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9 太古宙—古太古代:古菌vs真細(xì)菌㈠紫色地球

2023-07-18 11:48 作者:風(fēng)是青的  | 我要投稿

? ? ??太古宇和元古宇各單位則是由全球標(biāo)準(zhǔn)地層年齡(GSSA)界定的,也就是說以時間定義。古太古代就是被定義為36~32億年前的一個地質(zhì)年代。[1,2]并沒有什么太大的含義。

瓦巴拉超大陸(Vaalbara)

? ? ? ?36億年前,在軟流層在上漂流著兩塊巨大的島嶼,在地?zé)岬尿?qū)動下,這兩個島嶼悄然撞上,連成一塊更巨大的島嶼。如車站的旅人,為了在下一站,在一起等待時間,時間流逝之后,縱然耦斷絲連,但也不免各奔東西。隨著更多的島嶼浮出[巖漿面],如微觀粒子般,相互碰撞,又分開。島嶼今天早己是[物是人非]了。

? ? ? ? 所幸,這兩塊巨大的島嶼和往后的島嶼在今日也有了一個專有名字——[克拉通],又稱為 [ 地盾 ]?。

? ? ? ??克拉通,來自希臘語kratos,意為“強(qiáng)度”,[1]。物如其名,?在36億年(可能為40億,板塊構(gòu)造)來,克拉通在無數(shù)大大小小的碰撞,分裂中,并沒有支離破碎,熬到現(xiàn)在。好似,他們就是陸地的核心,官能團(tuán),然后各種支鏈,環(huán),甚至其他官能團(tuán)往上加一樣。

? ? ? ?總的來說,研究[官能團(tuán)]就能了解[物質(zhì)的屬性],研究克拉通,或許就能了解遠(yuǎn)古時期的大陸分布情況。

卡普瓦地盾和皮爾巴拉地盾示意圖,這可能是地球上最早的一批陸地

? ? ? ? ?島嶼是來自南非的卡普瓦地盾(Kaapvaal craton)和西澳大利亞的皮爾巴拉地盾(Pilbara craton)[1],在36億年前,他們碰首,合并,形成更大的——瓦巴拉超大陸(Vaalbara)——它的名字也是相連的。這可能是地球上第一塊超大陸。[烏爾大陸可能不存在。]

紫色地球(Purple Earth )

? ? ? 我們戴著呼吸面罩,坐在船上,在廣袤無垠的海面上沒有目的地飄蕩。海水是紫色的一片。

? ? ?? ?在經(jīng)歷了幾億年生命的蠶食之后,地球上本就不濃厚的“有機(jī)湯”終于告罄。而化能合成作用在日趨增加的生命壓力面前顯得是那樣捉襟見肘。于是,在這個時候,生命開始將目光放在另一個看起來“取之不盡,用之不竭”的能量來源——陽光。

? ? ?? 和大眾的普遍認(rèn)知不同的是,最早利用光能的生物并不是大家所熟知的藍(lán)細(xì)菌,而是一群古菌。這群古菌憑借著領(lǐng)先的優(yōu)勢,可以大肆挑選太陽光中的任意波段。自然,含量最豐富的可見光波段綠光進(jìn)入了它們的法眼。從此,真正意義上的光能自養(yǎng)生物,就此登上歷史舞臺。

太陽光譜圖,顯示綠光是最豐富的波段

? ? ? ??我們知道,古菌在合成她們的細(xì)胞膜時,使用的材料是異戊二烯類脂,而這些被稱為“萜類(terpenoids)”的化合物通常具備著一大串共軛烯烴結(jié)構(gòu)。共軛的結(jié)構(gòu)會降低電子的能量,讓它們得以在吸收能量較低的光子(photon)便由基態(tài)躍遷為激發(fā)態(tài),簡而言之就是能吸收波長更長的光,還能把里面的光能轉(zhuǎn)化為可以利用的形式。

? ? ? ? ?這些早期的古菌“發(fā)現(xiàn)”,一種結(jié)構(gòu)較為簡單的二萜就能夠很好地完成“捕獲綠光”這一戰(zhàn)略目標(biāo)。這種二萜,現(xiàn)在被稱作“視黃醛”,它們更加通俗的名字,叫做“維生素A醛”(由維生素A——視黃醇氧化而來)。

視黃醇(左,即維生素A),全反視黃醛(右上)和13-順視黃醛(右下)

? ? ? ? 視黃醛具有很強(qiáng)的共軛結(jié)構(gòu),能讓它在吸收綠光后發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,這種轉(zhuǎn)變又可以在黑暗處借助蛋白質(zhì)恢復(fù)。于是,這些古菌們將視黃醛連接在一個蛋白質(zhì)上面,以便于更有效的利用它們,這個蛋白質(zhì)叫做菌紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)。這些古菌的細(xì)胞質(zhì)膜上常常有一片片菌紫紅質(zhì)集群,這些結(jié)構(gòu)被稱作紫膜(purple membrane)

? ? ? ? 菌紫紅質(zhì)能夠在質(zhì)膜上有效完成全反式與13-順式的光反應(yīng)循環(huán),并將古菌細(xì)胞內(nèi)部的一個質(zhì)子運到膜外,產(chǎn)生跨膜的質(zhì)子動力勢(proton-motive force,PMF或ΔP)。依靠跨膜ΔP,這些古菌可以直接產(chǎn)生ATP。這個反應(yīng)叫做光介導(dǎo)的ATP合成(light-mediated ATP synthesis)。直到現(xiàn)在,這個反應(yīng)仍然是生命體產(chǎn)生能量的最優(yōu)方案(或許也是將來利用太陽能的最優(yōu)方案)。

? ? ? ? 憑借著使用視黃醛的先天優(yōu)勢,在離開白煙囪后,古菌第一次完全碾壓細(xì)菌。占據(jù)了淺海、潮間帶等大片的生態(tài)位。根據(jù)初中物理,物體的顏色由其反射光的波長(顏色)決定,因為古菌吸收了含量巨大的綠光,導(dǎo)致海洋(可能有些許陸地)出現(xiàn)偏紫色。這樣,整個世界都是紫朦朦的了,這就是紫色地球(Purple Earth )事件。

紫色地球模式圖

? ? ? ?王侯將相,寧有種乎?哪里有壓迫,哪里就有反抗。在厚厚的紫色菌毯之下,藍(lán)細(xì)菌——一個在將來改變世界的生靈,正在悄然解鎖自己的力量??傆幸惶?,這一片海,這一整片片紫色,都要為(wéi)我而褪色。

疊層石,來自西澳大利亞州皮爾巴拉克拉通[1]

? ? ? ? 來自西澳大利亞州皮爾巴拉克拉通(Pilbara craton)——也就是上文提到的那兩塊大陸之一——的疊層石。是目前已知最早的確切的生物化石,約34億8千萬年前。

? ? ? ? 三十多億年后,那些紫色的古菌早已被遺忘在零星的幾片鹽池之中。然而,它們所發(fā)現(xiàn)的視黃醛,在那個名為寒武紀(jì)的紀(jì)元,創(chuàng)造出了一種劃時代的奇跡!

美國加利福尼亞州的一處鹽沼,被含有紫膜的古菌染成紫紅色

地質(zhì)年代:古太古代

時間:3600-3200Ma

簡要:古太古代是以時間定義的一個地質(zhì)年代,因為并沒有合適的化石證據(jù)支持。不過有理由認(rèn)為古菌在這時已經(jīng)演化出紫膜

重大事件:瓦巴拉超大陸形成

? ? ? ? ? ?? ?? ? 古菌開始紫膜光合磷酸化

? ? ? ? ? ? ? ? ? 紫色地球事件

現(xiàn)在有兩種理論:

產(chǎn)氧光合作用出現(xiàn)于35億年前或29~24億年前,目前本文使用后者。

[1]wiki

[2]地質(zhì)年代表

后紀(jì):

2023年7月16日,冥古宙篇結(jié)束了。

經(jīng)過風(fēng)風(fēng)雨雨(火火)生命走到這一步不容易。我們也會看一些更好的論文,文章,不斷完善。

暫時沒有寫參考文獻(xiàn),因為太亂了。以后可能會寫。

7月16日,更新了太古宙篇。

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