第6章 一个细胞的成就

如果将两只兔子放在一个从未有过兔子的陌生星球，那么它们必然会迅速繁殖，很快创造出一个庞大的兔子家族。澳大利亚人开始警觉了。兔子的性爱极为简洁，也就是说，当一只雄兔和一只雌兔交尾时，他会在她的耳畔轻声安慰道：“不要害怕，一点都不疼。怎么样，不疼吧？”兔子的繁殖极有效率，它们的性爱之悦如此短暂，后代却多如牛毛。兔子不注重爱抚，爱抚对于它们而言只是例行公事，绝不拖沓。结束之后，它们会在一边休息。兔子不得不大量繁殖，因为它们不喜欢死亡，却不幸成为各种肉食动物的盘中餐。因此它们的策略便是以量取胜。因此啮齿目动物才能在进化中稳稳占据一个地盘，从来不需为节育环、避孕药和避孕套之类的玩意儿费心。

显而易见，繁殖不仅仅是为了乐趣。我们虽然有理由指责进化女神为人过于死板，但是她这样做也有自己的想法。如果年轻的单细胞动物还得向另一个单细胞动物的父亲提亲，那么我们或许永远不会存在。

地球上第一批新陈代谢的生物甚至根本没有性爱，要不然一切就太复杂了。单说前戏吧：今天不行、你不是我喜欢的类型、我今天头疼、十分钟之后有客人要来、不能在这里啊亲爱的……什么？老天，难道我们能在人来人往的海洋里亲热吗？

古菌和真菌则选择了另一条路——分裂。一个细胞分裂成两个与母体相同的新细胞。如此看来，DNA似乎是永恒不灭的，因为它总能炮制出自己的翻版，而翻版又会继续生产自己的翻版……永无止息。所有的翻版都具备和母体相同的化学能量。因此，化学家将它们称为战胜时间的分子。每一次分裂的时间约为20分钟到30分钟。单细胞的数量就这样不断增加，到了某一天——就像澳大利亚的兔子一样——细胞占领了世界。

它们改变了周围的环境。

此时，一些古菌开始在新陈代谢中将甲烷排出体外。甲烷是一种温室气体，大量的甲烷进入大气后，会造成地球温度的升高。原始大气层接收了释放出来的甲烷，并将其保存了起来。今天，由于自由的氧气，大部分进入大气层里的甲烷会在十年内慢慢消失。但那时的甲烷分子却能够存在一万年，它们渗入了当时遍布地球的水蒸气、二氧化碳和氮气当中，刚刚冷却下来的地球又开始升温。然而这一次，地球没有变成大火炉，却形成了一种适合生命滋长的气候环境。而且一定分量以上的甲烷甚至能产生冷却作用，因为它的分子组合成链状，能够制造出一种削弱太阳辐射的蒸气。

无论如何，原始细胞开始蓬勃生长，同时它们还能以自己的排泄物和残骸为其他细胞提供能量。依然还有一些原核生物生活在海底，然而它们已不再依赖于海底的热泉。众多原核生物聚集在海面附近的水域。火山岛屿附近有很多含硫丰富的温泉，很多原核生物都以温泉中丰富的碱性物质为养料，同时也发现了一种新的、取之不竭的丰富能源，这种能源来自于太阳。

进化女神的第二项伟大创造便是光合作用。

没有光合作用，我们便无法呼吸。只要海洋依然沸腾不止，海底的玄武岩依然熊熊燃烧着，那么大气层就会充满储存热量的二氧化碳。经年累月的大雨将很多钙、碳酸盐沉淀物冲进了大海。那些在火山上累积几百万年的物质聚集在海洋中，这些物质包括铁、镁及各种硅化物。尤其大气中的氮在这里保存了下来。在原始大气层下，人类绝对无法生存，当时的大气相当于今天金星的大气层环境。

25亿年前，海洋中发生了一场巨大的变动，其影响遍布整个地球，并完全改变了地球的面貌。这一变革的始作俑者却是小小的蓝绿藻①，它们学会了一种天才的手法。嬉皮士们未能完成的伟业——只依靠空气和爱情生活——它们以自己的方式实现了。

它们依赖光而生活。

光本身并不仅是一种亮度。光由光子组成。光子是一种没有身体，能量却极强的微粒，它们以各种不同的波长与我们相遇。聪明的进化女神暗自思忖着：光或许能为生命做点什么？于是光子在蓝绿藻的内部遇到特殊的薄膜时，能量便被储存在那里，这一过程称为光反应②。这层薄膜的功能类似一种蓄电池，它储存了阳光。第二个阶段是暗反应，此时能量发生化学变化，得以从水和二氧化碳中制作出糖，即碳水化合物，这便是细菌的营养。于是这一组合完成了。

如此而已。

“氧”竟是个问题？！——第一次物种灭绝

一些听起来简简单单的事情实际上非常复杂，在这一过程中，分子发生了各种变化，尤其水被分解了。（针对那些希望了解得更详细的人：在光合反应中，一些电子被削弱了，细菌想要更换这些电子，于是它四处寻找，最后在丰富的H2O中找到了电子。而为了获得水的电子，细菌不得不将水分解为氢和氧。）

直到此时，氢一直是化学反应的一部分，它的作用并不显著。它负责促成二氧化碳的合成，主要存在于铁和水当中。不过现在，它终于自由了。刚开始时，它和从海底火山涌出的硫、铁进行了新的组合，这些硫铁元素在结合中被氧化。如此一来，铁不再能溶解，只能聚合成长长的分子链，由于自身重量，它又落回到深海中并沉淀起来——我们今天的大多数铁矿都来自那个时期。

然而事实证明，蓝绿藻无疑是当时的兔子家族。在那些阳光充足的平坦水域，它们制造了大量的自由氧，以致很多氧已无法留在水中，而是化为气体进入了大气。这样一来，整个行星的表层都被氧化了。矿石——红色铁矿——见证了这一过程，通过这种赤铁矿我们可以想象到，当时的地球曾锈迹斑斑，仿佛一辆老汽车。但是问题其实并不在这里。

什么？氧曾是一个问题？

很遗憾，的确是这样。蓝绿藻只对氢感兴趣，氧对于它们而言毫无用处，因此惨遭抛弃。这些坏蛋，破坏环境的冷酷罪人，狼心狗肺的下毒者，它们只在乎自己的利益。它们这种没头没脑的行为给当时的生物带来了灭顶之灾。

或许进化女神自己也没有预料到发明细胞膜和光合作用会引发这样的后果，正是她求新求异的嗜好造成了第一次物种灭绝。然而这位女士并没有太多同情心，不会多愁善感。事已至此，木已成舟，她没有哀叹，而是想办法将生命引入全新的轨道。

饥饿的结果——蓝绿藻变成叶绿体

她花了很长时间苦思冥想：接下来应该如何处理真菌？

复习一遍：真菌（Eubakterien），它和古菌都没有细胞核，因此我们统称为“原核生物”。它们是第一批细胞生命，后来的细胞变体都由此而出，分别适应了自己所在的环境，其中也包括冒冒失失造成氧气污染的蓝绿藻。

二十多亿年前，一些疯狂的原核生物决定不再甘于同类的平庸，它们不断生长、生长，个头远远超过了同类。这些巨型家伙感觉到一种迫切的饥饿感。它们虽改变了自己的细胞壁，然而作为海洋中的新贵，一层细胞壁无法满足需求，它们需要第二层。内部的细胞壁负责守护它们的基因组织，而外壁则构成了一种类似外部胃的组织供它们生活。很快，它们开始无所顾忌地吞噬周围那些不幸进入自己捕食范围的东西。无数细菌都惨遭这些比自己身形大一万倍的捕食者的毒手。在这些大胃王手下，一切都岌岌可危。这些饥饿的猎手最终进入了我们的教科书，它们是三分天下的先辈：动物、植物和菌类。

人类呢？不好意思，人类纳入动物门下。

“Eu”在古希腊语中意为“好”。今天的社会有好人，当时的地球上也有好细胞。好细胞就是有细胞核的细胞，幸亏它们有细胞内膜才有幸被生出来。在膜囊内，大分子和遗传信息DNA揉成一团，DNA被划分为形形色色的染色体，以便将遗传特征输送到细胞外膜中。

然而为了获得第二层细胞膜以茁壮成长、饱食终日，真菌还付出了代价——失去了光合作用的能力。而光合作用当时正值流行的巅峰，无数年轻有为的时髦蓝绿藻在浅水域穿来穿去，在光天化日之下大肆繁殖，到处乱扔氧气。

渐渐地，那些大家伙们开始觉得若有所失，担心自己走上绝路，于是改变了自己的习惯。它们吞下那些呼吸阳光的小细菌之后，并不予以销毁，而是提出了一个交易。这些吸氧的小细菌在真菌细胞膜的保护下，教会了自己的房东如何与氧气打交道，如何使用太阳能。

这一刻，史上第一次出现了同居现象，科学上将其命名为“细胞内共生”③，也可称为“第一号公寓”。

真菌大家庭的成员不会争执，也不会乱扔东西。平心而论，蓝绿藻毕竟改变了世界的面貌，这些年轻气盛的细胞后来发展成了叶绿体。今天，叶绿体是绿色植物中所有光合作用的催化剂，它们利用色素或叶绿素来储存阳光，并将阳光输送到各个光合作用膜处。在这里，就像我之前所说的那样，阳光被转化成了糖。植物的生长需要糖分，那些没有被直接消化的糖被储存起来，以便日后转化成糖。在某种程度上，它们也能在夜间借助暗反应进行这种把光转化为生命能源的艺术。

此时，一切植物的祖先终于诞生了：绿藻。绿藻的出现引发了一轮新的循环。愈来愈多的氧气被释放，物种的进化发展愈加迅猛。直到3亿5000万年前，地球上物质的生长和消耗逐渐平衡，这时，氧气才占据了约1/5的大气层。因此我们必须对蓝绿藻表示衷心的感谢和赞赏，幸亏它们，我们才有了这21%至关重要的元素。

光合作用对我们的贡献还不止于此，它保护我们幸免于太阳的迫害。太阳的毁灭性射线一直狠狠地折磨着年幼的地球，陆地上的生命几乎无法滋长。因此，生命的历史必然由海洋来书写，因为只有海底深处才能为生命提供摇篮。然而当大量氧气涌入大气层时，太阳的紫外线有可能撕裂这层氧气，幸好臭氧构成了一层保护伞。遗憾的是，由于人们的冒失行为，今天的臭氧层已出现破洞。

注释

①蓝绿藻（Cyanobakterie）：蓝绿藻并非真正的藻类，甚至不具备真正的细胞核。蓝绿藻先于其他细菌获得了光合作用的能力，因此在生命史上有着举足轻重的意义。

②光合作用的光反应在叶绿体的类囊膜上进行，吸收光能转换为化学能，进行水的分解，产生氧、ATP等物质。

③内共生（Endosymbiose）：一般对共生的理解为，彼此互相利用的生命共同体，如较高等的生物和细菌之间的共生现象。而内共生则是较小的共生生物生活在较大的共生生物体内，比如共生在生物体的肠子里。