原始汤假说
生命是如何从无到有的？宇宙的别处是否还存在生命？不谈生命，至少有机物的产生是必然的。年，斯坦利·米勒在烧瓶中注入水和还原性气体，然后制造放电，米勒竟然合成了几种氨基酸。这个实验让人们意识到，也许生命的产生没有那么困难，只要闪电作用于充满还原性气体的大气层，就能制造出构造细胞的基础构建，天长日久，海洋就会充满有机分子，进而形成生命，这就是原始汤假说。碱性热液假说
实际上，原始汤假说光靠闪电在海洋中形成的有机物，在浓度和能量密度上都不可能足以形成生命，因此学界随后提出了海底碱性热液喷口假说。在海底的岩石中富含橄榄石，而橄榄石富含亚铁离子和镁，在被水氧化的过程中会放热并释放氢气，制造出温暖、碱性、富含氢气的液体。在这样的环境下，只要没有氧气，热力学的趋势就是二氧化碳与氢气反应生成有机物。但氢气与二氧化碳反应还存在动力学屏障，在通常情况下，这两者之间根本不会有任何反应。在中性环境下，氢气的还原电位是-毫伏。如果氢气失去两个电子，让二氧化碳得到电子就会变为甲酸盐，甲酸盐的还原电位是-毫伏，也就是说甲酸盐更愿意把电子还给氢气。但分子的还原电位会随着PH值改变，也就是随质子浓度的变化而变化。在PH为10的碱性环境中，氢气的还原电位是-毫伏，具有很强的还原性，在此情况下氢气迫切得想要丢掉电子。海底岩石表面产生的碱性热液与溶解了二氧化碳呈微酸性的海水在岩石表面形成的微孔结构相遇时，微孔系统两侧能够形成质子梯度，在这种机制的驱使下能够大量合成有机质，碱性热液成为了生命的起源地。而橄榄石是宇宙中最丰富的矿物之一，二氧化碳也是许多行星大气的组成成分，只要满足橄榄石、水、二氧化碳，就可能形成碱性热液喷口，这也意味着生命的可能性。质子梯度
在前面说道的有机物形成细胞之后（中间的坑在另一本书来填），细胞也利用了类似于碱性热液喷口的机制来合成有机物，而合成的能量来源于呼吸作用，这是一种氧化还原反应，在反应中，电子从一个分子转移到另一个分子，在反应的过程中会以热量的形式释放能量，增加环境的熵。例如在呼吸作用中，氧气获得电子并同时结合两个质子，被还原为水，同时释放热量。而细胞利用呼吸作用释放的能量来合成ATP，但为了尽可能利用能量，细胞不会直接把从食物分子中夺取的电子传递给氧气，而是要连续通过十多个名为“铁硫簇”的无机晶体作为踏脚石，每个中心之间距离不超过14埃以便触发量子隧穿效益，且每一个中心的电子亲和力都会略大于上一个，电子最终经过15次这样的转移才能到达氧气分子，而其中的能量则被细胞用来泵出质子，以在细胞膜的两侧形成质子梯度。这样做得到了两个效果：1、在膜的两侧制造了质子的浓度差，以便合成有机物；2、在膜的两侧形成了电位差，膜内外的电位差是-毫伏，相较于膜的厚度，电场的强度相当于每米三千万伏特，细胞可以利用这个电位差来合成ATP。呼吸作用并不是一定需要氧气，只要是氧化剂都能被生物用来进行呼吸作用。内共生
在地球生命的演化过程中，从一开最简单的原核生物，逐渐进化出了复杂构造的真核生物。但在这两种生物之间，是一条鸿沟、一团虚无、一片真空。如果真核生物是由原核生物进化而成，那么我们通常能够发现演化的中间型，能够发现真核生物与原核生物的基因交流。例如眼睛的演化就是一个绝佳的例子。眼睛出现于寒武纪大爆发时期，在大约两百万年之内就演化出来了，但我们仍能找到处于感光点与眼睛之间的演化中间型。虽然我们能够找到一些吞噬作用形成的内共生现象，但在演化出真核生物之后，真核生物与原核生物之间再也没有过基因交流。而我们那真核生物真的是从原核生物演化而来的吗？在众多假说中，最简单的一种，就是在细菌与古菌之间发生了一次偶然的基因嵌合，一次性获取了大量细菌的基因，这是一起奇妙的单一演化时间，在地球40一年的演化中只发生了一次。α-变形菌内生成为了线粒体，而被寄宿的古菌利用线粒体的能量发展成为了复杂的生命体。线粒体基因
呼吸作用可能会产生逃逸的氧自由基，对基因造成损伤，因此线粒体的大部分基因都转移到了细胞核中，但为了控制质子梯度产生的巨大电势差，线粒体保留了一部分关键基因用于随时合成蛋白质。但线粒体只通过母体遗传，这造成核基因与线粒体基因的演化路径产生了分歧，一旦两组基因配合不善，就会造成细胞凋零死亡。我们常常提到杂交优势，是指两种亲缘关系远的个体不容易在相同基因上出现相同突变，两者的等位基因优势互补。但亲缘关系再远一些的相近物种杂交的后代不可育，这种杂交衰退归咎于线粒体基因组与核基因组的不兼容。线粒体与性
有性生殖是真核生物的特性之一，有性生殖能够打破固定的基因组合，让自然选择可以“看见”单独的基因，把我们的特质组个分列出来。而无性生殖的生物种群相当容易灭绝，几乎所有无性生殖的动物与植物都会在数百万年内灭绝。但线粒体却是单亲遗传，这种现象的原因很可能是在于改善两个基因组之间的相互适应。如果线粒体也与配子一样随机分配，最终两个基因组的配合程度也可能趋于随机，但如果通过单亲遗传，只要扩大卵子体积，塞进足够多的线粒体，后代的两组基因配合的效果可能更好。线粒体与衰老
从上世纪20年代，研究人员就发现：生物的寿命长短与代谢率存在相关性。对于这个相关性提出了一个简单的解释：自由基泄漏。自由基老化理论认为：衰老正是线粒体中的自由基泄漏造成的，代谢越快，呼吸作用中可能产生的自由基越多，对DNA的损失就越大。但在后来的研究中发现代谢越快泄漏越多是过于简化且错误的认识。例如鸟类的代谢率很高，但鸟类的寿命相对都较长。又例如运动会提高代谢率，但呼吸链中电子流也更快，让呼吸蛋白很难积聚电子，自由基泄漏反而下降。因此真正的相关性在自由基泄漏与寿命之间。针对自由基泄漏，在物种演化时出现了两种路径：1、对于蝙蝠、鸟类和其他有氧需求很高的生物来说，线粒体基因与核基因必须配合的非常好，否则难以支撑身体的需求。因此这些生物将胚胎发育的门槛设定的非常高，一旦两组基因配合不善产生自由基泄漏，就会终止胚胎发育。这也表明一旦发育成功的成体，很难产生自由基泄漏，寿命就会较长。
2、对于大鼠、树懒等有氧需求低的生物来说，两组基因不必配合那么好，稍有不兼容的胚胎也可以发育，因此这类生物的生育力高，但老化速度快、容易得老年病。
而对于人类来说，也许是人类物种形成之初，人类祖先在非洲草原上追踪瞪羚的生活方式增加了我们的有氧代谢能力，降低了自由基泄漏、降低了生育力，但延长了寿命。部分术语表
PH值质子浓度（酸度）的衡量单位。酸的质子浓度高（PH值低于7），碱的质子浓度低（PH值高于7）
呼吸作用氧化营养物质，把释放出来的能量用以生成ATP的过程。
化学渗透偶联利用呼吸作用产生的能量，把质子泵出膜外；质子通过膜上的蛋白涡旋回流，就能驱动ATP合成。如此一来，质子梯度就把呼吸作用与ATP合成这两个过程偶联到了一起。
内共生作用两个细胞之间的一种共生关系，其中一个细胞生活在另一个细胞体内，交换彼此的代谢物质。
线粒体真核细胞中散步的动力工厂，他们源于α-变形菌，现在还保有一个微小但极为重要的基因组。
氧化从物质的原子中夺取一个或多个电子。
质子梯度膜两侧因质子浓度不同而造成的势差。质子动力是由膜两侧电荷差异和质子浓度差异共同形成的电化学力。
自由基有一个不成对电子的原子或分子，不成对的电子使自由基不稳定、反应性强。在呼吸作用中泄露的氧自由基，可能在生物的衰老和疾病过程扮演着重要的角色。
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