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生命的演化6——蓝色地球的形成

生命的演化6——蓝色地球的形成

作者: 数元 | 来源:发表于2020-04-21 21:08 被阅读0次

和其他我们所熟知的星球相比,地球是一个独特而美丽的星球,因为它的表面被蓝色的海洋和绿色的植被所覆盖。而像我们这样的智慧生命,只能生活在具备这种特定条件的星球之上。这不光在太阳系,即便在银河系也属于另类。

地球大约形成于46亿年前,一开始它与太阳系星云的残余物不断地激烈碰撞,同时在内部放射性物质的衰变和引力的挤压之下,地球的温度极高,呈熔融状态。

熔融状态的原始地球

由于引力作用,像铁和镍等重金属逐渐沉入地球中心,形成了高密度的铁核,而质量较轻的硅、铝等元素上升到表面,形成了地壳。

大约在42亿年前,地球表面不断喷发出岩浆,同时释放出水蒸汽、二氧化碳、硫等气体,形成了地球的早期大气。水蒸汽冷凝成小水滴又回到地表,再加上其他小行星、慧星等宇宙天体也给地球带来了大量的水,从而形成了海洋。

原始大气的形成

对于生命而言,地球的独特性还体现在它距离太阳的位置,尤其是对于人类这种复杂生命体而言。如果地球离太阳再远5%,或再近15%,那么,生命很有可能不会产生,至少很难再演化出复杂生命体。

月球也是上天赐予地球生命的重要礼物。因为正是月球的持续影响,地球才能以合适的速度、合适的角度自转,才能产生适合生命存在的气候条件。

尽管,地球一经诞生便为生命的孕育准备了得天独厚的条件,但是,对于复杂生命而言,原始地球提供的条件还是过于恶劣了,它需要生命自身对其进行令人惊讶的改造。

叠层石——最古老的生命化石

最出色的成就就是对地球原始大气的改造。地球的大气层是生命赖以存在的重要条件,它像一床绵絮将地球的温度保持在一个合适的区间,同时可以吸收或阻挡各类宇宙射线、高能粒子等。当然,最重要的是我们需要呼吸空气,几乎所有的复杂生命体都需要呼吸。

然而,初生的地球并不是一个鸟语花香的地方,它到处充满了毒气,大气中时而电闪雷鸣,时而飞沙走石,现在的复杂生命体不会想要生活在那样的环境中,因为在那样的环境中它们基本上都无法存活超过一刻钟。

即便环境如此恶劣,生命还是诞生了,它们在远离大气的海洋深处不断繁殖。细菌不需要呼吸,或者说不需要用氧气呼吸,它可以利用硫酸盐或甲烷进行呼吸,可能那点点化学反应产生的能量很少,但却是一个不错的开始。

蓝细菌——生命中第一位功臣

在20亿年时间里,细菌是地球上唯一的生命形式,而那种低效的呼吸形式也差不多持续了几亿年。就在这段漫长的日子里,蓝细菌横空出世。因为它发明了一种全新的呼吸方式,即利用光来分解水分子,它们吃掉了氢却排出了氧。

这个变化产生了惊人的效果。虽然,其他形式的化学反应也会释放出一丁点儿氧,紫外线透过大气层也会把水打碎成氢和氧。但是,通过这些形式,氧气形成得很缓慢,并且不会在空气中积累,相反它会和岩石中的铁反应,把它变成锈红色。而氢气则会逃脱地球引力的束缚,进入太空。

而蓝细菌的出现,开始扭转这种趋势。它的方法大大加快了氧气的生产速度。人类到目前为止还没有办法达到像蓝细菌那样的对水的分解能力。看来大自然比人类要聪明多了。

光合作用图解

蓝细菌的这项特异功能使得它取得了相对于其他细菌的极大优势,因为氧气对于很多细菌来说都是致命的毒气。随着蓝细菌的快速扩张,氧气产生的速度大大加快。

起初,额外的氧气并没有积聚在大气中,而是与铁化合,成为氧化铁,沉入了原始的海底。有几百万年的时间,地球真的生锈了,从而为今天的人类提供了大量的铁矿石。

然而,坚持的力量是强大的。蓝细菌缓慢但却持续不断地努力,终于创造了它的丰功伟绩。经过了大约20亿年的时间,大气里的氧浓度终于差不多达到了现在的水平。

但是,如果这个过程继续如此平淡地持续下去,大气中的氧含量不断地上升,那么,即便像人类这样极度依赖氧气生存的复杂生物也将永远无法演化出来。

这时,一种叫革兰氏阴性菌的微生物加入了细菌的大军,而且它就和蓝细菌一样取得了其他细菌所不具备的优势,只不过它选择的道路和蓝细菌正好相反,即通过消耗氧气来分解食物,从而获得能量。

原线粒体——蓝细菌的最佳拍档

这天生一对正是这个世界取得平衡的绝佳拍档,一个负责生产氧气,而另一个却负责消耗氧气,从而使得地球大气中氧气的浓度始终维持在21%左右。

这种革兰氏阴性菌在一个偶然的机会侵入了另一个体量较大的古生菌,并且实现了内共生,成为了线粒体,这是真核生物演化的开端。

而它的拍档——蓝细菌,似乎用了同样的方法实现侵入真核生物,并神奇般地也实现了内共生,它就是现在的叶绿体,这个真核生物成为所有植物的共同祖先。

人类徒劳地努力了几个世纪去制造永动机,但是,大自然却早就创造了这个惊人的巨循环,并且自动地运行了几十亿年,并且还将继续运行下去。虽然,它利用了地球在初生之时就提供的环境——阳光和大海。

这个循环一旦开始,便为接下去五彩缤纷的复杂生命世界准备了条件。地球在寂寞无聊的世界中度过了几十亿年,但它即将迎来生命的大爆炸,一个生机勃勃的世界即将到来。

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