雖然基因突變是随機的，但自然選擇卻是有“方向性”的。

• 而且人雖然是基因的持有者，但并不是基因的最初産生者。

基因的演化實際早在20億年前的生命演化早期就已經完成了主幹。後來的演化，僅僅隻是開枝散葉而已。

人類與黑猩猩基因相似度高達98.6%~99%。[1]

所有哺乳動物，共用2億年前祖先80%的基因（人與貓基因相似度90%，與奶牛基因相似度80%）。

所有溫血動物，共用祖先75%的基因（人與禽類基因相似度75%）。

所有脊椎動物，共用祖先70%的基因（人與魚類基因相似度70%）。

人與果蠅、香蕉等相似基因也多達60%，與黃水仙還有33%基因相似度。

• 而植物和動物共同起源于21億年前的單細胞真核生物，在這之後基因幾乎沒有任何交流。

以上的基因相似度關系，足以說明：

生命體基因的主要類型，早在多細胞生物出現之前，就已經完成。

那麼小小的單細胞生物，怎麼可能積累這麼多的突變呢？

• 真核單細胞生物的基因，與原核生物基因一脈相承的。在真核生物形成DNA之前，無數的基因組實際就已經形成。

細菌分裂速度可高達20分鐘一次，慢的也能一天一代。

在适宜的環境下，細菌10小時就可以繁殖出10多億的個體。繁殖再稍微慢一些，一天可繁殖個個體。

一個細菌一般有數百萬個堿基對，堿基對排列組合可以有個。

那麼細菌分裂次，需要的時間為天，也即570年。

在理想情況下，試錯1000多年，就幾乎能試錯絕大部分的基因突變。

但現實不存在理想環境，畢竟環境容量是有上限的。

例如當前地球上的細菌碳總量是70 GT C，一個細菌的碳重約

細菌總量約個（相當于2^100），隻能提供細菌無限分裂三天的時間，便超過了當前地球飽和。

既然，細菌如此高的分裂量級，都無法窮舉所有的基因型，是否生物演化真的存在BUG呢？

• 當然不是，因為生物演化過程中，每當确定一個基因之後，排列組合就會“降維”。

某一個基因的确定，實際是自然環境淘汰了其它不适宜環境的類型。

例如：

最初地球上沒有多少氧氣，都是厭氧細菌。

藍細菌随機突變，偶然獲得光合作用的基因組之後。因極強的自養能力，很快成為了優勢物種。

其它競争不過的菌類逐漸被淘汰。

接下來的自養生物演化，總是在藍細菌的框架下，這就出現了這樣的結果：

後世能進行光合作用的生物，絕大部分都擁有葉綠素。

其實時間退回到藍細菌誕生之前，如果藍細菌沒有出現，那些曾經被淘汰的細菌何嘗沒有可能性誕生特殊的我們未知的光合作用能力呢？

但遺憾的是，它們最終在與藍細菌的競争中被淘汰。光合生物這一支，自然降維到了葉綠素上。

而藍細菌還産生大量的氧氣，徹底改變了大氣環境，無數厭氧生物被淘汰，有氧生物逐漸崛起并繁榮。後世生物演化的主要方向，降維到了有氧生物這一支上。

每一次演化，或者每确定一個基因形狀，這些形狀就會打包遺傳下去，後世生物基因組合的随機排列，就會在數量級上空前下降（也就是我前面用降維比喻的原因）。

• 為了方便理解，再用抛硬币來舉例：

假如你有1000種硬币，你随機抛物出現的可能性高達 種。但如果你在第一次抛下硬币之後，你保留了10枚沒有沾灰的硬币，剩下的990枚繼續随機抛，總排列組合則降低1000倍。如果每抛100次，我們就挑選出足夠幹淨的1枚硬币珍藏（相當于生物的自然選擇，淘汰不能适應環境的基因型）。那麼在确定97枚硬币後，則形成了8種相對固定的硬币序列。由于這些硬币序列相似度高達97%，我們把這些序列歸類為同一類硬币序列（相當于物種的誕生）。此時，總共抛的硬币次數是9700次，比起數學窮舉法的 次，低了太多太多。

雖然生物演化的過程中，基因篩選出來的速度沒有這麼快。

但從40億年前的生命起源，到真核生物誕生的21億年前，中間有着多達近20億年的跨度。

足以讓原核生物在自然選擇下，确定足夠多的基因組，并減少足夠多的試錯方向。

對于擁有幾百萬堿基對，幾千個基因組的細菌來說，哪怕每一萬年确定一個基因組，總時間也不會超過1億年。

到真核生物形成染色體時，實際相當于各類基因組的大歸類，對遺傳編碼進行重新的整合和優化（出現了内含子和外顯子之分，内顯子的序列，對基因表達有着重要作用）。

• 值得說明的是，對于細菌試錯過的部分，真核生物不用再試錯。真核生物多樣化的根本原因，在于對不同基因的選擇和表達。

那麼，對于擁有10000個基因，一億個堿基對的早期真核生命來說。他們的排列組合不再是，而是。

雖然真核生物依舊會發生堿基對的突變，但此時的突變，主要影響的是某一個基因的表達，不會決定物種的種類。

例如，對于哺乳動物來說，每一種共同的性狀，對應的都是特定的基因組合。在哺乳動物的框架下，這些特定的基因組合就不會再改變。

• 當然，在長達數億年的過程中，這些框架也可能會改變，但對于種屬的演化來說，我們可以認為這個框架相對不變。

演化隻能向前，不能向後，隻要還是哺乳動物，基因的變動性便隻有共性之外很小的那部分（由于高等動物身體内都存在免疫機制，為了保證生物或者遺傳的穩定性，錯誤率過大的基因，實際是會被免疫系統及時清除掉的）。

雖然基因突變是随機的，但以自然選擇作為基礎，加上以上生物演化過程中出現的機制，就決定了生物演化具備一定的方向性：

适應環境→誕生特定基因型→排斥變異基因型→強化基因型→特化物種

正因為這樣的機制，在高鹽、高酸堿、高熱的環境下，總能誕生适應相應環境的生物。

其實，生物能演化成當今這個樣子，和一次次生物大滅絕高度相關。

雖然，從基因突變的角度來說，如果把單堿基插入或堿基缺失也考慮進去，實際突變可能性是大于（但基因突變的數量級，變數不會太大）。

但作為人體來說，隻有2-3萬個基因組，每個基因組中還存在大量的不表達遺傳性狀的内含子。外顯子隻占總基因組的1-2%，再加上人體内部的特定遺傳和形狀的表達、細胞凋亡機制、免疫機制，實際有效突變，比的數量級，低很多很多倍。

實際，人體的突變是相當穩定的，出現不穩定突變時，癌症也就發生了（生殖細胞相對于人體自身細胞的突變，又更小了）。

從染色體的角度來說。

人類擁有23對染色體，總組合是：，也就是8388608，不到1000萬的組合。

睾丸一生可以産生1萬億個精子。

一個正常男性，一生平均可重複産生10萬次相同染色體型的精子。

參考

1. ^科普中國：你和豬之間隻差十把香蕉——人類與香蕉基因相似度達50%？

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