第10页
《海:另一個未知的宇宙》第10页,页面无弹窗的全文阅读!
無論如何,原始細胞開始蓬勃生長,同時它們還能以自己的排泄物和殘骸為其他細胞提供能量。依然還有一些原核生物生活在海底,然而它們已不再依賴于海底的熱泉。眾多原核生物聚集在海面附近的水域。火山島嶼附近有很多含硫豐富的溫泉,很多原核生物都以溫泉中豐富的堿性物質為養料,同時也發現了一種新的、取之不竭的豐富能源,這種能源來自于太陽。
進化女神的第二項偉大創造便是光合作用。
沒有光合作用,我們便無法呼吸。只要海洋依然沸騰不止,海底的玄武巖依然熊熊燃燒著,那么大氣層就會充滿儲存熱量的二氧化碳。經年累月的大雨將很多鈣、碳酸鹽沉淀物沖進了大海。那些在火山上累積幾百萬年的物質聚集在海洋中,這些物質包括鐵、鎂及各種硅化物。尤其大氣中的氮在這里保存了下來。在原始大氣層下,人類絕對無法生存,當時的大氣相當于今天金星的大氣層環境。
25 億年前,海洋中發生了一場巨大的變動,其影響遍布整個地球,并完全改變了地球的面貌。這一變革的始作俑者卻是小小的藍綠藻①,它們學會了一種天才的手法。嬉皮士們未能完成的偉業——只依靠空氣和愛情生活——它們以自己的方式實現了。
它們依賴光而生活。
光本身并不僅是一種亮度。光由光子組成。光子是一種沒有身體,能量卻極強的微粒,它們以各種不同的波長與我們相遇。聰明的進化女神暗自思忖著:光或許能為生命做點什么?于是光子在藍綠藻的內部遇到特殊的薄膜時,能量便被儲存在那里,這一過程稱為光反應②。這層薄膜的功能類似一種蓄電池,它儲存了陽光。第二個階段是暗反應,此時能量發生化學變化,得以從水和二氧化碳中制作出糖,即碳水化合物,這便是細菌的營養。于是這一組合完成了。
如此而已。
“氧”竟是個問題?!——第一次物種滅絕
一些聽起來簡簡單單的事情實際上非常復雜,在這一過程中,分子發生了各種變化,尤其水被分解了。(針對那些希望了解得更詳細的人:在光合反應中,一些電子被削弱了,細菌想要更換這些電子,于是它四處尋找,最后在豐富的 H2O 中找到了電子。而為了獲得水的電子,細菌不得不將水分解為氫和氧。)
直到此時,氫一直是化學反應的一部分,它的作用并不顯著。它負責促成二氧化碳的合成,主要存在于鐵和水當中。不過現在,它終于自由了。剛開始時,它和從海底火山涌出的硫、鐵進行了新的組合,這些硫鐵元素在結合中被氧化。如此一來,鐵不再能溶解,只能聚合成長長的分子鏈,由于自身重量,它又落回到深海中并沉淀起來——我們今天的大多數鐵礦都來自那個時期。
然而事實證明,藍綠藻無疑是當時的兔子家族。在那些陽光充足的平坦水域,它們制造了大量的自由氧,以致很多氧已無法留在水中,而是化為氣體進入了大氣。這樣一來,整個行星的表層都被氧化了。礦石——紅色鐵礦——見證了這一過程,通過這種赤鐵礦我們可以想象到,當時的地球曾銹跡斑斑,仿佛一輛老汽車。但是問題其實并不在這里。
什么?氧曾是一個問題?
很遺憾,的確是這樣。藍綠藻只對氫感興趣,氧對于它們而言毫無用處,因此慘遭拋棄。這些壞蛋,破壞環境的冷酷罪人,狼心狗肺的下毒者,它們只在乎自己的利益。它們這種沒頭沒腦的行為給當時的生物帶來了滅頂之災。
或許進化女神自己也沒有預料到發明細胞膜和光合作用會引發這樣的后果,正是她求新求異的嗜好造成了第一次物種滅絕。然而這位女士并沒有太多同情心,不會多愁善感。事已至此,木已成舟,她沒有哀嘆,而是想辦法將生命引入全新的軌道。
饑餓的結果——藍綠藻變成葉綠體
她花了很長時間苦思冥想:接下來應該如何處理真菌?
復習一遍:真菌(Eubakterien),它和古菌都沒有細胞核,因此我們統稱為“原核生物”。它們是第一批細胞生命,后來的細胞變體都由此而出,分別適應了自己所在的環境,其中也包括冒冒失失造成氧氣污染的藍綠藻。
二十多億年前,一些瘋狂的原核生物決定不再甘于同類的平庸,它們不斷生長、生長,個頭遠遠超過了同類。這些巨型家伙感覺到一種迫切的饑餓感。它們雖改變了自己的細胞壁,然而作為海洋中的新貴,一層細胞壁無法滿足需求,它們需要第二層。內部的細胞壁負責守護它們的基因組織,而外壁則構成了一種類似外部胃的組織供它們生活。很快,它們開始無所顧忌地吞噬周圍那些不幸進入自己捕食范圍的東西。無數細菌都慘遭這些比自己身形大一萬倍的捕食者的毒手。在這些大胃王手下,一切都岌岌可危。這些饑餓的獵手最終進入了我們的教科書,它們是三分天下的先輩:動物、植物和菌類。
人類呢?不好意思,人類納入動物門下。
“Eu”在古希臘語中意為“好”。今天的社會有好人,當時的地球上也有好細胞。好細胞就是有細胞核的細胞,幸虧它們有細胞內膜才有幸被生出來。在膜囊內,大分子和遺傳信息 DNA 揉成一團,DNA 被劃分為形形色色的染色體,以便將遺傳特征輸送到細胞外膜中。
然而為了獲得第二層細胞膜以茁壯成長、飽食終日,真菌還付出了代價——失去了光合作用的能力。而光合作用當時正值流行的巔峰,無數年輕有為的時髦藍綠藻在淺水域穿來穿去,在光天化日之下大肆繁殖,到處亂扔氧氣。
漸漸地,那些大家伙們開始覺得若有所失,擔心自己走上絕路,于是改變了自己的習慣。它們吞下那些呼吸陽光的小細菌之后,并不予以銷毀,而是提出了一個交易。這些吸氧的小細菌在真菌細胞膜的保護下,教會了自己的房東如何與氧氣打交道,如何使用太陽能。
這一刻,史上第一次出現了同居現象,科學上將其命名為“細胞內共生”③,也可稱為“第一號公寓”。
真菌大家庭的成員不會爭執,也不會亂扔東西。平心而論,藍綠藻畢竟改變了世界的面貌,這些年輕氣盛的細胞后來發展成了葉綠體。今天,葉綠體是綠色植物中所有光合作用的催化劑,它們利用色素或葉綠素來儲存陽光,并將陽光輸送到各個光合作用膜處。在這里,就像我之前所說的那樣,陽光被轉化成了糖。植物的生長需要糖分,那些沒有被直接消化的糖被儲存起來,以便日后轉化成糖。在某種程度上,它們也能在夜間借助暗反應進行這種把光轉化為生命能源的藝術。
此時,一切植物的祖先終于誕生了:綠藻。綠藻的出現引發了一輪新的循環。愈來愈多的氧氣被釋放,物種的進化發展愈加迅猛。直到 3 億 5000 萬年前,地球上物質的生長和消耗逐漸平衡,這時,氧氣才占據了約 1/5 的大氣層。因此我們必須對藍綠藻表示衷心的感謝和贊賞,幸虧它們,我們才有了這 21% 至關重要的元素。
光合作用對我們的貢獻還不止于此,它保護我們幸免于太陽的迫害。太陽的毀滅性射線一直狠狠地折磨著年幼的地球,陸地上的生命幾乎無法滋長。因此,生命的歷史必然由海洋來書寫,因為只有海底深處才能為生命提供搖籃。然而當大量氧氣涌入大氣層時,太陽的紫外線有可能撕裂這層氧氣,幸好臭氧構成了一層保護傘。遺憾的是,由于人們的冒失行為,今天的臭氧層已出現破洞。
* * *
① 藍綠藻(Cyanobakterie):藍綠藻并非真正的藻類,甚至不具備真正的細胞核。藍綠藻先于其他細菌獲得了光合作用的能力,因此在生命史上有著舉足輕重的意義。
② 光合作用的光反應在葉綠體的類囊膜上進行,吸收光能轉換為化學能,進行水的分解,產生氧、ATP 等物質。
③ 內共生(Endosymbiose):一般對共生的理解為,彼此互相利用的生命共同體,如較高等的生物和細菌之間的共生現象。而內共生則是較小的共生生物生活在較大的共生生物體內,比如共生在生物體的腸子里。