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地球曾是紫色的,直到氧气摧毁了一切,才有了人类诞生的可能

46亿年前,地球是一颗暗红色星球,炙热的岩浆遍布地表。

44亿年前,地球有了水,关于水的来源,目前我们还没有完全搞明白,总之地球内心虽然依旧火热,但表面却逐渐冷却了下来。如今地球表面积陆地占据了30%,而在当时(太古时期)陆地只有2~3%,完全就是一颗水球,但这颗水球并非是蓝色的,因为水中充满了大量铁。

在我们印象中,铁锈是棕色的,因为主要成分氧化铁是棕色的。然而地球之初氧气微乎其微,海洋中,铁只能与氢氧化物以及硫和氯等元素反应,这些“无氧铁锈”将海洋染成了绿色,此时的地球是一颗绿色星球。

紫色星球假说

40亿年前,地球虽然已经被坚硬的外壳所包裹,但在海洋深处存在大量细小的缺口将内部的物质与能量不断喷洒出来。在深海热泉口附近物质不断发生高能化学反应,产生了可以不断自我复制分子。在这些大分子经历了5亿年的漫长演化后,我们的第一个祖先LUCA(露卡)诞生,并且演化出了两种不再执着于热泉口能量的后代――真细菌和古菌。

图:生命最原初的两大家族真细菌与古菌

古菌的“自由”源于演化过程中,偶然合成了一种叫做视黄醛的分子。这种分子通过吸收光能量,模仿原本热泉口的能量,进行着无氧呼吸。我们可以看见这五彩缤纷的世界,也是源于人体视网膜中的视黄醛分子,将光转化成了神经信号,传递给大脑。

图:阳光波谱

阳光中的可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫,七色光构成。视黄醛会吸收阳光中最丰富的绿光,反射出的其他光,它们混合在一起呈紫色,因此古菌看起来是紫色的。古菌享受着最优质的能量,不断扩张遍布整个海洋、河床、滩涂,将地球染成一颗紫色星球,紫色王朝整整持续了9亿年(35~24亿年前)。

图:紫色地球假说

从能量角度出发,古菌选择了吸收最充沛的绿光,这是生命演化中最正确的选择,那么为何紫色地球没有延续下来?如今海洋上漂浮的藻类生物以及覆盖陆地的植物为什么只吸收绿光之外的“垃圾光”,反而丢掉最充沛的绿光?这就要说到露卡发展出的另一个家族――真细菌。

图:植物叶绿素吸收波谱

蓝藻的降维打击

如今的植物并不想捡剩,只是它们的祖先在紫色王朝下根本吃不到“肉”,只能选择演化合成出一种名为卟啉的分子,它可以从古菌吃剩的光能残渣中,尽最大努力榨取每一丝能量,才能苟活于紫色菌毯之下。因此,植物的祖先从一开始就没有选择绿光,所以呈现出绿色。

早期的古菌与真细菌都是利用阳光的能量,将二氧化碳和水转化成食物(有机物),进行着无氧代谢。21亿年前,一种真细菌在偶然的情况下演化出了一条新的代谢路径,代谢产物除了有机物,还有废气――氧气。

一开始大部分氧气源源不断与海洋中的铁进行反应,暗红色的铁锈沉积在海底,形成了一层层厚厚的铁锈,被永久记录在地层之中,称之为条状铁层。

海洋中的铁与岩石被喂饱后,氧气开始在大气中进行累积,与此同时大气中的二氧化碳(温室气体)不断被生命所消耗,甲烷(温室气体)不断被氧气氧化,温室气体含量降到了地球历史最低水平,温度随之骤降,地球迎来了第一次大冰期――休伦冰期(24~21亿年前)。最高峰时,冰盖从两极一直蔓延到了赤道,地球完全变成一个颗雪球――雪球地球假说。

在氧气攀升的同时,生命根本来不及面对气候、大气与物质的巨变,厌氧的古菌几乎全部灭绝。而蓝细菌几乎耗尽了二氧化碳,纷纷在充斥着自己排泄物(氧气)的海洋中窒息,好在热泉口依旧留存着生命的火苗。这次氧气灾难,史称大气氧化事件,也是地球首次生命灭绝事件。

图:大量原核生物在几十亿年的地质变迁演变下所形成的沉积结构

21亿年前,地球逐渐解封,但地球已经不是原来那个地球。随着氧气的到来,紫色王朝再无崛起的可能,只在地层中留下了大量的“层叠石”无声地描述着昔日的辉煌。藻类生物则卷土重来,没有了古菌的压制,很快便把地球染成了绿色世界。同时大气中游离的氧气生成了臭氧,阻隔了阳光中对生命存在威胁的紫外线。

世界变得更美好

在3亿年的冰封之中,生命适应了氧气的到来,细菌孕育出了真核生物,解锁了有氧呼吸,为生命代谢带来了更强劲的能源。在这种基础框架下,往后的复杂生命才有了可能。

如今植物依旧不会吸收绿光,这是它们当初卧薪尝胆时构建的基础框架,难以更改。现在的大气与水中的氧气非常丰富,如果没有大量的地质化石,谁也想象不到,这个美好的世界对于最初的生命是一种灾难,或许有些时候事情必须变得更糟,才能变得更好。