地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

46億年前,地球是一顆暗紅色星球,炙熱的岩漿遍佈地表。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

44億年前,地球有了水,關於水的來源,目前我們還沒有完全搞明白,總之地球內心雖然依舊火熱,但表面卻逐漸冷卻了下來。如今地球表面積陸地佔據了30%,而在當時(太古時期)陸地只有2~3%,完全就是一顆水球,但這顆水球並非是藍色的,因為水中充滿了大量鐵。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

在我們印象中,鐵鏽是棕色的,因為主要成分氧化鐵是棕色的。然而地球之初氧氣微乎其微,海洋中,鐵只能與氫氧化物以及硫和氯等元素反應,這些“無氧鐵鏽”將海洋染成了綠色,此時的地球是一顆綠色星球

紫色星球假說

40億年前,地球雖然已經被堅硬的外殼所包裹,但在海洋深處存在大量細小的缺口將內部的物質與能量不斷噴灑出來。在深海熱泉口附近物質不斷髮生高能化學反應,產生了可以不斷自我複製分子。在這些大分子經歷了5億年的漫長演化後,我們的第一個祖先LUCA(露卡)誕生,並且演化出了兩種不再執著於熱泉口能量的後代——真細菌和古菌

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生命最原初的兩大家族真細菌與古菌

古菌的“自由”源於演化過程中,偶然合成了一種叫做視黃醛的分子。這種分子通過吸收光能量,模仿原本熱泉口的能量,進行著無氧呼吸。我們可以看見這五彩繽紛的世界,也是源於人體視網膜中的視黃醛分子,將光轉化成了神經訊號,傳遞給大腦。

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陽光波譜

陽光中的可見光由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫,七色光構成。視黃醛會吸收陽光中最豐富的綠光,反射出的其他光,它們混合在一起呈紫色,因此古菌看起來是紫色的。古菌享受著最優質的能量,不斷擴張遍佈整個海洋、河床、灘塗,將地球染成一顆紫色星球,紫色王朝整整持續了9億年(35~24億年前)。

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紫色地球假說

從能量角度出發,古菌選擇了吸收最充沛的綠光,這是生命演化中最正確的選擇,那麼為何紫色地球沒有延續下來?如今海洋上漂浮的藻類生物以及覆蓋陸地的植物為什麼只吸收綠光之外的“垃圾光”,反而丟掉最充沛的綠光?這就要說到露卡發展出的另一個家族——真細菌。

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植物葉綠素吸收波譜

藍藻的降維打擊

如今的植物並不想撿剩,只是它們的祖先在紫色王朝下根本吃不到“肉”,只能選擇演化合成出一種名為卟啉的分子,它可以從古菌吃剩的光能殘渣中,盡最大努力榨取每一絲能量,才能苟活於紫色菌毯之下。因此,植物的祖先從一開始就沒有選擇綠光,所以呈現出綠色。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

早期的古菌與真細菌都是利用陽光的能量,將二氧化碳和水轉化成食物(有機物),進行著無氧代謝。21億年前,一種真細菌在偶然的情況下演化出了一條新的代謝路徑,代謝產物除了有機物,還有廢氣——氧氣。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

一開始大部分氧氣源源不斷與海洋中的鐵進行反應,暗紅色的鐵鏽沉積在海底,形成了一層層厚厚的鐵鏽,被永久記錄在地層之中,稱之為條狀鐵層。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

海洋中的鐵與岩石被餵飽後,氧氣開始在大氣中進行累積,與此同時大氣中的二氧化碳(溫室氣體)不斷被生命所消耗,甲烷(溫室氣體)不斷被氧氣氧化,溫室氣體含量降到了地球歷史最低水平,溫度隨之驟降,地球迎來了第一次大冰期——休倫冰期(24~21億年前)。最高峰時,冰蓋從兩極一直蔓延到了赤道,地球完全變成一顆雪球——雪球地球假說。

在氧氣攀升的同時,生命根本來不及面對氣候、大氣與物質的鉅變,厭氧的古菌幾乎全部滅絕。而藍細菌幾乎耗盡了二氧化碳,紛紛在充斥著自己排洩物(氧氣)的海洋中窒息,好在熱泉口依舊留存著生命的火苗。這次氧氣災難,史稱大氣氧化事件,也是地球首次生命滅絕事件。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

大量原核生物在幾十億年的地質變遷演變下所形成的沉積結構

21億年前,地球逐漸解封,但地球已經不是原來的那個地球。隨著氧氣的到來,紫色王朝再無崛起的可能,只在地層中留下了大量的“層疊石”無聲地描述著昔日的輝煌。藻類生物則捲土重來,沒有了古菌的壓制,很快便把地球染成了綠色世界。同時大氣中游離的氧氣生成了臭氧,阻隔了陽光中對生命存在威脅的紫外線。

世界變得更美好

在3億年的冰封之中,生命適應了氧氣的到來,細菌孕育出了真核生物,解鎖了有氧呼吸,為生命代謝帶來了更強勁的能源。在這種基礎框架下,往後的複雜生命才有了可能。

地球曾是紫色的,直到氧氣摧毀了一切,才有了人類誕生的可能

如今植物依舊不會吸收綠光,這是它們當初臥薪嚐膽時構建的基礎框架,難以更改。現在的大氣與水中的氧氣非常豐富,如果沒有大量的地質化石,誰也想象不到,這個美好的世界對於最初的生命是一種災難,或許有些時候事情必須變得更糟,才能變得更好。

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