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一种单细胞生物,曾经差点摧毁地球上一切生命

地球上有一种单细胞生物,引发了第一场大规模灭绝事件,差点摧毁地球一切生命。最终它反而为地球生命复杂、多元化的发展铺平了道路,没有它就没有今天的你和我。很多人可能猜到了,它就是蓝细菌,也叫蓝藻。

被束缚的生命

这事还要从38亿年前说起,生命共祖“LUCA”分化出了真细菌与古菌两大原生家族。

一开始大家都只能龟缩在泉口附近的岩石孔隙中。因为初始生命只能依靠热泉口天然而又稳定的氢离子定向流动获取能量。

图:生命起源中的深海热液喷口,离子定向流动图示

有一天,古菌偶然合成出一种化学分子――视黄醛。这种分子可以吸收阳光中最充沛的绿光,产生有机物,为自己提供能量,意味着古菌可以自食其力,摆脱热泉口。

紫色星球

当古菌来到海面,充足的阳光与海洋中丰富的物质资源,让它们得以快速扩张。古菌吸收绿光,并将阳光中剩余的光反射回去,这些混合在一起的光呈紫色,因此古菌看起来是紫色的。很快江河湖海、沙滩都被古菌渲染成紫色。

紫色王朝一晃就是十多亿年。在这期间,原生家族的另外一股势力真细菌,在一次次演化碰壁后,偶然合成的“卟啉”分子。该分子可以吸收阳光中被古菌榨剩的红光与蓝紫光,得以在紫色阴霾下缓慢扩张。

图:真细菌与古菌

为了从残光中转换更多的能量,真细菌走上了另外一条演化之路,差点将自己包括地球一切生命体扼杀在远古洪荒之中。

生命的末日

35亿年前,地球大气中只有氮气、甲烷和二氧化碳。原本两大家族的代谢方式都是利用光能将二氧化碳和水转化成糖分,偏偏蓝细菌演化出了一种新的代谢方式,代谢产生了一种新型废气――氧气。

图:地质中的带状铁层(含有大量氧化铁),记忆着地球那段历史

氧气出现,海洋中的铁等金属物质最先被氧化,并在海底沉积。对于不具备抗氧化性的厌氧古菌来说,氧气即毒气,紫色王朝开始溃散。随着地球万物趋于饱和,氧气便逐渐在大气中累积。

甲烷是一种温室气体,比二氧化碳强28倍,但容易被氧化,在大气中的遇到氧气很快被氧化成水和二氧化碳。随着甲烷含量的迅速降低,地球温室效应迅速减弱,全球快速降温。24亿年前,冰川从两极,更是一路覆盖至赤道,地球变成了一颗白色星球,史称雪球地球。这是地球第一次大冰期,史称休伦冰期,也是地球生命第一次大型灭绝事件。

回到起点,开启新篇章

冰层之下,古菌几乎全军覆没,而蓝细菌吸收着冰下余光,不断将海洋中仅存的二氧化碳转换氧气,最终大家一起被氧气给憋死了。当地球生命终于认识到自由的代价,一切即将落幕之时,它们猛然想起:我来自于深海热泉口。回望海底热泉口,附近依然是一副生机勃勃的景象。还有少量古菌与真细菌回归热泉口的怀抱,幸存了下来。

地底深处的幸存者逐渐演化出了抗氧化性,还形成了大量通过吸收氧气进行代谢的跨时代生物。氧气中更充沛的化学能量,促使它们可以构建更复杂的生命体。于是在23亿年前,第一个具有细胞核的真核细胞生物便顺理成章地诞生了。

两大家族的归宿

不久后,某种真核生物偶然吞噬了蓝藻,却没有将它完全消化掉。蓝藻既来之则安之,利用真核代谢的“废料”进行自我代谢,最终留在了该生物体内演变成了叶绿体,从此便不断吸收阳光成为生物能量的主要来源。这种与蓝藻发生内共生后的生物就是植物最早的祖先。

蓝藻(叶绿素)主要吸收阳光中的蓝光与红光,将绿光反射回去,所以看起来是绿色的。由于当初古菌最先抢夺了最充沛的绿光,而后紫色王朝又统治了十多亿年,使得蓝藻适应“残光”太久了,不断在“残光”之路上进行突变,积重难返,早以无法回头接纳绿光。植物祖先吞噬蓝藻,同样继承了绿色的基调,它们一起将陆地渲染成了绿色。

紫色王朝在蓝细菌产生氧气的那一刻开始,便再无崛起的可能。如果不是散落在世界各处大量的层叠石化石则像一块块墓碑,无声地祭奠着昔日繁盛的紫色王朝,这段历史或许将被永久隐藏。古菌从那时起就一蹶不振,只有极少数演化出抵抗氧气的能力,它们的后裔躲在真细菌无法企及的极端环境中,为世界画上了一抹靓丽的色彩。