它带来了生命史上最大的灾难,也是地球生命的未来

作者: Ent

来源: 物种日历

发布日期: 2018-12-03

产氧光合蓝菌改变了地球的氧气环境,带来了生命史上最大的灾难,也挽救了地球生命的未来。它们是地球上最重要的类群之一,通过光合作用产生大量氧气,对地球生态系统至关重要。

地球锈了。几十亿年来,大海一直在吸收有害气体,如今终于到了极限。海水里的铁已经化为史上最大的铁锈而沉淀殆尽,多出来的气体只能在地球的大气圈和水圈里越积越多;整个行星为之颤抖。绝大部分生物都死了,它们的代谢被全新的环境彻底摧毁。少量生命躲在遥远的深海里逃过一劫,但它们再也不能重见天日。

只有极个别的生命适应了新的环境,并将在很久以后的未来繁荣昌盛;但是首先,它们还需要熬过自太古宙以来最大的一场气候异变,这场气候异变将会在接下来的三亿年里让整个地球表面都被死亡笼罩。

所有这些灾难的源头,只是区区一类生物而已——不,不是人类。在这个故事面前,人根本排不上号。我们要说的是一类肉眼甚至都看不见的生物:产氧光合蓝菌。它改变了世界。产氧光合蓝菌是一大群蓝菌的统称,今天的日历物种——海洋原绿球菌(Prochlorococcus marinus)就是其中典范。它们的特点都写在名字里了:属于蓝菌,会光合作用,而且能产氧气。

产氧光合作用要完成两个任务:先消耗一些能量,抢来一个电子,再把抢来的电子加上更多能量强行塞给二氧化碳。这两个任务分别由两套蛋白质完成,出于历史原因,它们被分别称为光系统Ⅱ和光系统Ⅰ。所有的细菌里,只有产氧光合蓝菌同时拥有两个系统,剩下的都只有二者其一。而所有其他产氧光合生物——比如绿色植物——都是依靠内共生,把蓝菌的全套装备搬进了自己体内。

二十多亿年前,地球上根本找不到游离的氧气。这其实很正常,木星直到今天都是些氢气、甲烷之类的还原性气体占主导地位。地球形成的时候和木星一样也都是太阳系里的尘埃,虽然因为个头小,大气层要稀薄得多,但成分都是差不多的。所以,那时候所有的地球生物,也都只知道如何在还原性的环境里生存。

但是后来自由氧出现了。一开始,它和海洋里四处游荡的二价铁结合,变成不溶于水的三价铁沉淀下来。氧越来越多,铁越来越少,直到最后几乎所有的铁都沉淀了。它们变成了红色条纹状的铁矿石,这是地壳里储量最大的铁矿。与此同时,海洋里的硫离子也几乎都被氧化。没了铁,没了硫,容易的电子来源消失,旧的光合作用路线就这么“断粮”了。

今天,产氧光合蓝菌依然是这颗星球上最重要的类群,而原绿球菌又是其中最为繁多的。原绿球菌个体极其微小,还能用硫脂代替磷脂构成细胞膜,让它能在营养十分匮乏的水域里生存。每一毫升海面的海水里大约有10万个原绿球菌;全世界总数大约有10^27个,多过宇宙间的群星。而它依然在延续数十亿年前的古老使命。

海洋原绿球菌产出全世界约13%~48%的氧气;加上其他海洋浮游生物,贡献量约在50%~85%。如果它们现在消失,剩下的几乎所有生态系统都将彻底洗牌;如果它们从未存在,剩下的几乎所有生态系统也都不会诞生。

这是地球上最不起眼生物的故事。它一手打造了生命史上最大的灾难,也一手挽救了整个地球生命的未来。它改变了世界。

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