成的原料，海洋中会自然积累溶解有机物，刚好是海绵主要的食物来源，完全匹配海绵的滤食生存方式。
       [3]环境稳定性足够；
       只要行星的地质活动能持续稳定释放氧气（不会突然中断），海洋环境就能长期保持稳定，足够从单细胞生命逐步演化出多细胞的海绵动物。

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§42_7  已活了9000年的“硅基骨架生命”：玻璃海绵

       假如1000年前有“外星人”造访地球，这时刚处于森林古猿时期，一点智慧生命的苗头都没有，外星人可能更注重于地球上的“长寿生物”。
       他们或许会注意到今加拿大不列颠哥伦比亚省（卑诗省）北部海岸，具体分布在赫卡特海峡（Hecate Strait）和夏洛特皇后群岛（Queen Charlotte Islands，现称Haida Gwaii）附近海域 。
       此区域出现了玻璃海绵群落，在1000年前已经有8000年的寿命。必须注意的是：海绵是动物不是植物。
       玻璃海绵的“玻璃”源于其由硅质骨针构成的精美玻璃状骨架，硅质骨架极其耐用，耐腐蚀和降解，可以存在数万年。

       前面已经讲述不同的硅基生命，如果要在地球上观测硅基生命，可以用玻璃海绵为模版。
       那么，外星人是如何得到加拿大北部海岸玻璃海绵的寿命记录呢？
       尽管海绵的活体组织本身会不断更新，但其基础骨架处于持续生长之间，很容易测出基础骨架的形成年份。
      （如果是现在去测算，此玻璃海绵群落的基础部分，已有9000年历史（寿命））

       关于地球上，谁是最长寿的动物，有不同的说法。

       2012年发表在《化学地质学》杂志上的一项研究估计，灌木单根海绵的寿命可长达11000年！因为深海的环境相当稳定，使得它们可以将重心全部放在生命力上。
       玻璃海绵的学名正是灌木单根海绵，11000年比9000年的寿命更长。

       这个11000年的记录又被打破。
       南极海绵（Antarctic Sponge），生活于南极洲周围的冰冷海底中，被指出寿命可高达15000年。
       恶劣的环境也意味着天敌较少，它们可以安然地附着在岩石上，不受打扰地缓慢生长。

       基本可认为，海绵类的某些品种，是地球生命的并列长寿冠军。
       之所以称“并列”，是因为理论上，至少有三类生物的寿命几乎是无限长的。
       长寿源于其繁殖的方式。

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       海绵可以采取无性繁殖的方式“传宗接代”，也即无性出芽、断裂生殖，不断复制自己。
       理论上，只要“海水环境稳定、光照持续供应、地质与气候长期稳定”，海绵的无性繁殖可以一直进行下去。这是否就是“无限的寿命”？
       但是，长期的无性繁殖，会出现“穆勒棘轮效应”
       ——严格无性繁殖的种群，会像被卡住的棘轮一样，只进不退，不断累积有害突变，最终逐渐降低种群适合度，甚至走向灭绝。详细而言：

       在不发生重组的严格无性繁殖中，种群每一代都会产生新的有害突变：
       新的有害突变出现后，有害突变更少的个体比例会逐渐降低，最终从种群中消失；
       因为没有基因重组，没法通过交换把多个个体的“无突变区域”重新组合成一个不携带有害突变的新个体，也没法把有害突变从种群中清除出去；
       每一代都会丢失掉有害突变更少的基因型，最终整个种群的有害突变数量只会越来越多，不会反向减少，就像只能单向转动的棘轮，没法退回到“低有害突变”的初始状态。

      注：以前曾经流行过“克隆人”，一个一万富翁可以不断“复制自己”达到永生。
      后来发现无法“永生”。其逻辑是：
      严格无性繁殖的遗传物质是完全亲代的“复制粘贴”，几乎不会发生基因重组，没有办法修复已经出现的有害突变；
      自然选择只能淘汰掉有害突变特别多、适合度特别差的个体，没法清除掉单个轻微有害的突变；
      时间足够长的话，这些轻微的有害突变会一点点累积起来，让整个种群的生存繁殖能力逐渐下降，最终慢慢走向衰退。

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       因此，海绵“传宗接代”，可以主要采取无性繁殖的方式，结合有性繁殖进行。
       在完全严格的纯无性繁殖、加上环境不发生任何变化的情况下，穆勒棘轮导致的有害突变累积速度非常慢；
       只要种群偶尔出现一次极低频率的遗传交换，就能打破棘轮效应，清除掉累积的有害突变，让种群重新回到低突变的状态。
       但从最优化角度，还是无性繁殖与有性繁殖交替进行。
       绝大多数海绵都是雌雄同体，可以产生spermatozoon和卵子，spermatozoon成熟后会随水流排出，进入其他个体体内和卵子结合完成fertilization；
       fertilized egg会发育成中空的两囊幼虫，随海水漂流到新的基质上附着，最终发育成新的海绵个体；
       只有极少数寄生性海绵会因为长期寄生，次生简化失去有性繁殖能力，但这是少数特例，且是“退化丢失”不是“从零进化出”。

      海绵通常在环境条件变化时（比如温度改变、季节更替）启动有性繁殖，只有在环境稳定、资源充足时才会优先用无性繁殖（出芽、断裂复制自己）快速扩张种群：
      无性繁殖适合稳定环境下快速占领生存空间，保留已经适应环境的基因型；
      有性繁殖可以产生基因重组的新个体，更容易应对未来可能的环境变化，这是所有海绵都保留的生存策略。

     只要“海水环境稳定、光照持续供应、地质与气候长期稳定”，海绵在“非生物产氧”行星上，可以持续进化数亿甚至更长。
    （人类已经发现系外的适宜行星，估计表面为水所包围，行星已有高于地球的寿命，但对准该行星的接收系统，一直没有收到其传来任何信号；假如该水行星已进化出简单动物，情况或如前述）

     “无天外客叩门”的第3类原因：“天外客”在“非生物产氧”行星上，进化停留在海绵的持续交替之无（有）性繁殖之中，例如一个“死循环”的程序。
     海绵属于“沉默一族”，离“叩门”尚远。

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§42_8  环境的优化与灯塔水母的“返老还童”

       还记得古龙笔下的武林绝代高手——水母阴姬吗？

       原始生命的“进化之旅”进入真核生物域后，有些既没有进化入植物界、也没有入动物界，停留在原生生物界，处于“食物链”的最底层。
       如果原来进化出海绵在“非生物产氧”行星，环境继续优化，包括：
       [1] 海水含氧量达标;
       有更激烈的地质活动，提供更多的氧气，把海水溶解氧浓度提升到至少2%现代海水氧浓度以上：
       水母是比海绵更复杂的真后生动物，需要氧气维持神经、肌肉细胞的代谢，海绵可以在低氧环境生存，但水母必须有足够的氧气才能存活，这是最核心的前提。
       [2] 存在稳定的捕食生态位;
       海洋里已经有足够多的原生生物作为食物，需要能游动捕食的动物，会驱动原始刺胞动物（水母祖先）从固着生长的水螅型，演化出自由游动的水母型。
       [3] 有性繁殖持续积累变异；
       海绵有更多的有性繁殖活动且活力提高，通过基因重组持续产生新性状，逐步演化出刺细胞、神经网、肌肉这些水母特有的结构。
       [4] 环境长期稳定;
       地质、气候没有发生毁灭性灾难，给变异筛选足够的时间，通常只需要几百万到几千万年就能完成这个演化过程。

       只要满足以上四个条件，从海绵进化出水母完全符合演化之规律。

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       按照现代动物分类学的系统发育分类，海绵和水母的具体分类层级如下。

       A、海绵的分类
      现代分类将海绵单独划分为多孔动物门（Porifera），是动物界中最原始的多细胞动物类群，下分三个纲。
      钙质海绵纲：骨骼为钙质骨针，多为小型浅海海绵，比如白枝海绵；
      寻常海绵纲：最常见的海绵类群，骨骼为硅质骨针+海绵丝，绝大多数淡水和深海海绵都属于这个纲；
      六放海绵纲：又称玻璃海绵，多生活在深海，骨针为六放硅质，代表种类为偕老同穴；
      海绵没有真正的组织分化和器官系统，是侧生动物，不属于任何高等动物类群。

      B、水母的分类
      水母不是一个单一分类单元，是刺胞动物门中两个不同类群的统称。
      [1]刺胞动物门（Cnidaria）- 钵水母纲：这是我们常说的大型水母，比如海月水母、海蜇都属于这个纲
      [2]刺胞动物门（Cnidaria）- 水螅纲：多数为小型水母，比如桃花水母、钩手水母，部分水螅纲物种会有典型的水螅型+水母型世代交替（水螅含于此纲，后补）。
      刺胞动物是比多孔动物更进化的真后生动物，有简单的组织分化和消化腔，是动物演化史上第一个出现辐射对称体型的类群。

      总体而言，海绵是多孔动物门，水母都属于刺胞动物门，分属两个不同的演化分支，都是最原始的多细胞动物类群，刚好对应于“简单多细胞动物”演化阶段。

     “无天外客叩门”的第4类原因：“天外客”在比一般“非生物产氧”条件更优的行星上，进化停留在水母这个阶段之中，水母与海绵一样属于“沉默一族”，离“叩门”尚远。

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       灯塔水母（Turritopsis dohrnii）得名“灯塔”，主要是因为其透明的身体内可见鲜红色的消化系统，在光线照射下宛如黑夜中指引方向的灯塔光芒。
       当面临物理损伤或环境因素造成饥饿压力时，成熟的灯塔水母可以将其细胞进行“转分化”——一种细胞转变为另一种完全不同的细胞。其将收缩身体，沉入海底，重新附着，并变回水螅体——其生命的幼年阶段。
       也即灯塔水母会“返老还童”！

       还记得金庸小说中“天山童姥”的返老还童吗？
     《天龙八部》中逍遥派绝学：天长地久不老长春功（该功法属至阳内功，需以深厚内力为基础修炼），其每三十年须返老还童一次，期间功力尽失需每日重修，并需午时吸饮生血方能恢复。

       变回水螅体的灯塔水母，又可以再次开始生长，发育成一个新的、基因完全相同的水母。该过程理论上可无限循环，使灯塔水母逃脱生理性衰老。
       据伦敦自然历史博物馆所称，灯塔水母可以多次重复这样的过程，直接逆转生命周期，在适当的情况下，理论上它们是可以真的实现永生的。
       例外是发生深水爆炸彻底毁坏或被其他动物完整吃掉，破坏了“永生”。

       灯塔水母是否为唯一能够性成熟后再次完全回复到幼年阶段的动物，尚未有定论，已知若干动物能“断肢再生”或“断指再生”，不少植物通过“无性繁殖”方式得到“永生”。
       但灯塔水母的细胞转分化机制，对于抗衰老研究意义重大。