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气候、细菌和石油的关系

发布时间:2015-11-12 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:555

从拉布拉多西部一直到格陵兰西南部,沿着内陆冰帽的边缘,有条岩石带,称为伊苏阿地层(Isuaformation)。这个地层里有迄今已知地球上最古老的岩石,其有38亿年的历史了。追踪伊苏阿地层里的化石生物,分析其碳含量,结果表明其中有能进行光合作用的蓝细菌的祖先。

伊苏阿地层形成期间,地球的大气层里没有氧气。原始的光合微生物利用阳光、二氧化碳和地球元素(和金属)来维持生命。它们的光合反应尚未进化完全,但也释放出少许的氧。大气里化学性质不稳定的化合物迅速攫取微生物释放出来的这一点点氧,其余部分就被海洋给吸收了。然而,到了22亿年前,溶解在海水的氧已经积累得足够多了,这样一来,大气里的氧气含量就越来越丰富。大约20亿年前,大气中氧的浓度开始稳定下来。

进化是种群层面的变化,是因着有利于物种存活的微小而不连续的适应而产生的。地球上氧逐渐积累,标志着稳定光合微生物种群的发展进化,我们现在称这一种群为原始蓝细菌。在至少20亿年前,蓝细菌分出了两条进化通路。一个分支上进化出了植物。(基因分析表明,古细菌也是从这条通路上分支的。)另一条分支上演变出了现代蓝细菌和其他细菌。

科学家们分析了细菌的DNA,发现几乎所有细菌都含有某些遗留自早期进化路径的DNA碱基序列。换句话说,细菌进行基因交换已有这么长的时间,它们的进化轨迹更像是一张网,而不是一条直线。有些微生物学家半开玩笑地说,我们不用去估测,认为世界上有成千上万个细菌菌种,而应当认为一切细菌都属于一个巨型的物种,它亲戚众多,家谱庞大。

不管是通过多么复杂的路径,光合作用的进化促进了其他生物群的发展。微生物生态学家帕特里克•杰姆巴(PatrickJjemba)言之有理:“光合作用的进化是地球生物历史上最重要的代谢上的创造。”随着氧气浓度从千分之一(28亿年前)提高到百分之一(20亿年前)再到十分之一(17.5亿年前),细菌的种类也越来越丰富。一直到5.43-4.90亿年前的寒武纪,氧气浓度才到达了现在的水平。这时生物多样性猛增,于是科学家把其称为寒武纪大爆发(CambrianExplosion)。如今高等植物和动物的进化,比地球上第一个细菌细胞进化用的时间要少。

虽然生命发展出了上亿种不同的形态,但是细胞内部.需氧或者厌氧的能量生成方式却依然只有屈指可数的几种。糖酵解是一条普遍的代谢途径,因为其存在于每一种生物中。细菌和人类或者其他动物一样,会利用糖酵解获取一部分能量,葡萄糖分解产生丙酮酸的同时,会产生能量。糖酵解之后,不同细菌所选择的代谢方式各种各样,却也万变难离其宗。除了光合作用和糖酵解,细菌利用厌氧发酵,无氧或者需氧呼吸,还有少数几种特定的代谢,是这几种主要代谢途径的分支途径。

氧气在大气里积累,供需氧生物呼吸的时候,石油的历史就开始了。大陆和海洋里生物多样性越来越丰富,食物链就发展出来了。细菌、原生动物、藻类、蠕虫还有甲壳类构造出了一种由猎物和捕食者组成的层级结构。死去的细菌、无脊椎动物、浮游生物,还有史前多细胞生物的遗体都进到了海洋里。大多数死亡的体型巨大或微小的生物从未触及海底;当它们死亡后有机质在海水里下沉的时候,其他动物就以之为食。数千年过去了,海洋生物的数量增加了,更多的有机质漂落下来,积聚在海洋深处的沉积物里。

最终落到有机沉积物上的物种形形色色,这使得沉积物上碳的形式多种多样。据估计,目前地球拥有140万个已知的物种,而那些尚未被发现、尚未被描述的物种,至少是已知物种的10倍之多。已经灭绝的物种,是现存物种数量的许多倍。然而今天的生物多样性是寒武纪大爆发的直接结果,在地球历史中的寒武纪阶段,有氧系统迅速扩张,比厌氧系统发展更快。

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