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(gè)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(huì)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(gè)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(gè)細(xì)胞開始說起，這兩個(gè)細(xì)胞迅速繁衍出生物界最初的兩個(gè)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(gè)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(dòng)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(gè)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(huì)強(qiáng)烈吸收太陽光中最豐沛的綠色光譜，所以這些古菌會(huì)呈現(xiàn)出艷麗的紫色，是的達(dá)斯薩爾瑪所提出的那個(gè)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(gè)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(gè)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?，由此他們選擇了另一類叫做“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(huì)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(shí)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(tái)。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(huì)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(gè)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(gè)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(gè)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?huì)無差別地氧化構(gòu)成生命的物質(zhì)基礎(chǔ)、有機(jī)質(zhì)，但這還只是個(gè)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(dòng)又陷入了一個(gè)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(huì)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(gè)充斥著氧氣的新時(shí)代，再不會(huì)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(gè)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(gè)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?。而造就這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(shí)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。
