螺旋藻是一种有36亿年生命史的“活化石”生物
地球上的元初生物蓝菌落(Cyanobacterium)是宇宙的创世纪生物。绝大多数太空学与地质科学家推测认为:人类的家园——地球,大约是在46亿年前形成的。而生物科学家则以确切的证据进一步认定:一个有生命的地球开始于36亿年前。地球从死物界开始走向生物界,这一创生演变的过程至少经历了10亿年,其中最主要的是从一种太古菌——蓝菌藻( Cyanobacterium )的光合作用放氧开始的。
在20世纪70年代中期的一天,科学家们在澳大利亚北部匹儿巴拉地区的一次考察中,发现了一些极其古老的微体化石。经考证,这些化石是一些巨型蓝菌藻( Cyanobacterium )的遗骸,其年代至少已有35亿年。科学家对于这一微体化石的发现,大大地扩展了人们关于地球上最早生命起源的知识。
同样发生的活的佐证是,1883年,印度尼西亚喀拉卡托火山爆发后,在生命完全绝迹的火山周围的熔岩里,首先出现的生物,同样也是种深青色的丝状微藻类。1973年7月,450名科学家在西班牙巴塞罗那召开的生命起源国际讨论会上,都持一种倾向性观点,即认为,地球上最早出现的这种绿色原始生命,是一种能自我繁殖、复制,同时又能在恶劣的自然环境中发生适应性变异的单细胞生物。最令科学家惊讶的是:这种神奇的充满叶绿素的原始原核菌藻类生物蓝菌藻(Cyanobacterium),竟从地球形成的早期起,即以其太古基因进行遗传,顽强地生存并繁衍到现在,真可谓是大自然精心设计的一个顽强的基因组。
地球上的生物进化和光合放氧从原始螺旋藻(蓝菌藻Cyanobacterium)开始
20世纪70年代中期;科学家们在澳大利亚北部匹儿巴拉地区考察时,发现了一些极其古老的微体化石。经考证,这些化石即是些蓝藻的遗骸,其年代至少已有35亿年
碱性的原始汤浆(itivebroth)是生命的摇篮,地球上最早出现的核糖核酸(RNA)碱基对,是生命最早的信息
蓝藻螺旋藻( Siruina sp),这种至今被法国科学家依据一种太古菌的分类而沿称为蓝菌藻(Cyanobaterim )的神奇生物,是地球上最早出现的绿色生物之一,距今至少已有35亿年的历史。
早在我们的这个蔚蓝色星球处于混沌初开的地质年代,天空中年轻的太阳尚只能以它75%的热力呵护地球。那时的大地上到处是火山喷发过后的溶岩浆,经过些年代后,许多地方形成大片的原始汤浆( primitive broth )-碱性的碳酸盐泥沼。当时包围地球的大气层,呈现为一片棕红色的帷幔,其中没有任何游离的氧气,充满大气的只是氮气(N,),甲烷(CH,)、二氧化碳(CO2,其浓度是今天的100倍)、氨气(NH,)和氢气(H2)等组成的迷雾。那时的海洋,还只是呈现含铁、硫元素和其他化合物的溶液状。其时的陆地和海洋就靠着这些物质在竭力地吸收着太阳的热辐射能;而在同时,这些大气物和海水中的化合物在相互作用时,又都在竭力争抢与控制任何出现的游离氧气,于是只能发生些少的去氧和吸氧化学反应,这就是当时这个新生星球的“温室效应”环境。
早在35亿年前,我们的这个蔚蓝色的星球处于混沌初开的地质年代,在这种原始“培养汤”中,出现了一种含有叶绿素、能进行光合作用的原核生物——螺旋藻
然而,这种大气的“温室效应”毕竟助长了生命的甫生。在这种混沌的原始“营养汤”(碳酸盐类和二氧化碳)的环境中,最早先出现的是以酶反应而存在的(非生命)氨基酸,进而出现了一种有生命、无包膜的生物裸碱基(LUCA)。再经过漫长岁月的进化,终于出现了一种含有叶绿素、能自行捕光,能进行光合自养的原核生物(有包膜但无明显细胞核的生物)——蓝菌藻(Cyanobacterium),亦即当今藻类学家所命名的蓝藻螺旋藻(BluegreenAlgaSpirulina)的先祖。
在35亿年前那种亘古独特的环境条件下,蓝藻螺旋藻的先祖们以其周围的碳酸盐类为基本的化学物质营养,以其捕光色素叶绿素吸收到的太阳光量子(quantum)为能量和营养,在地球上开始忙碌地进行元初反应,它们将二氧化碳和水分子进行化学还原,使之在细胞内转化成糖原类碳水化合物(CH2O +C6H12O6)和其他重要的能量物质(如ATP),并释放出游离的氧气(O2)。
CO2+H2O+光能——→蓝菌藻Cyanobacterium——→CH2O+O2↑
这些蓝菌藻,还由于它们具有遗传信息物质核糖核酸( RNA )和双螺旋结构的脱氧核糖核酸(DNA),并能通过细胞质和它的膜物质与外界进行遗传信息的交换,于是得以世代延续。蓝菌藻们以其顽强的生命力,在进行着生存与大量繁殖,并开始全面占领旷古的、潮湿的大地地表和碱性的湖沼。
螺旋是藻丝体生命活力强大的表现 藻丝体与DNA双螺旋结构是如此的相似
最初,这些原始的蓝菌藻生物凭着自身的捕光色素——叶绿素,进行者光合作用和放氧。但在光合作用的早期过程中所释放的这一点点氧气,很快就被海洋中的吸氧物质(当时的地球上存在着大量未氧化的铁、硫等化学元素)吸收掉,远不能发生氧气的富余和积累。
随着原始蓝菌藻生命活动的广泛展开,藻的群体生物量逐渐主宰了地球。与此同时,一种甲烷细菌也开始出现和滋生,它们与生俱来的特性和责任似乎就是把死亡的含碳素的蓝菌藻“噬食”掉,使其重新转化成甲烷气和二氧化碳,再回归到大气中。这样,在漫长的岁月里,蓝菌藻们在进行生物光合作用中消耗掉的二氧化碳,又通过这些甲烧菌的“噬食”,重新得到了补偿和回归。大自然中,这种微妙的生态制约和生态平衡机制实在令人惊叹!
科学家们的考证研究发现,蓝菌藻是地球上一切生物得以进化的最古老的链和生命的“发动机”。正是由于这种原始的生物“放氧器”的伟大贡献,在经过了多少亿年的幸勤“工作后,才便得地球大气中有了游离的氧气。
大约又经过了10亿年,陆地上与海洋中能够“吸氨”的物质差不多都变成了氧化物,于是,大气中的氧气开施有了富余和积累。氧气的激度在迅速上开,约在23亿年前,大气中的氧气浓度达到了1%,而此时的甲烷气,这种促使地球产生“温室效应的气体,则从大气中消派了,于是,地球随之变得寒冷起来。然面,地球创查生命的进程非但没有因此停步,反而加快了步伐。这是为地球上广泛生存的蓝菌藻,以其强大的光合作用点燃了生命之火,而且这种光合作用的效率比氨基酸的酶反应要高出20多倍。虽然,地球的气候变冷了,而地球上的生命活动却因生物的光合反应而愈加热烈起来。随着生物自身为适应环境而不断地进化,以及大气中氧气的加快蓄积,地球上出现了一种超越古老的原核生物,具有完整细胞膜和细胞核的生物——真核生物。
螺旋藻直到现在都固守着它35亿年前古老的原核生物基因组
这种强大而复杂的生物生命形式,如微藻中的绿藻小球藻(Chlorellaspp.),在它一经出现后,即以其原始的细胞“光合反应器”开始进行光化学反应。这种新式的细胞光合器——叶绿体( chloroplasts),就是真核生物细胞进行光合作用的基本单元。一俟叶绿体这一超级生物放氧器的诞生,我们的星球很快就变得美丽而富饶起来。大气中的二氧化碳以极高的效率转化成生物质,地球更加从生物的光合作用中,获得了高浓度氧气的支持,于是在全球生态系统和环境中发生了显著的大生物量变化,这种变化为地球上生物物种的多样化“大爆炸”创造了条件。
到了大约6亿年以前,地球初步完善了她的生态系统( biosystem),并进入到了她目前的这个状态。此时,原始的蓝菌藻(螺旋藻)及其同类藻生物,在地球上全部植物的总生物量中,已经占到了三分之二强。大气中的氧气浓度也达到并开始稳定在21%的水平。由于在地球大气中当时还依然存在着浓度稠密的二氧化碳,这就为植物提供了进行旺盛光合作用的极佳条件,于是地球上的植被变得极其丰富,各种生物在大量地生长繁殖,高等动物和植物快速进化,各种大生物如树木、恐龙开始出现,整个大自然充满了勃勃生机。
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