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第12章 是否該背負罵名?

  • 細胞傳記
  • 羽詡
  • 2664字
  • 2024-07-25 13:57:35

自然而然,會使用光的細菌當初在海面上可謂如魚得水,甚至一陣時間霸占整個海面,不過這章的故事重點不是它們的日常生活,而是講述一場細菌界的悲劇。在講述之前,請允許我交代清楚發生悲劇的必要條件。上一章我們說了強奪電子的一個可怕光系統,在專業術語上其實命名為了光系統Ⅱ。之所以說命名,我想你已經猜到了,不錯還需要在介紹另外一個光系統,命名為光系統Ⅰ。上一章中細菌已經發現了光系統Ⅱ的許多缺點,不過在關鍵時刻可能會救細菌一命。但是,生命何其偉大,有了問題那就努力解決問題,畢竟這是生命存活的意義嘛!探索就好,無關生死。有些細菌顯然知道光系統Ⅱ的缺陷,所以它沒有打算將這個裝備打造成強大的奪電子能力,反而將光系統改造成了推電子能力,一種極度厭惡電子的能力,它會將自身的電子強加給二氧化碳或者其他有機物,用來還原合成細胞所需要的碳源,這樣的光系統就是光系統Ⅰ,不過它仍然需要保留相對微弱的奪電子能力作為電子供應。所以持有光系統Ⅰ可以剝奪一些非常容易貢獻出電子的化合物,這些化合物包括有機物和某些無機物。然后利用光能將高能電子交給受電子體,然后受電子體用這些高能電子還原合成有機物。

我想光合作用最值得讓人稱道的地方是它相比其他能量來源來說,顯得更直接、更容易以及更加可靠,并且還能合成重要的有機分子——糖。這也許就是為什么植物供養著地球幾乎所有的生物。好了繼續說我們的故事,擁有光系統Ⅰ和光系統Ⅱ的細菌最終無疑成了藍細菌的祖先。祖先露卡誕生前石細胞(露卡祖先)就有基因交流的好傳統,現在也不例外,以后更不例外,這可是能成為自然寵兒的法寶。擁有光系統的這些細菌進行了無法避免的基因交流,從此產生了一位海洋霸主——藍細菌。它同時擁有這兩套系統。天哪,想象是一幅怎樣的場景:光系統Ⅱ由于其強大的奪電子能力使得電子鏈常常由被阻塞的風險,多余的電子往往會被它輕易抓去,這是一個讓人頭疼的問題,但是現在光系統Ⅰ的出現讓這樣的情況有很大的緩解,它可是急需電子來和合成有機物。如此上一章的兩個問題都解決了,一時光系統Ⅰ為光系統Ⅱ疏通電子,并伴隨輔助蛋白和輔助色素緩解強烈陽光帶來的傷害,并且光系統Ⅱ接受電子產生有機物,多么完美的過程,但是需要注意的是藍細菌一定注意合理的調節,不然結果是想到可怕的,所謂得于斯,毀于斯。

由于光系統Ⅰ需求電子數目變多以及速度加快,促使光系統Ⅱ不得不掠取燃料中的電子,于是一次偶然的修飾,得到了一個放氧的復合物,它內部的錳鈣氧簇可以從水分子中剝奪電子,從此藍細菌便可以燃燒水,并吸收二氧化碳生產糖分子。至此藍細菌的發家史已經講述完畢,下來需要逐書它的罪惡了。

35億年前,藍細菌其實已經誕生了,那時的它們已經開始著力改善地球大氣的環境,它將水利用光能快速裂解,釋放大量的氧氣(副產物),裂解后的氫被用于還原合成有機物,多出的電子用于合成ATP。此刻我們的重點是時候放在氧氣上了。還記得我前面說過的戰爭嘛,此刻打響了,以藍細菌為首的好氧細菌和以產甲烷菌為首厭氧細菌開始了長達10億年的較量。但是由于火山運動逐漸安靜以及藍細菌和某些不光合但產氧的繁衍旺盛,注定了厭氧細菌時代的落幕。首先藍細菌初始的繁衍逐漸中和大氣中的甲烷,并且將巖石海洋還原性的化學物質都氧化飽和。在這個過程中,藍細菌不斷繁衍,幾乎是在某一瞬間使得地球大氣層充滿氧氣。但是在這過程中大量厭氧細菌生物死亡,甚至海底的祖先都岌岌可危,這是一次慘絕人寰的氧屠殺事件。你以為這樣就是好氧細菌的天下了嗎?別忘了,結果我們都是有目共睹的,這導致了24億年開始的地球休倫冰期的開始。當然導致這樣的結果不能全部怪在藍細菌的頭上,也有很多其他原因,不過藍細菌負主要責任罷了。

火山運動減少,甲烷、氫氣以及硫化氫氣體大幅度供應減少,偶爾的幾次板塊運動使得大量有機碳質埋藏地下,使得使用氧氣燃燒有機物的細菌食物碳源減少,呼吸產生的二氧化碳減少,不在消耗氧氣。并且太空中的塵埃可能大面積反射了太陽光,造成太陽輻射強度減小,加上藍細菌大量繁殖,使得大氣二氧化碳合甲烷這些溫室氣體大量消失,最終地球溫度逐漸下降,為地球披上了長達3億年的大冰封時期。那時的地球稱為雪球,由于雪冰的覆蓋延綿,把本就能量不多的太陽光又反射回太空,如此的惡行循環也讓所有的好氧細菌付出慘痛代價,其中厭氧細菌真的是慘不忍睹。所以休倫冰期是生命界和無機界的共同作用。藍細菌面對自己惹得禍事,自己都沒反應過來,氧毒真的可怕。不過事情既然發生了那就積極面對,藍細菌產生一些防凍液防止自己的細胞質被凍結,從而進行微弱的光合作用。

如果你是細菌的話,你早就把藍細菌定在細菌史上的恥辱柱上。不過,如果你是有氧呼吸的生物,請感謝它,是它提供了我們祖先原始真核細胞誕生的充分條件。并且為以后的有氧生物提供食物和氧氣。如今有氧呼吸的多細胞生物為什么可以橫行世界,那是因為有機物的有氧燃燒可以徹底燃燒營養物質,放出大量能量,將能量用到極致。那是發酵產生能量的好幾個數量級,簡直天差地別。所以如果換一種眼光去看生命的進化,也許每一次的生物大滅絕都是通往另一個生命繁榮的開始,甚至是產生智慧生命的機遇。

如果說非要讓我說植物如何起源,那么我想藍細菌的共生會和紅細菌當初一樣困難,所要面對的危險太多了,真的很難想象,不過幸好的是,那時原始真核細胞已經具備了簡單的吞噬能力,并且由于線粒體的存在(酸池內化),可以大膽的丟棄了細胞壁,并且可以長得很大,所以這大大增加了內共生的機會。但是為什么選擇藍細菌去內化成葉綠體,而不是選擇其他的光合細菌呢?我想答案特別簡單。因為藍細菌的供電子體是水分子,并不是有機物以及某些難找的無機化合物,你想想看,當時的地球,水分子怕是最充分的燃料吧,簡直信手拈來,直接躺著就可以了,又不用搶奪宿主的有機物當供電子體,更不需要宿主去尋找個別奇奇怪怪無機物。其次受電子體也是天然的二氧化碳,可以為原始真核細胞提供充足的有機物質。妥妥的靠天吃飯呀!說實話我在想植物之所以扎在土里不想動物一樣運動,就是“懶得”!因為畢竟有了線粒體和葉綠體,誰還去追逐搶奪食物,甚至某段時間,植物的祖先細胞可以蔑視一切地球的其他生物,我想這也是植物界當年快速繁衍起來的重要原因。

不過自然母親是平等的,有了這個就必須失去那個,植物能量優待也要付出相當大的代價,不!這里說是責任更好。它們的能量和食物必須為其他生物分享貢獻,并且毫無保留,因為其他生物為了食物不停運動奔波,而植物可以得到免費食物而不用勞苦奔波,那么就要站在原地等待被采食。這就是平衡,多么美妙的生物世界!

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