心我在人就在

目前科學界普遍認為簡單的生命遠在36億年前就已經出現了，那時地球也剛形成10億多年。不過，僅僅等待這些原始生命長出細胞核就花了大自然15億年時間，再等它們聚在一起，有了分工，成為多細胞生物，又用了15億年，都快寒武紀了……也就是說，地球生命從無到有，僅用了十億多年；而從簡單的單細胞生物到複雜的多細胞生物，卻用了嚇人的30億年。咱就聊聊這30億年吧。

前15億年，簡單緩慢，重複循環，無聊到爆

這時候叫做“太古代”，地球環境非常惡劣（對我們而言），快趕上今天的金星了。沒完沒了的火山噴發和地震，大氣和海洋中都沒有氧氣，二氧化碳倒是不少。那時候地球上只有為數不多的原核生物（咱們是真核生物），它們連細胞核都沒有，只有一個擬核。

當時的生命主要是藍細菌、古細菌等。後來為了增加體表的面積，方便物質交換，一些生物把自已搞成了奇奇怪怪的形狀，有放射狀的，有螺旋狀的，有棍子狀的（討厭的支原體和衣原體就是這會兒出現的）。它們懸浮在遠古海洋中各安天命，誰也不搭理誰。
圖:支原體

不過這漫長而無聊的年代也是有些亮點的，比如有的原核生物能在沸水中生活，有的能在冰水裡繁衍，有的耐酸耐鹼，有的學會了寄生。最重要的是，在約20億年前，藍藻長出了細胞核，它們抱團生長，將遠古海水中的碳和金屬離子吸收進體內，最後沉積下來形成了著名的疊層岩。同時，它們通過光合作用向海洋和大氣中排放大量劇毒物質——氧。

後十五億年，好玩的事情開始發生了

一些單細胞生物終於長出了細胞核，真核生物出現了。它們似乎厭倦了單打獨鬥，所以開始組成群落，共同應對生存挑戰。但所有群體都面臨同一個難題:如何確保公平的分配。原始的真核生物們琢磨了好幾億年，終於想出一個簡單粗暴的辦法來——咱長成個餅吧！
圖:餅狀體型

餅狀群體好哇！能充分照顧每個個體的需求，能讓大家得到同樣的陽光、水和養料，還能避免單一的個體被變形蟲之類的流氓生物吞掉。每個餅狀群體都是一個生產隊，大家共同勞作，共同禦敵，一起進退，一口鍋裡吃飯。這套模式挺管用，它解決了個體生活的諸多不便，所以那會兒的生物無論植物（自養）動物（異養），都長得跟餅似的。

但時間長了大家就都發現問題了，這種模式絕對公平，但也造成了絕對的低效，大夥什麼都得幹，結果就是什麼都幹不好。某個異養“生產隊”就正在想轍解決低效的問題，開了好幾億年會，終於想出個辦法:分工。

隊長表示“我會製造電脈衝信號，還有組織能力，我當腦子，負責組織協調，指引大家吧”。副隊長表示“我感光能力好，我當眼點給大家看路吧”。治保主任老白說“我會吞噬，隊裡混進壞蛋我就吞了他”。老循說“我會用泵，還是管工，我給大家送水”。小消說“我是廚子，我管給大家做飯，老循管幫我給大夥送”。大家七嘴八舌，活很快分配完了，以後每個人都只需要幹好自己最擅長的工作就行了。而且大家表示應該讓幹不同工作的人呆在不同的地方，以免互相干擾。所以餅形結構不好使了，乾脆大家捲成個筒子，在裡面幹活，前邊進料後邊出渣。正好菊大哥閒著沒事幹，讓他管出渣吧。🙈

如此一搞，不同的組織便形成了，它們高度分化，卻又互相連接，每個組織都有不同的絕活，整體效率便有了質的飛躍。多細胞生命就這樣誕生了，不過它們馬上就將迎來一場嚴峻的生存挑戰——由於二氧化碳被藍藻變成了疊層石，“大冰凍時代”就要來了。

純野生科學家

在現代分子生物學的加持下，我們對生命的歷史與過程有了比以往更深刻的認識（雖然距離真相還有一定距離）。多細胞生命是如何出現的也一直是科學家乃至無數普通人都非常關心的事情，為此我覺得可以小小地，簡略地聊一聊。

找到活化石

首先我們要知道，進化在單細胞生物的層面與達爾文的經典進化論並不一致（但這並不意味著進化論是錯誤的），因為這些小生命交換DNA的能力非常強，並不是像我們從宏觀動物中總結的那樣一直按步就班地突變—繁殖—自然選擇—適者生存。所以當生物學家用DNA追溯生命最初的故事時，就會發現那不是一棵樹而是一張網，我們根本分不清一個微生物的基因到底是從哪裡來的。

但沒關係，我們還可以找到一些保留了有趣的、看起來比較原始的生命生存方式，我們可以從中窺探到最初多細胞生命的秘密。

在我往期的文章中也提到了，複雜生命走出的第一個重要發明是真核細胞的出現。在20億年前一個神奇的古菌吞噬了一枚可憐的細菌，這一次跨界的偉大合作讓這枚古菌的體積得以極速膨脹。雖然我們不知道第一個古菌到底變得有多大，但是就現在來說，細菌平均是古菌的1萬倍到10萬倍體積。

在體積變得巨大之後，內部才可以包容許多細胞器，實現更復雜的生化反應。而變成這種樣子後還有一個好處——單真核生物失去了細胞壁，這樣它就可以四處吞噬或是與其它細胞發生一些特殊的交換，有性生殖與多細胞都是在這個時候出現的。

與所有動植物祖先親緣最近的傢伙

第一個多細胞生物大概出現在6億年前，也就是單細胞生物誕生14億年後，那麼現在生物學家到底依靠研究什麼來推測多細胞生命的誕生呢？有請今天的小主角——

加州大學伯克利分校的妮科爾·金（Nicole King）研究員是世界為數不多研究這種小小的可愛單細胞生物的專家。這種單細胞生物看起來就像是一個滑稽的、穿著超短裙的精子，那個長長的尾巴是用來把細菌與其它有機碎屑掃進“超短裙”裡的，然後吞食、消化和吸收。

那麼這種小生物有什麼特別之處嗎？是的，哪怕只是單細胞生物，哪怕根本沒有神經與反射，它們依然可以表現出“社會化”的一面。有時生物學家可以在顯微鏡下看到一些聚集成團的領鞭毛蟲，它們看起來就像是一團……覆盆子？它們小小的頭部聚在一起，超短裙與鞭毛一致對外。

是什麼讓它們跨越萬水千山走到了一起，是緣分嗎？

嗯……其實並不是你想的那樣（當然多數人第一眼都會這麼認為），這一團領鞭毛蟲並不是聚合在了一起，而是在生殖時變成這個樣子的。領鞭毛蟲是無性生殖的生物，它們的生殖依賴分裂，也就是複製自己。多數分裂在結束時就會徹底分開，但有些時候它們的頂端不會分開，如果這種情況一而再，再而三的出現，就會變在你看到的樣子，生物學家還這一簇細胞團起了個名字，叫“玫瑰叢”（rosette）。

我們現在找不到最初多細胞生物的化石，這是理所當然的，因為在多細胞生物形成堅硬的支撐結構之前，幾乎無法留下化石。於是根據領鞭毛蟲的結合方式，生物學家推測最初的多細胞生物是一種瓶子形的多細胞體，它們非常小，大約只有幾十到幾百個細胞，依靠與領鞭毛蟲一樣的進食方式——將有機物與細菌吞入體內消化。

細菌與它的緣分

那麼這些單細胞生物是如何聚合的呢？金的研究一開始就出現了困難，領鞭毛蟲在野外環境中非常容易變成玫瑰叢，但是在實驗室環境中則有一些難，成團的概率不高，無論如何調節溫度、營養水平、環境酸度都毫無起色。

最後的意外突破來自一次抗生素的使用，領鞭毛蟲突然變得徹底不能成團了，於是金意識到關鍵在於細菌，通過一個一個餵食細菌，金找到了一種名為馬島噬冷菌（Algoriphagus machipongonensis）的擬桿菌起到了關鍵作用。這種細菌分泌出一種名為RIF-1的類脂肪分子，這種化學物質會誘導領鞭毛蟲加速分裂並形成玫瑰叢。

那這到底是為什麼呢？其實非常簡單，形成玫瑰叢後的領鞭毛蟲捕食能力大大增強，而馬島噬冷桿菌一般會出現在食物（細菌）的區域，也就是說如果領鞭毛蟲接收到RIF-1的分子信號，就意味著前方有豐富的食物，於是它們就啟動“變形程序”，轉化為“團隊作戰模式”。

有了第一步，下一步自然也就不難想象了，多細胞的優勢是巨大的，只需要不斷提升規模，多細胞生物就會逐漸繁榮起來。沒有細菌的指引，單細胞生物就走不出這重要的一步，從這個意義上來說，細菌與我們的關係真的太密切了。

我是酋知魚，一個有點東西的科學作者，歡迎關注！

酋知魚

"大多數專家都同意，單細胞生命起源於4.1-35億年前，而多細胞生命的第一個複雜形式大約在6億年前形成。 通常認為，在多細胞性的進化和傳播之前，地球單細胞生命佔據了超過20億年的統治地位。"

鑑於宇宙大部分地區似乎是空的，生命被認為是稀有而奇妙的事情。地球是已知宇宙中唯一能夠維持生命的行星。我們的星球大約有45.4億年的歷史，專家們相信，它的誕生大約花了5億年的生命。基本的多細胞生命以藍細菌墊的形式形成於35億年前，而真正複雜的多細胞生命似乎發生於不到10億年前。

顯然，鑑於單細胞生命長期佔據著地球的主導地位，因此單細胞生命是相當成功的，這引發了一些問題，即單細胞生命如何演變為多細胞生命？

早期單細胞生命

現在，有一些關於地球上生命起源的爭論，估計範圍從37.7億年到45億年前，距地球形成不到5,000萬年！ 雖然時間可能不準確，但很少有人爭論說，第一生命的形式存在於海洋深處的熱液噴口中，因為生命的最早證據來自熱液噴口的沉澱。這些最初的生命形式是簡單的微生物，可能在海洋形成後立即出現。

但是，地球上生命的第一個無可爭議的直接證據可以追溯到大約34.65億年前的微生物化石，而早期的主張通常取決於生化過程中所涉及的物質的存在，儘管有機體本身還不存在。但是，已經發現的早期生命的直接例子已經顯示出一些細胞的複雜性，包括包裹著產生蛋白質的DNA的細胞壁，因此，更原始的生命形式可能存在得更早。

基本上，從35億年前開始，儘管在類似藍藻類細胞中具有早期多細胞性，但單細胞生物仍佔據統治地位，其中大多數是原核生物，直到真核生物（具有核，細胞器和更復雜功能的細胞）出現。 細菌和古細菌是出現的頭兩個生命領域，其次是Eukarya。 這些簡單的生物能夠維持自身的新陳代謝並獨自生存，只需要一個細胞。 地球上仍然存在許多單細胞物種，包括細菌、浮游生物、變形蟲、原生生物和一些真菌。

單細胞生命如何發展？

如前所述，藍藻類細胞可能在35億年前就已發展為多細胞性，但是最早的多細胞真菌實例是25億年前，最古老的植物樣化石可追溯到16億年前，最早的動物化石出現在5.58億年前。 一百萬年前，多細胞植物是在4.7億年前從藻類進化而來的。

專家的最佳猜測是，真核生物中的多細胞性進化了25個不同的時期，但是複雜的多細胞性僅在六個真核生物類中發展了起來，這些動物是動物，真菌，陸地植物，紅藻，綠藻和褐藻。然而，多細胞生命發展的不同方式一直是爭論的主題，暗示著整個生命歷史中的各種途徑可能導致更大的複雜性。

單細胞生物本質上是隱士，僅取決於自身及其通過裂變，出芽或有絲分裂而存活和繁殖的功能能力。然而，多細胞生物放棄了獨立性，成為專門的細胞，與執行不同功能的細胞協同工作。像某些藻類一樣，對於人類超過35萬億個細胞而言，是否只有幾十個細胞，專用細胞之間的交流和共生相互作用的水平似乎遠遠超出了獨立的單細胞生物。

然而，最初向多細胞性的飛躍可以用單細胞生物定殖的趨勢來解釋。我們一直在細菌、黴菌和真菌的菌落中看到這一點，單細胞生物形成群簇。 在某些情況下，這些細胞簇會演變出自己的特徵和獨特的方向，通常得益於資源的共享擴散，免受掠食或環境威脅的保護。 隨著時間的流逝，這些集群已習慣於“群體生活”，而不再是完全自治的，而是依靠群體的其他部分來生存和發揮作用。

在實驗室研究中，已經表明，僅改變單細胞生物中的少數基因可以促進簡單的未分化多細胞性。 這種改變可以採取非常簡單的形式，例如阻止細胞完全分離的突變，從而導致多細胞生物可以交流，共享資源並發展更大的專業化水平。

為什麼花這麼長時間？

單細胞和多細胞之間的這種"轉移"似乎非常簡單和直接，這就引出了這個過程是否容易逆轉的問題，以及為什麼更復雜的多細胞生命進化需要這麼長時間。

就第一個問題而言，這個過程是否是可逆的，很難忽視指向單細胞和多細胞之間搖擺不定的研究，這取決於環境條件和物種的需求。然而，也有人認為，在某一點上，細胞群將永久適應多細胞生命——這個過程稱為"細胞"，這將使（從基因上講）無法迴歸到單細胞存在。

從這一點開始，進化只能朝一個方向移動——走向更高的複雜性。這方面的一個很好的例子是兩種細胞類型的共生，每種細胞都會產生一種化合物，對於另一種細胞的生存至關重要。一旦這種關係建立並"編碼"到細胞的基因組成，它們會做的更好在一起比分開，所以不會再返回單細胞。

最近的研究表明，在多細胞生物中發現的許多相同的遺傳標記——那些負責關鍵蛋白質合成和複雜生物功能的生物——也存在於一些單細胞生物中。起初，這沒有多大意義，因為複雜真核生物中的這些基因通常負責單細胞生物中不必要的功能。

然而，人們相信，隨著時間的推移和空間，簡單的生物體利用現有的基因用於新的目的，並找到了創新的方式，使用細胞內預先存在的功能。單細胞物種中可能存在的一些獨特的功能或結構可能存在於多細胞生物體的兩種不同專門細胞類型中，但這些早期的遺傳標記仍然存在。

從基因上講，這表明單細胞生物只是有一個不太複雜的機制來調節基因編碼。單細胞生物通常擁有複雜的基因機制，允許它們打開或關閉基因，我們發現類似的轉錄因子在我們自己的DNA！

為了回答為什麼複雜的多細胞生命進化花了這麼長時間，我們需要考慮我們星球歷史上的大部分環境條件。真核生物的蓬勃發展發生在大約25億年前，比地球上的氧氣水平大幅上升（24-2億年前）高。雖然對於這種大量氧氣的流入（俗稱大氧化事件）存在一些爭論，但大多數人贊同，作為副產品產生氧氣的光合真核生物的興起是主要原因。

氧氣濃度的上升使好氧生物得以繁盛，這也支持了多細胞生命和更高的複雜性。在地球歷史的早期，儘管存在著廣泛的單細胞生命形式，但它們大部分都是厭氧的，包括最早的生命形式古細菌領域。當大氣層變成富氧的大氣層時，厭氧生物被迫撤退到厭氧環境中，而好氧生物（那些利用氧氣通過細胞代謝產生能量的生物）和多細胞生物便自由地散佈在整個星球上。除了三種微觀海洋動物外，所有多細胞生命本質上都是好氧的。

鑑於我們現在已經瞭解了單細胞生命的早期歷史，以及實現向多細胞生命飛躍的機制，我們在地球上看到的令人難以置信的生命形式和功能的多樣性應該不足為奇。數十億年前，這個星球上的每種生命形式都起源於一個共同的祖先，那就是一種單細胞生物，具有自己獨特的遺傳密碼，可以將DNA轉化為RNA成為蛋白質。從如此不起眼的單細胞起源，整個地球上的多細胞生命就進化了。

從單細胞到多細胞的驚人進化“跳躍”不僅發生了一次，而且可以追溯到遺傳歷史上數十次。簡單的未分化多細胞生命的第一個成就發生在至少35億年前，而複雜的多細胞性卻在不同的真核生物王國中以不同的速率進化。這應該很好地提醒我們，進化的歷史不是靜態畫面，而是延續到今天的動態力量！

科技領航人

單細胞生物就是單細胞生物，不會進化。非要說進化，就是他適應自然環境能力在提高。這是自然規則確定的，達爾文，達它文都改變不了。猴子也不能進化成人。豬的基因與人相似，為什麼沒有進化成人？種子不一樣長出來的東西就不一樣，他們具有適應環境的能力改變，不會因為適應外界能力的改變而改變其種類。我覺得生物的起源是一個個不同的”心因”團組成的，這些帶有宇宙信息的心因來自宇宙，在宇宙中的任何地方飄蕩，遇到合適的環境就會發育為能夠自我繁殖的不同生物。

骨頭無畏牛刀

“從單細胞生命進化到多細胞生命需要多久？”。

這個，首先這裡涉及到很多問題，比如說“什麼是生命？”，你或者大家聽說過“海拉細胞”麼？有個問題叫“海拉還活著嗎？”，你認為海拉還活著嗎？

還有，未能喚醒的植物人還活著嗎？還是生命嗎？一個未來將發育成大科學家或者大明星的受精卵，在其還是受精卵的時候是一個生命嗎？如果不是生命，那為什麼單細胞生命就是生命？人類受精卵就不是生命？受精卵發育到什麼時候（有多少細胞的階段）才算生命？有多少細胞的人才算人？如此等等的問題，現在還沒有一個統一和同一的權威答案，這些問題還困擾著今天的智者，困擾著今天的社會認知和科學家，包括困擾著科學和科技的發展。

然後，知道了（說明了）有些事情很複雜，有些前置性基礎性的問題還沒有答案之後，我們開始回答題主提出的“……需要多久”的問題。

答案是，這要看具體環境了，如果環境條件非常好，十全十美盡善盡美的好，那在數百年甚至數年內生物就能從單細胞生命形態進化（演化成）多細胞生命形態。

可能有許多朋友會覺得單細胞生命形態進化到多細胞生命形態只需要“數年”，“數年內”就可以跨越這麼大的進化鴻溝，這答案實在是太荒唐太胡說八道了。

不過我要說明，或者說，所以我要強調一下，這個答案不荒唐，一點都不荒唐！這裡的要點在於“十全十美盡善盡美的理想環境”。想一想從一個受精卵（單細胞）發展（發育）到一個人，也就是十個月，對不對？子宮就是“相對而言”十全十美盡善盡美的環境，子宮這個環境就可以讓單細胞的受精卵在十個月的時間裡發育成一個複雜的多細胞生命（就是人類嬰兒）。

你可能還會說；你這是抬槓，受精卵發育到嬰兒是發育，不是進化（演化），你這是偷樑換柱偷換概念了。

好吧，你說的有道理，先就算你說的有道理吧。雖然其實錯的是你，是你犯了好多錯誤，比如說你對進化（演化）的理解太古董太狹隘太膚淺太跟不上現代科學思想的發展速度了，但篇幅有限，我們先不討論這個，我們直接說下一個要點。

下一個的要點是；你要知道“指數級”增長的威力有多大。單細胞生命在理想狀態下是可以指數級增長的（事實上按照定義和評判標準，可以指數級增長的才叫理想環境），而指數級增長具有無以倫比的威力。指數級增長的威力之大，常常超出人們的直覺和感受。

單細胞生物（如細菌）可以在幾十分鐘內就繁衍一代（就是一個細菌細胞分裂成兩個彼此相對獨立的細菌細胞）。我們不說幾十分鐘，我們就說一天繁衍一代，一天的時間數量才增加到原來的一倍吧。那麼一年就是365倍，就是2的364次方。想一想，2的364次方是多大的一個數字？你可以算一算，算一算或者想一想你就知道，2的364次方是一個大的都已經超出宇宙意義的數字，全宇宙中的基本粒子的總數都不可能有這麼多！因為指數級增長太厲害了，像2的364次方這樣的數字實在是太大了，所以，在理想（環境）狀態下，從單細胞生命發展演變（進化）到多細胞生命，真用不了幾年，真的真的用不了幾年這麼長時間。

“有什麼歷程？”。

這又是個很複雜、三言兩語說不清楚的問題。具體環境不同，具體的生命（特別是要進化到多細胞生命的單細胞生命自身情況的不同），加上諸如對“什麼是生命？”這樣的基本問題認識不同，等等，最終對“有什麼歷程”這個問題的答案就會有分歧和不同。

我們設定一切都最簡化，都按最簡單最基本的來講，比如說我們只要求進化出來的多細胞生命是最簡單的多細胞生命。然後一般性的講，單細胞生命演化成多細胞生命，需要經歷聯合、分化和共生三個階段。

首先是所謂聯合，就是單細胞生命彼此要能聯繫在一起，不管是彼此粘附在一起，還是靠生物信息素單純信息交流（沒有一般意義上的物理接觸）的聯繫在一起，總之單細胞生命之間要聯合起來，然後才有可能進化出多細胞生命。

第二步是分化，就是聯合起來的細胞變得各有所長而彼此不同，第三步就是在分化的基礎上演變成彼此依存的共生態，每個細胞（類別）都誰也離不開誰的一起共生。完成這三步，我們就認為單細胞生命演變成了多細胞生命了。

好了，說了不少了，就先說這些吧，上面的內容限於篇幅，掛一漏萬的地方在所難免，供朋友們，題主和大家參考。如果你有什麼問題或者想法，我們可以進一步交流。拋磚引玉，歡迎斧正，謝謝閱讀，期待在交流中共同進步。

137億年前的氫二氧一

日新月異地侯適應；

自然溫度元素基因；

構成多樣細胞生命；

具備條件細胞分裂。

天氣地水物性進化；

如菌太歲等長很快；

魚卵昆蛋動雌雄靈；

古今人六七百萬年。

李志勇LZY

關鍵字: 生命 億多年 科學界