這個單細胞生物,幾乎滅絕了地球生命

2021-02-25 西南大學青春生科

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《勒維亞坦》有聲版

精緻中文生物科普有聲讀物

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Voice：傅小鑠

這是一個改變了世界的生物，曾經引發了地球歷史上第一次大規模滅絕，但也為之後複雜生命體的出現奠定了基礎。


它把歷史上第一個自由氧分子送入我們的大氣層中，而它卻僅僅是一種單細胞生物。

它就是藍細菌，你也可以叫它藍藻。它是一種非常簡單的生命體，甚至沒有細胞核和其他任何細胞器，但卻成為地球生命故事的一個核心章節。

故事要從很久很久以前說起。地球的大氣層並非一直都像我們現在呼吸的空氣那樣富含氧氣。

35億年前，大氣層主要由氮氣、二氧化碳和甲烷構成。

海洋中充滿了厭氧微生物。


它們是簡單的單細胞生物，在沒有氧氣的環境中茁壯成長，並從它們捕獲的分子中汲取能量。

但在25億年前到35億年前之間的某個時間點，有一種可能是漂浮在海洋表面的微生物，進化出了一項新技能——光合作用。

它的細胞膜中的結構可以利用陽光中的能量，將二氧化碳和水轉化為氧氣以及作為能量來源的糖類，這種生物就是藍細菌的祖先。藍色，來源於藍綠色素，可用於捕捉光合作用所需要的陽光。光合作用使得這種微生物與同時期的其他物種相比具有壓倒性的優勢，現在，它可以用取之不盡的原料過上自給自足的生活。

因此它的數量激增，所廢棄的產物氧氣也開始排入大氣中。


一開始，流出的氧氣會在與鐵或衰敗細胞的反應中被吸收。

但在數億年之後，隨著藍細菌群體的不斷壯大，氧氣產生的速度逐漸快於被吸收的速度，氧氣開始在大氣中不斷積聚。


這對地球上的其他生命來說是個大問題，因為，富氧的空氣對它們來說是有毒的，結果...


25億年前，地球上所有的生命幾乎全部滅絕，藍細菌差點也滅絕了，地質學家稱之為大氧化事件或者氧氣大災難。

這還不是唯一的問題。甲烷一直是使地球保持溫度的強效溫室氣體，但現在，富餘的氧氣與甲烷反應產生二氧化碳和水，大氣層保溫效果大打折扣。這導致了地球上第一次，可能也是最長的一次冰河時期——休倫冰期。在那段時間，整個地球基本上就是一個大雪球，並持續了數億年。


最終，地球上出現了好氧生物——一類可以利用氧氣獲取能量的生物，開始吸收大氣中多餘的氧氣。氧氣濃度不斷變化，最終達到了現在的21%左右。

可以利用氧氣中化學能量的能力，推動了這些生物體的形態不斷發生變化，進而進化出更為複雜的生命體。


藍細菌在這段故事中也有一個角色。幾億年前，另一種史前微生物吞下了整個藍細菌，這樣，這種微生物就有了自己的光合作用工廠。這個過程被稱為內共生。這就是植物細胞的祖先，藍細菌就成為了後來的葉綠體。


藍細菌依然存在於地球上的各個角落：海洋，淡水，土壤，南極巖石，甚至...樹獺皮毛。


它們依舊向大氣輸送著氧氣，同時還可以固定氮氣來為它們幫助創造的植物施肥。


沒有它們，地球上將沒有人類可辨識的生命，但也「多虧」了它們，地球上差點連生命都沒了。

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  • 在過去氧氣濃度高的時候,單細胞生物也會很大嗎?
    提出這個問題的讀者，是受了網上一種錯誤論斷的誤導。有人說氧氣濃度越高，生物體的體型越大，實際上這一說法只有在特定情況下才是真命題。單細胞生物體型和氧氣濃度關係不大我們首先要搞清楚氧氣濃度為什麼能影響生物體型。現在絕大多數生物都是需養生物，生物需要將氧氣輸送至每一個細胞。隨著生物體型增長，其體積的擴大速度要比表面積的擴大速度快。
  • 地球46億年歷史,一共經歷了五次生物大滅絕?原因是什麼?
    彗星和小行星撞擊了地球，給地球帶來了大量的液態水，讓地球的生態系統有了初步的結構，小行星的撞擊又給地球帶來了各種豐富的礦物質資源。彗星同時帶來的，有可能還有生命的種子，又經過了數億年，太陽系穩定了下來，地球的生態環境也一步步完善，這個時候最早的單細胞生命出現了。
  • 科普一下:地球第一次物種大滅絕事件
    46億年前，地球從太陽系星雲中誕生，從此一顆偉大的星球開始了自己的演化史。41.5億年前，地球上第1個細菌誕生了。地球開始進入漫長的生命演化階段，在隨後的數10億年時間中，地球生命在緩緩進化，從細菌到單細胞，從單細胞到毒細胞，地球逐漸變得豐富多彩。直到5.3億年前的寒武紀時代，地球上突然出現了一次生命大爆發，這就是著名的寒武紀生命大爆發。從此地球生命開啟了多樣性時代。
  • 在現存的生物中,有沒有成功躲過了五次滅絕事件的生物?
    （下圖為湖中泛濫的藍藻）第一次生物大滅絕事件想要滿足經歷了五次生物大滅絕的條件，就必須是出現在第一次滅絕事件之前的生物，而且必須是現存的生物。基於這個前提，我們簡單的來了解第一次滅絕事件。地球上第一次生物大滅絕事件發生在距今約4.4億年前的奧陶紀末期，這次滅絕事件在5次生物大滅絕事件中，滅絕種群的數量排在第二位，排在第一位是距今約2.5億年前的第三次生物大滅絕事件（二疊紀末期），在這次滅絕事件中，地球上約有96％的物種滅絕了。而作為排在第二位的第一次滅絕事件，生物的滅絕也是慘烈的。
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