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地球最早诞生的生命：光合作用都不存在它们吃什么呢？

2023-07-31 05:43:16 来源：快科技

在我们的世界里，最常见的生态关系是植物通过光合作用存储能量，这些能量一部分用于植物自身，而多余的部分流到了动物那里。

对于这样一个生态系统而言，所有生物所消耗的能量其实都来自太阳，而最关键的一个过程就是光合作用——“收集”的太阳能。

然而，光合作用是一个复杂的过程，地球生命诞生之初它肯定不存在，它是生命经过漫长的演化才获得的“超能力”。

【资料图】

其实，通过现有的证据，第一批进行光合作用的细菌是蓝细菌，它们很可能是在34亿到29亿年前诞生的。

在之后的几亿年里，这些学会利用阳光的能量将水和二氧化碳转化成糖和氧气的生物传播向整个地球，并引发了一次被称为“大氧化事件”的地球历史大事件，彻底改变了地球生态。

蓝细菌示意图

之所以判定这些细菌的光合作用是在34-29亿年前出现的，是因为通过分子分析得到的，现在所有蓝细菌的共同祖先可以追溯到29亿年前，而蓝细菌的祖先是在34亿年前从其他细菌中分支出来的，所以光合作用一定是在两者之间的某个时间点开始的。

然而，就像我们本专栏上一篇文章提到那样，地球生命很可能和液态水同时出现，大约是在43亿年前。

那么有趣的问题是，在将近10亿年没有光合作用的时间里，生物吃什么？它们是如何实现能量转移的？

最初的生命并没有“吃”

如果我们把“吃”简单的理解为掠夺其它生命的能量的话，那么实际上，对于地球生命而言，可能超过一半的时间里都没有“吃”这个概念——早期的生命彼此和平共存。

由于地球的地质活动活跃，超过40亿的岩石非常稀少，所以现在人们根本不知道最早的生命是什么样的，它到底开始于细胞，还是开始于遗传物质都存在许多争议。

但是，当生命变成一个拥有遗传物质的细胞时，它肯定是原核生物——这是地球更古老的生命形式，但早期的原核生物基本是各玩各的。

地球生命真正开始有“吃”的概念是真核生物的出现才开始的，这些生物以这种（吃）方式获得更多的能量，而这种行为导致的结果就是他们的体型变大数百倍。

现在的化石证据表明，从大约 17 亿年前开始，古代真核生物化石就变得很大，达到100至400微米。

作为对比，海洋的原核生物通常只有1微米，这种情况只有一种解释——它们有办法获得更多能量——这很可能就是“吃”（吞噬）。

虽然真核生物进化被认为是一种原核生物吞噬另外一种原核生物的结果，但是两者最初的吞噬被认为并不是“吃”的关系，而是共生关系。

你可能还想了解，既然原始生命没有“吃”，那么这些生命是怎么活的？

地球生命的新陈代谢

这个问题的答案就在于新陈代谢，无论是植物的光合作用，还是动物的呼吸作用，其实都只是地球生命新陈代谢的一种形式而已，而且是非常新颖和复杂的代谢形式，地球生命远不是只有这两种代谢形式。

所谓新陈代谢，它的本质其实就是一些化学反应，生物通过这些化学反应释放的能量进行包括复制自己在内的生命过程。

所以，新陈代谢是判断一个东西是否属于生命的重要依据之一，病毒就是没有新陈代谢才被踢出了生命行列的。

我们想要了解最早的生命怎么活的话，其实就是要了解它们是如何新陈代谢的。

图：叶绿体，真的就像是一个精密的工厂一样

以光合作用作为基础是我们熟悉的部分，但其实生命对阳光这种可靠能量来源的利用远不是只有光合作用一种，有一些生命可以利用阳光的能量来让一些化学反应发生，从而让一些天然原料释放其中的能量，然后它们利用这个能量来完成生命过程。

利用阳光进行生命过程的前者（光合作用）被称为光能自养生物，而后者被称为光能异养生物。

如果你觉得生物只会利用光能，那就太狭隘了，就目前来看，现有地球生命至少还有另外一种形式——化学合成。

简单地说就是，利用一些化学反应所释放的能量来制造生命过程所需的原料，或者直接利用化学能来释放一些有机物或者无机物的能量来完成生命活动。

这些利用化学能的生物被统称为化能生物，同样也被分为化能自养型（前者）和化能异养型（后者）。

海底阳光照射不到的生态系统 2003 MBARI

在海底阳光无法照射到的地方——那些热泉口上是依然充满生机，其生态系统的基础就是那些化能自养生物，它们的生态角色就像我们熟悉的植物一样。

理解了这些之后，我们可以来回答原始生物“吃”的问题了，首先要判断的就是最早的生命是利用阳光，还是利用化能。

这里的答案化能很可能会更适合。

你可能也发现了，利用化能可以有千万种可能——因为许多反应都能释放能量，而光能需要生物找到一些合理的方式才行。

其实，利用光能最关键的难点在于阳光是一把“双刃剑”，它确实可以让一些无机物或有机物键合成“储存”光能的有机物，但是它的能量也会让化学键断裂（如果长时间暴露的话），将有机物分解，换句话说，在阳光照射下这一切是不稳定的。

所以，现在生命起源于海底的说法如此吃香，因为利用阳光的能量制造的有机物确实很难形成一个稳定的，对生命友好的环境。

其次，我们要判断它是异养生物还是自养生物。

这是 “生命的起源”相关话题中最受争议的部分之一，但异养生物相对来说胜出的可能性更大。

其实，几乎所有动物和真菌都属于化能异养生物，最初的生命很可能和我们的代谢形式类似，是不是觉得有点奇怪。

图：古细菌

之所以会有这样的判定，其实主要原因就两个，一个是化能异养生物的代谢过程更简单，另一个是从生命诞生之初，海洋就充满了那些可以利用的“储存”能量的有机物或者无机物。

生命没有太多理由一开始就找到了更复杂的生存方式，同时抛弃取之不尽的“自然资源”。

好了，我们现在可以回答所有问题了：最早的生命最有可能得是化能异养生物，它们的能量来源则是溶解在海洋的有机物或者无机物。

最后，引用相关话题下，一位reddit网友的一段话作为文章结尾吧！

其实，现在生物进行新陈代谢的许多化学反应在没有生命参与的情况下，地球本身也会不停发生，特别是在远古地球不稳定的状态下——强能量梯度下化学反应的发生和稳定会变得更加复杂。

比如在一些系统中能源会还原铁或硫等元素，这些元素在一段时间内保持稳定，但在具有正确结合亲和力的其他分子存在的情况下，可以被其他化学过程氧化，从而释放“储存”在其中的能量。

生命的创新就在于将这些反应更好地利用起来，以便将其释放的能量可以用来复制参与反应本身的分子，以及生命过程的消耗。

这种简单的复制和消耗导致了自然选择的出现，从而导致了越来越复杂和有效的新陈代谢形式，这种情况我们现在依然还在继续。

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