9 太古宙—古太古代:古菌vs真细菌㈠紫色地球

2023-07-18 11:48 作者:风是青的 0人读过 | 我要投稿

太古宇和元古宇各单位则是由全球标准地层年龄（GSSA）界定的，也就是说以时间定义。古太古代就是被定义为36～32亿年前的一个地质年代。［1，2］并没有什么太大的含义。

瓦巴拉超大陆（Vaalbara）

36亿年前，在软流层在上漂流着两块巨大的岛屿，在地热的驱动下，这两个岛屿悄然撞上，连成一块更巨大的岛屿。如车站的旅人，为了在下一站，在一起等待时间，时间流逝之后，纵然耦断丝连，但也不免各奔东西。随着更多的岛屿浮出［岩浆面］，如微观粒子般，相互碰撞，又分开。岛屿今天早己是［物是人非］了。

所幸，这两块巨大的岛屿和往后的岛屿在今日也有了一个专有名字——［克拉通］，又称为 [ 地盾 ] 。

克拉通，来自希腊语kratos，意为“强度”，［1］。物如其名，在36亿年（可能为40亿，板块构造）来，克拉通在无数大大小小的碰撞，分裂中，并没有支离破碎，熬到现在。好似，他们就是陆地的核心，官能团，然后各种支链，环，甚至其他官能团往上加一样。

总的来说，研究［官能团］就能了解［物质的属性］，研究克拉通，或许就能了解远古时期的大陆分布情况。

岛屿是来自南非的卡普瓦地盾（Kaapvaal craton）和西澳大利亚的皮尔巴拉地盾（Pilbara craton）［1］，在36亿年前，他们碰首，合并，形成更大的——瓦巴拉超大陆（Vaalbara）——它的名字也是相连的。这可能是地球上第一块超大陆。［乌尔大陆可能不存在。］

紫色地球（Purple Earth ）

我们戴着呼吸面罩，坐在船上，在广袤无垠的海面上没有目的地飘荡。海水是紫色的一片。

在经历了几亿年生命的蚕食之后，地球上本就不浓厚的“有机汤”终于告罄。而化能合成作用在日趋增加的生命压力面前显得是那样捉襟见肘。于是，在这个时候，生命开始将目光放在另一个看起来“取之不尽，用之不竭”的能量来源——阳光。

和大众的普遍认知不同的是，最早利用光能的生物并不是大家所熟知的蓝细菌，而是一群古菌。这群古菌凭借着领先的优势，可以大肆挑选太阳光中的任意波段。自然，含量最丰富的可见光波段——绿光进入了它们的法眼。从此，真正意义上的光能自养生物，就此登上历史舞台。

我们知道，古菌在合成她们的细胞膜时，使用的材料是异戊二烯类脂，而这些被称为“萜类（terpenoids）”的化合物通常具备着一大串共轭烯烃结构。共轭的结构会降低电子的能量，让它们得以在吸收能量较低的光子（photon）便由基态跃迁为激发态，简而言之就是能吸收波长更长的光，还能把里面的光能转化为可以利用的形式。

这些早期的古菌“发现”，一种结构较为简单的二萜就能够很好地完成“捕获绿光”这一战略目标。这种二萜，现在被称作“视黄醛”，它们更加通俗的名字，叫做“维生素A醛”（由维生素A——视黄醇氧化而来）。

视黄醛具有很强的共轭结构，能让它在吸收绿光后发生结构转变，这种转变又可以在黑暗处借助蛋白质恢复。于是，这些古菌们将视黄醛连接在一个蛋白质上面，以便于更有效的利用它们，这个蛋白质叫做菌紫红质（bacteriorhodopsin）。这些古菌的细胞质膜上常常有一片片菌紫红质集群，这些结构被称作紫膜（purple membrane）。

菌紫红质能够在质膜上有效完成全反式与13-顺式的光反应循环，并将古菌细胞内部的一个质子运到膜外，产生跨膜的质子动力势（proton-motive force，PMF或ΔP）。依靠跨膜ΔP，这些古菌可以直接产生ATP。这个反应叫做光介导的ATP合成（light-mediated ATP synthesis）。直到现在，这个反应仍然是生命体产生能量的最优方案（或许也是将来利用太阳能的最优方案）。

凭借着使用视黄醛的先天优势，在离开白烟囱后，古菌第一次完全碾压细菌。占据了浅海、潮间带等大片的生态位。根据初中物理，物体的颜色由其反射光的波长（颜色）决定，因为古菌吸收了含量巨大的绿光，导致海洋（可能有些许陆地）出现偏紫色。这样，整个世界都是紫朦朦的了，这就是紫色地球（Purple Earth ）事件。