2021-02-19
樹葉為什么是綠色的？人類下意識的反應(yīng)是，是因?yàn)槿~綠體進(jìn)行光合作用。但是綠色植物其實(shí)有一個巨大的bug，植物之所以呈綠色，是因?yàn)樗麄兎瓷淞颂柟庵械木G光。換言之他們不吸收綠光，然而太陽光中綠光的光子偏偏是最豐富的，為何綠光會被生物界中最主要的生產(chǎn)者集體拋棄了呢？
2007年，馬里蘭大學(xué)微生物遺傳學(xué)家達(dá)斯薩爾瑪，對此提出了一個有趣的假說，如果屬實(shí)大自然中一切的自然都不是那么自然，一切都是生命數(shù)十億年演化中留下的印痕。故事還要從那年深海熱泉口中散逸出來的那兩個細(xì)胞開始說起，這兩個細(xì)胞迅速繁衍出生物界最初的兩個家族真細(xì)菌和古菌。
不過在那場后來改變地球面貌的鬩墻之戰(zhàn)前，他倆還有生存問題繼續(xù)解決。自由不免費(fèi)，脫離了深海熱泉口，也就意味著脫離了熱源中源源不斷的物質(zhì)與能量供應(yīng)。物質(zhì)還好說，合成生命所需的二氧化碳、硫化氫與甲烷等等，在洪荒的地球海洋中多多少少都有點(diǎn)存貨，但火山能量卻不可能打包帶走。于是演化之手漸漸將一個更為取之不竭的能源推到了那些古老生命之前——太陽。在漫長的演化中，有一支細(xì)胞偶然合成了一種特殊的分子——視黃醛。借助于這種特殊的分子，古菌可以利用太陽的光維持自己細(xì)胞內(nèi)的偏堿性，從而讓細(xì)胞膜內(nèi)外總是維持一定的酸堿度差異，從而模仿當(dāng)年深海熱泉口中的酸堿中和反應(yīng)，來為細(xì)胞活動提供能量。實(shí)際上直到今天，我們的眼睛也是靠著視黃醛采用差不多的原理將光轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號。而在那個洪荒世界，搶先擁有了陽光，就擁有了一切，于是這一支生命迅速擴(kuò)張到了全世界。只不過這一支擁抱光明的先驅(qū)卻和我們今天所說的植物毫無瓜葛，他們利用光的原理與我們今天所說的光合作用大相徑庭，確切說他們是一群古菌，他們也并非綠色，由于視黃醛會強(qiáng)烈吸收太陽光中最豐沛的綠色光譜，所以這些古菌會呈現(xiàn)出艷麗的紫色，是的達(dá)斯薩爾瑪所提出的那個假說，就叫“紫色地球假說”，在他的構(gòu)想中，大約35億年到24億年前的地球是一個被古菌渲染成的紫色世界，海洋、河川、灘涂，但凡一切生命立足的地方都覆蓋了一層厚實(shí)的紫色軍毯，為那個沒有氧氣，處處彌漫著硫化氫的焦臭地球帶來了最初的盎然生機(jī)。
然而這并非是生命的田園牧歌，在這厚實(shí)的菌毯之下，卻有另一股勢力正在悄然積蓄著力量，他們屬于當(dāng)年深海熱泉口古生物的另一只后代——真細(xì)菌。他們當(dāng)然也想利用光能，然而來自太陽的能量經(jīng)過紫色古菌的層層盤剝，大部分綠光早已被吸收殆盡，留到菌毯底層的就只剩下微不足道的毫末。這些真細(xì)菌只能從這光能的殘?jiān)锌嗫嘧穼ぶ南Ｍ纱怂麄冞x擇了另一類叫做“卟啉”的小分子，這些分子可以吸收古菌棄之不用的紫光，卻幾乎無法吸收綠光，故而容易呈現(xiàn)出藍(lán)綠色。但只有能量還不夠，生命還需要物質(zhì)，早期生命大都也學(xué)會利用太陽能拆接觸硫化氫中的氫原子，將其賦予給二氧化碳來制造有機(jī)物，盡管在當(dāng)時的地球上，硫化氫隨處可見，但對于壓迫于菌毯之下的真細(xì)菌們也是渴望難及，退一步便是滅絕，數(shù)億年的反抗最終淬煉出了一類神奇的細(xì)菌，他們叫藍(lán)藻。
這些細(xì)菌鉆研出了一套極其復(fù)雜的光合系統(tǒng)，得以利用起了其他生物都無法利用的分子—水。它們就靠著透過菌毯的極少數(shù)光子，積聚能量，劈開水分子，從中奪去了合成有機(jī)物所必須的氫原子，真正的光合作用從此登上了歷史舞臺。而一場毀天滅地的末日之戰(zhàn)也從此拉開了序幕，水分子在被奪去了氫原子后所留下的正是氧氣。一開始這毫無問題，地球上無處不在的亞鐵離子、硫化氫等等，會迅速吸收掉地表的任何氧分子。然而在這一望無垠的紫色菌毯覆蓋之下，無數(shù)藍(lán)藻夜以繼日地從艱難滲透過來的毫末陽光中汲取能量，制造氧氣。這場艱難的光合作用持續(xù)了十億年，十億年氧氣的打擊終究耗盡了地球表面的一切還原力，海洋里的幾乎每一個亞鐵離子都氧化成了鐵銹沉積到海底，形成了今天地層中的“帶狀鐵層”，空氣中的每一個硫化氫分子都被氧化，并隨著雨水沉積到地面形成了硫酸鹽沉積。在26億年前，當(dāng)游離的氧氣終于出現(xiàn)在大氣中的那一刻，一場打翻了一個舊世界的革命就此拉開了序幕，后人稱之為“大氧化事件”。
氧氣彌漫宛如死神過境，而死神面前，無人可以例外，不論他是紫色還是綠色。氧氣本身就是生命的大敵，因?yàn)檠鯕鈺o差別地氧化構(gòu)成生命的物質(zhì)基礎(chǔ)、有機(jī)質(zhì)，但這還只是個開始，氧氣還毀滅了大氣中的甲烷，而甲烷是一種比二氧化碳還要強(qiáng)二十多倍的溫室氣體。剛巧在25億年前左右地球的火山活動又陷入了一個低谷期，于是地球氣溫驟然暴跌，進(jìn)入了自地球誕生以來最猛烈的一次全球變冷——休倫冰河期。極寒的封凍終究寂滅了世間的一切紛紛擾擾，末日之戰(zhàn)，沒有贏家。曾經(jīng)壯觀的菌毯從此深埋地下，經(jīng)過數(shù)十億年地址變遷演變成一種叫做“層疊石”的化石，宛如一座座墓碑，無聲地祭奠著曾經(jīng)屬于他們的紫色王朝。
生命總會找到出路，在這場跨越數(shù)十億年的浩劫中，有一些細(xì)菌最終適應(yīng)了有氧環(huán)境，甚至有的細(xì)菌解鎖出了有氧呼吸的能力，他們也許是蜷縮在寒冰難以靠近的深寒熱泉口附近，保存那生命僅存的煙火。熬過三億年的漫漫寒冬，休倫冰河期的冰川終于消融，和煦的陽光再度灑在藍(lán)藻的綠色菌毯之上。在這個充斥著氧氣的新時代，再不會有任何的紫色古菌和他們爭奪光能?？梢运鼈円赃策鵀楹诵牡墓夂舷到y(tǒng)，在那個只能吸取古菌棄之不用的綠光年代里，演化了數(shù)十億年早已固化。由此構(gòu)建出來的光合系統(tǒng)從底層上就無法利用綠光，他們的后代最終給今天的世界留下一個反直覺的綠色世界。而他們對自然規(guī)律的改變遠(yuǎn)不如此，有氧呼吸為生命帶來了前所未有的強(qiáng)勁能源，在此基礎(chǔ)上復(fù)雜細(xì)胞乃至多細(xì)胞生物終于得以成為可能。更重要的是，曾經(jīng)的地球大氣完全無力阻隔紫外線。而紫外線原本可以將水分解成氫氣和氧氣，而地球引力無法束縛住氫氣。因此，如果任由此外線持續(xù)轟擊，地球早晚有一天失去所有的水份，但日益濃厚的氧氣，最終在地球上構(gòu)建成了一層名為臭氧的屏障，最終守護(hù)住了所有的水份，這大概也算是殺生以護(hù)生了。
美國舊金山灣附近的鹽湖一直以來吸引著四方的游客，當(dāng)?shù)氐钠婢熬褪悄欠凵暮６炀瓦@奇觀的就是一類被稱之為“噬鹽古菌”的微生物，而他們正是那些紫色古菌的后代。這些古菌在漫長的演化中從真細(xì)菌那竊取了一些抗氧化的基因，從而在新時代茍活了，他們躲在了宿敵細(xì)菌難以生存的極端環(huán)境中，卻仍然像他們?nèi)畠|年前的祖先一樣，利用視黃醛從綠光中運(yùn)轉(zhuǎn)能量。他們曾經(jīng)屬于大海，如今只能困于水洼，訴說著曾經(jīng)的洪荒往事。
