一種單細胞生物,曾經差點摧毀地球上一切生命


一種單細胞生物,曾經差點摧毀地球上一切生命的頭圖

一種單細胞生物,曾經差點摧毀地球上一切生命

地球上有一種單細胞生物,引發了第一場大規模滅絕事件,差點摧毀地球一切生命。最終它反而為地球生命複雜、多元化的發展鋪平了道路,沒有它就沒有今天的你和我。很多人可能猜到了,它就是藍細菌,也叫藍藻。

被束縛的生命

這事還要從38億年前說起,生命共祖“LUCA”分化出了真細菌與古菌兩大原生家族。

一開始大家都只能龜縮在泉口附近的岩石孔隙中。因為初始生命只能依靠熱泉口天然而又穩定的氫離子定向流動獲取能量。

圖:生命起源中的深海熱液噴口,離子定向流動圖示

有一天,古菌偶然合成出一種化學分子——視黃醛。這種分子可以吸收陽光中最充沛的綠光,產生有機物,為自己提供能量,意味著古菌可以自食其力,擺脫熱泉口。

紫色星球

當古菌來到海面,充足的陽光與海洋中豐富的物質資源,讓它們得以快速擴張。古菌吸收綠光,並將陽光中剩餘的光反射回去,這些混合在一起的光呈紫色,因此古菌看起來是紫色的。很快江河湖海、沙灘都被古菌渲染成紫色。

紫色王朝一晃就是十多億年。在這期間,原生家族的另外一股勢力真細菌,在一次次演化碰壁後,偶然合成的“卟啉”分子。該分子可以吸收陽光中被古菌榨剩的紅光與藍紫光,得以在紫色陰霾下緩慢擴張。

圖:真細菌與古菌

為了從殘光中轉換更多的能量,真細菌走上了另外一條演化之路,差點將自己包括地球一切生命體扼殺在遠古洪荒之中。

生命的末日

35億年前,地球大氣中只有氮氣、甲烷和二氧化碳。原本兩大家族的代謝方式都是利用光能將二氧化碳和水轉化成糖分,偏偏藍細菌演化出了一種新的代謝方式,代謝產生了一種新型廢氣——氧氣。

圖:地質中的帶狀鐵層(含有大量氧化鐵),記憶著地球那段歷史

氧氣出現,海洋中的鐵等金屬物質最先被氧化,並在海底沉積。對於不具備抗氧化性的厭氧古菌來說,氧氣即毒氣,紫色王朝開始潰散。隨著地球萬物趨於飽和,氧氣便逐漸在大氣中累積。

甲烷是一種溫室氣體,比二氧化碳強28倍,但容易被氧化,在大氣中的遇到氧氣很快被氧化成水和二氧化碳。隨著甲烷含量的迅速降低,地球溫室效應迅速減弱,全球快速降溫。 24億年前,冰川從兩極,更是一路覆蓋至赤道,地球變成了一顆白色星球,史稱雪球地球。這是地球第一次大冰期,史稱休倫冰期,也是地球生命第一次大型滅絕事件。

回到起點,開啟新篇章

冰層之下,古菌幾乎全軍覆沒,而藍細菌吸收著冰下余光,不斷將海洋中僅存的二氧化碳轉換氧氣,最終大家一起被氧氣給憋死了。當地球生命終於認識到自由的代價,一切即將落幕之時,它們猛然想起:我來自於深海熱泉口。回望海底熱泉口,附近依然是一副生機勃勃的景象。還有少量古菌與真細菌回歸熱泉口的懷抱,倖存了下來。

地底深處的倖存者逐漸演化出了抗氧化性,還形成了大量通過吸收氧氣進行代謝的跨時代生物。氧氣中更充沛的化學能量,促使它們可以構建更複雜的生命體。於是在23億年前,第一個具有細胞核的真核細胞生物便順理成章地誕生了。

兩大家族的歸宿

不久後,某種真核生物偶然吞噬了藍藻,卻沒有將它完全消化掉。藍藻既來之則安之,利用真核代謝的“廢料”進行自我代謝,最終留在了該生物體內演變成了葉綠體,從此便不斷吸收陽光成為生物能量的主要來源。這種與藍藻發生內共生後的生物就是植物最早的祖先。

藍藻(葉綠素)主要吸收陽光中的藍光與紅光,將綠光反射回去,所以看起來是綠色的。由於當初古菌最先搶奪了最充沛的綠光,而後紫色王朝又統治了十多億年,使得藍藻適應“殘光”太久了,不斷在“殘光”之路上進行突變,積重難返,早以無法回頭接納綠光。植物祖先吞噬藍藻,同樣繼承了綠色的基調,它們一起將陸地渲染成了綠色。

紫色王朝在藍細菌產生氧氣的那一刻開始,便再無崛起的可能。如果不是散落在世界各處大量的層疊石化石則像一塊塊墓碑,無聲地祭奠著昔日繁盛的紫色王朝,這段歷史或許將被永久隱藏。古菌從那時起就一蹶不振,只有極少數演化出抵抗氧氣的能力,它們的後裔躲在真細菌無法企及的極端環境中,為世界畫上了一抹靚麗的色彩。