假设人体真有一个"ATP心脏"——专门发电,统一供能,多省事?但你只要算一笔账,就知道这东西不可能存在:一个成年人每天消耗约40公斤ATP,高峰时每秒要用掉约半公斤。如果靠一个器官集中生产,再通过血液"输电"到全身,那你觉得ATP能活多久?
所以进化从没想过建"发电站"。为什么呢?这个问题,我们今天从两个角度来聊。
第一块是功能的内容,涉及到了温度和修复
第二块是进化的内容,涉及到内共生
对于多细胞生物,如果某一个器官负责能量诞生,那么你必须考虑以下问题——温度的问题。于整个个体需要大量的能量来维持,那么,这个器官必须旺盛的诞生能量。而这个器官本身就很纠结了。
因为,生物本身的合成能量是需要酶的,酶大家都知道,发挥作用需要适宜的温度,所以必须让整个器官维持恒定而且适宜的温度,比如37附近。
但是,由于你把全身的能量放到了一个器官,那么这个能量需求非常恐怖,使得这个器官必须产生超出正常几百倍的能量,这个能量必然让器官剧烈发热。
大部分酶是蛋白质(其实还有种叫做核酶的),温度过高的结果就是蛋白失活,就是煮鸡蛋喽
如何平衡?千万要不这种小宇宙模式根本不可能实现,这个温度下去,组织就over了
当然你也许会说,让产生能量的组织维持37度,通过大量散热来维持。问题来了,想散热,基本上是要分布在表面,比如皮肤部分,那么这能量器官也太脆弱了。
而更关键的问题是,产热部位温度太低的话,那么机体其他部位温度更低,可能会低一个数量级,这样一来,生物可能就成了冰火两重天了。
代谢会产生非常多的氧自由基,氧自由基对于细胞的损伤毋庸置疑,很多突变都是这个导致的。
当然了,现在也发现氧自由基也会有一定的益处,所以有人提出了氧自由基的均衡理论。
如果让单一器官完成能量代谢,那么这个器官必然是超出正常组织(我们目前的认知)去合成能量,最终结果就是这个器官高负荷运转,而生物本身有自己的规律,他是有承受力的, 于是这个器官很快损伤了。
当然也有人会说,能不能让这个部位的干细胞一直活跃,一直补充,就像人体的造血干细胞一样呢?理论上是可行的,但是事实上第一条的温度已经把绝大多数的可能性排除了,干细胞增殖需要合适的温度和酶体系,而这个组织无法维持合适的温度。
其他网友提到了最优化等看法, 事实上在生物上的确存在。线粒体分布于一个器官,不符合最优化的过程。
毕竟是能量货币,随时需要,运输的损耗,需求的弹性都是个问题。比如,如果指头急需要能量,从器官运输到指头,需要时间,可能就导致人的敏捷下降了,然后就被吃了。
不仅如此,不同组织需要的能量不一样,这个反馈就涉及到了神经和信号通路,这更麻烦,还得给每个组织配备一个局部处理器,反应器和感应器,这投资太大了。
抛开上述几个问题,我们就不得不提到进化的惯性,比如为什么大部分哺乳类的爪都是五个指头之类的。
对于ATP的问题,生物学上可以用伟大的内共生学说(endosymbiotic theory)来解读。
简言之:内共生的时间早于多细胞动物出现的时间。多细胞生物由单个生殖细胞发育而来的。而
单细胞本身含有线粒体,这就意味着,它在增殖分化过程中,其他的细胞都是以这个原初的受精卵为模板进行扩增。
所以后来者都会和最初的细胞一样,拥有最基本的组成,包括线粒体,所以,你要想让后来的组织没有线粒体,细胞还需要专门设计基因组来关闭这些细胞的线粒体合成(比如沉默基因),对细胞本身也是负担。
当然了,某些成熟的细胞会都掉这些内容,比如红细胞