下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
在无尽的时间长河之中，演化过程中的无常变为恒常，巧合也成为必然。打个比方，对居住在美国的人来说，每年被闪电击中的概率是70万分之一。
如果你活到70岁，你一生中被闪电击中的概率也很小：一万分之一。但是，如果你活了30亿年，冷眼旁观地球生命的变迁，那你可要小心了，因为你可能会被闪电击中4 200次。
如果我们把这样的思考模式引入生机勃勃的细菌和单细胞生物，那么数字将会更加惊人。1盎司“干净”的饮用水里有超过100万个细菌，
而整个地球上约有3.3亿立方英里
的水。
也就是说，水里的细菌有40×10
27
之多。即使这些细菌每天只复制一次，一年也将产生14×10
30
个。在这种情况下，发生某种随机变异，让无法食用的化学物质变成食物的可能性有多大？就算这个可能性只有100万亿分之一，每年也会发生10
17
次这样的变异。演化史长达几百万年，所以变异必然会发生。
年轻的地球逐渐被有毒的氧气填满，在亿万年的寂静中，逐渐孕育出新的生机。细菌默默地繁殖、变异了千万亿次，如此持续了几十亿年。直到有一天，某些细菌找到了一种看似不可能的解决方案，利用氧气制造原材料，这就是氧化磷酸化。电子在膜间隙里进进出出，使得细菌将光合作用的力量反转，用氧气打破葡萄糖的化学键，将储存的能量释放出来。最后，二氧化碳和水被排出，它们就是光合作用的原材料。
这是生命演化史上的里程碑事件之一。有氧代谢开辟了一条自由之路，产生了一种新的生命形式。好氧细菌占领了地球，并分化出新的物种，在不同领域扩张。
还有一个小概率事件发生了。早期的生命形式并不友好，某些细胞会以其他细胞为食（不论是你家后院吃草履虫的变形虫，还是血液里杀死入侵细菌的免疫细胞都是这样），把猎物一口吞下，包裹进自己的细胞膜里，再将猎物慢慢分解，转化成能量。几亿年来，被吃掉的好氧细菌不计其数。然而，它们中的极少数（也许只有一两个）居然在新宿主的身上存活下来，逃脱了灭绝的命运。
它们甚至非常成功。如此荒谬的嵌合体生物有着得天独厚的优势，它们体内的细菌可专门用于产生能量。于是，它们横扫中土大地，变成了主流生命体。现在，地球上的所有动物——不论是蠕虫、章鱼还是大象——都继承了这次奇迹的余晖。人类亦如此，我们身体里也有这种神奇的结构，即线粒体。
“线粒体从共生细菌演化而来”的革命性理念是由林恩·马古利斯提出的。
19世纪的研究者从显微镜中观察到了线粒体和细菌在形态上的相似性，线粒体由细菌演化而来的想法也曾在他们脑海里浮现过。但是，马古利斯让这个理念焕发出勃勃生机，并引起了人们的关注。20世纪60年代末，她撰写了一篇划时代的论文，却被拒稿几十次，因为在他人眼里这篇文章的内容实在太离谱了。不过，她没有放弃。在接下来的几十年里，人们逐渐发现，马古利斯的想法是完全正确的。
我们细胞内的线粒体保留着奇怪的DNA环，这是它们的细菌祖先留下来的有力证据。我们全心全意地照顾它们，就像喂养自己的宠物。我们的心和肺都是专门演化出来用于供养线粒体的器官，为它们提供氧气，并带走它们的排泄物（比如二氧化碳，见图2–1）。如果没有它们，没有氧化磷酸化的魔法，我们就不可能像现在一样肆意挥霍能量，也不可能看到今天如此欣欣向荣的生命王国。
氧是氧化磷酸化的关键原材料，因为它是偷窃电子的高手，也因此具有极大的毁灭性。氧是“电子传递链”上电子的最终受体，像击鼓传花一样在线粒体的内膜上传递电子，以此将氢离子拉到膜间隙中（图2–1）。如果没有氧，电子传递链就会停下，三羧酸循环就会堵塞，线粒体也会停工。电子在电子传递链上传递时会吸引氢离子，从而形成水。你体内的线粒体每天和氧生成的水约有一杯多（300毫升左右）。