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蓝藻那些事系列②—一次奠定历史的邂逅

2021-09-30

“物竞天择,适者生存”,生命界的博弈是激烈而残酷的,但也是智慧而包容的,今天就带您领略生命竞争的另一种形态。

上篇我们说到,在地球生命诞生之初,世界上存在两种生物—真细菌和古菌。一开始是古菌全面压制真细菌,但后来有一支叫做蓝细菌(蓝藻)的真细菌发明了光合作用,由此产生氧气。



氧气对于早期的生命而言无比危险,差点让地球的生命毁于一旦,这场惨烈的双输之战被称之为大氧化事件。我们的故事就要从这片劫后余生的废土上说起。随着几波超级火山波冲破了休伦冰河期的亿年坚冰,苟延残喘的生命终于迎来了阳光的眷顾,而那个屠戮苍生的元凶—氧气,却再也不可能从地球中消失。

旧日的幸存者们在新时代的第一课就是与死神共存,而在这一课中,真细菌又比古菌的速度快了一拍,有的细菌做到了化砒霜为蜜糖,开始利用氧化有机物来提供驱动生命的能量,这便是地球上最早的好氧菌,那些和祖先一样死去的就是厌氧菌。但厌氧不代表坐以待毙,机会总是有的,在这混沌初开的地球上,氧气虽然无处不在,但浓度其实也只能算聊胜于无。故而在好氧菌扎堆生长的地方,氧气很容易被局部性地耗竭,这些地方也就顺理成章成为了厌氧菌们的安全区之一。在这里厌氧菌与好氧菌相遇了。两者相遇发现对方真是个人才,说话又好听,都超级喜欢对方。厌氧菌无法彻底将有机物代谢为无机物,所以他们的生命活动就会产生许多诸如丙酮酸之类的简单有机物。这些于厌氧菌而言不过是举手之劳的代谢副产物,确实好氧菌的珍贵氧疗,就这样好氧菌与厌氧菌,这对旧时代的冤家成为这新时代的涸辙之鲋,相濡以沫、共度时艰。

随着互助的不断深入,更有创意的共生关系也逐渐衍生出来。比如在18亿年前,有那么一些古菌,他们是为了保护自己最容易受氧气破坏的DNA,故而将自己的一部分细胞膜内陷形成内膜系统,构建成一个叫做“细胞核”的结构,尽自己最大的可能将自己脆弱的DNA与外界隔绝起来。而这么做所带来的副产物之一,就是这个古菌的细胞内部被这些内膜系统分割出许多的小房间。时间一长,竟然有些受够了外界环境毒打的好氧菌钻进了这个古菌体内,成为这个小房间内的房客。正所谓细菌永不为奴,除非包吃包住,在这里不但可以得到古菌内膜系统的庇护,还能第一时间获得代谢产生的小分子有机物养物,于是这些好氧古菌再也离不开了。反过来对古菌而言这波更是不亏,这波寄宿的好氧菌不但帮他们消耗掉麻烦的氧气,而且还能将他们有氧呼吸产生的巨大能量当房租一样上交,这种互利关系被科学家称之为被共生。




演化规律告诉我们,一个物种一旦分裂为二,他们就只会渐行渐远,但生命从来处处都是例外。随着亿年又亿年的演化,这个古菌与其共生的好氧细菌不断巩固着睦邻友好关系,深化互利合作与协作,实现共同发展与繁荣。这对在生命之初即分道扬镳的两大家族的后裔,最终竟然合二为一,他们的代谢体系乃至DNA都合二为一,创造出一种全新的生命形态,我们称之为真核生物。看看今天的世界,你、我、乃至世间的一切动物、植物、真菌等都是真核生物,这个族裔构成了我们现在所见的一切宏观的生命形态。直至今天,细胞的外在结构总体上依旧是当初那个古菌细胞的延伸,而寄宿于古菌之内的那个细菌的后代也依然在我们的细胞中繁衍不息,只不过我们今天将其称之为线粒体。在上一期,我们介绍了那个遥远的“紫色星球”的争霸故事,细菌和古菌谁赢了?现在答案已经昭然若揭,胜利既属于古菌也属于细菌。这不是一场厮杀后的成王败寇,而是一场劫难中的患难与共,涅槃重生,只不过在胜利者的辉煌下必有无数败者的哀嚎。内膜结构搭配上线粒体的强劲能源,让真核生物的细胞可以扩大到细菌和古菌或者说原核生物细胞的数万倍大小。在绝对的体型优势和更复杂的细胞结构的支持下,真核生物创造出了许多前所未有的行为,比如胞吞,通俗一点讲就是把别的细胞一口吞进体内消化掉,彻底褫夺其全部的营养。在那一刻,弱肉强食成了地球生命的主旋律,而生命的贪婪也在绝对实力的加持下酝酿着新的革命。

大约在16亿年前,有一个真核生物像往常一样吞噬着周遭的细菌和古菌,然而当他吞下一个蓝细菌(蓝藻细胞),不知道什么原因,这个蓝细菌并未向别的猎物一样被消化掉。相反,这个蓝细菌就和当年内共生于古菌体内的好氧菌一样,开始在那个真核细胞内部分裂、繁殖,并继续像以前一样进行光合作用。那一刻,真核细胞与蓝细菌达成了新的同盟,从此真核生物第一次掌握了光合作用。而那个被吞入的蓝细菌的后代,也有了一个新名字—叶绿体。以此为起点,以绿藻和红藻为代表的真核光合作用者登上历史舞台,成为十几亿年间地球气候的变化的最主要推手。但绿藻并没有让内共生的吞噬游戏就此结束。在距今5.4亿年前的寒武纪,又一单核真细胞生物吞噬了绿藻,于是他的后代演化成了裸藻;在距今约4.5亿年前的奥陶纪,又有一单细胞真核生物吞噬了红藻,于是他的后代演化成了褐藻和硅藻;在距今约2.4亿年前的三叠纪,又有一单核真生物吞噬了红藻,于是他的后代演化成了甲藻;更有甚者,还有一单细胞真核生物吞噬了红藻演化成了隐藻。总之,今天绝大多数被我们称之为“藻类”的生物。其中相当一部分的“叶绿体”都不是祖传的,所以那些所谓构造简单的浮游生物、单细胞的“原核生物”,其实绝不简单,更不原始,他们经历了比动物、植物更漫长、更残酷的生存竞争,才成为掌握生存演化套路的“开路先锋”




就这样,真核生物得到了他们所能拥有的一切,而原来霸占着地球的细菌和古菌,则开始逐渐沦为了真核生物的食物与病原体。从此,一个能和真核细胞正面硬刚的也只有另一个真核细胞。而真核生物又在漫长的演化中认识到一个细胞的能力是有限的。于是越来越多的真核生物决定我不做单细胞生物了,这些细胞每次分离产生的后代细胞不再马上分开,而是彼此黏连在一起,形成一个体型更大的整体。通过激活和抑制自己的不同基因,真核生物将多细胞的分工与组织推进到了全新的境界。由此,生命从单细胞时代进入到了多细胞时代,演化游戏马上就要进入到他的3.0版本。在距今大约8亿年前,如今一切的动物、植物、真菌、藻类等等新玩家的多细胞祖先均已到场。然而就在多细胞生物踌躇满志、秣兵历马之际,一场末日天灾却意外地降临了。而在这场浩劫中,蓝藻又会扮演着什么角色?