自然｜地球生命從無到有，這種生物貢獻最大

「本文來源：中國科普網」

藍藻，學名為藍細菌，是地球上最古老的原核生物之一，也是長盛不衰、延續至今的生物，更是第一個獲得地球外能量的自養生物。其為改變地球海洋和大氣環境，建立有利於真核生物演化的有氧環境作出了關鍵貢獻。可以說，沒有藍藻就沒有今日地球之環境，也就沒有我們人類誕生的可能。

是生物圈的"守護神" 也是自己的“化工廠”

藍藻的成功首先在於它生生不息的生命力。

在地球生命誕生後的最初十幾億年中，藍藻是最具統治力的生物。

它與異養細菌共同構成了早期生物界二極生態體系，並在後來漫長的演化中香火不斷，一直扮演著地球生物圈的“保護神”。

迄今為止，藍藻約有2000種，分佈遍及世界各地，約75%為淡水產，少數海產。

有些藍藻可生活在60℃～85℃的溫泉中；有些種類和菌、苔蘚、蕨類和裸子植物共生；有些還可穿入鈣質岩石、介殼中和土壤深層中。

藍藻的成功還在於具有一系列特徵和功能。藍藻長僅千分之幾毫米，具有革蘭氏染色陰性、無鞭毛、含葉綠素a，但不含真核細胞的葉綠體。在它極小的體內，具備了聚集著極其複雜的“蛋白質綜合體”，能進行與現生植物完全一樣的光合作用。因此，藍藻是能進行產氧性光合作用的單細胞原核生物，

有著“自我營養的化工廠”的特殊功能，能從光能、水和二氧化碳中製造營養。

變廢為寶，可以製造營養的自養生物

人類很早就注意到光合作用現象。古希臘哲學家亞里士多德發現植物僅靠水就能存活，認為其原因在於“土壤中含有完美的營養”。植物的確是從土壤中吸收水分並且利用它進行光合作用的，不過人類真正認識光合作用是在18世紀。

18世紀的歐洲，產業革命造成了空氣汙染。科學家在醞釀淨化空氣的方法時，首先發現了植物能夠製造新鮮的空氣。荷蘭植物生理學家簡·英格豪斯注意到，只有被太陽曬到的水草才會發出氣泡。由此表明，

植物為了製造新鮮空氣，陽光是必需的。

雖然人們真正搞清楚光合作用已經是100年以後的事情了，但是英格豪斯這一開創性的認識，使他被譽為“光合作用的發現者”。

現在已經清楚，光合作用是透過作用不同的眾多蛋白質，依靠有序地接收電子來完成。光合作用實際上有兩個系統，分別稱作“光系統I”和“光系統II”。光系統II受到陽光照射便會釋放電子。與此同時，水被分解為氧和氫，並奪取水中的黏合劑電子作為補充。高能量的電子是合成糖的必需品。電子傳送類囊體膜，經由細胞色素被運送到光系統I中。

接受光能，再分解水取出電子，並利用它和二氧化碳製造糖，在這個過程中氧氣作為廢棄物被排出，因此，

藍藻就像“化工廠”，它是地球上最早獲得地球外能量製造營養的自養生物。

而細菌沒有葉綠素，只能靠其他有機物或無機物來養活自己。

孕育新生、彌補資源，推動生物圈繁榮發展

當時的地球上，陽光、水和佔當時大氣層大部分含量的二氧化碳等光合作用所需的原料，可謂取之不盡用之不竭。因此，

光合作用帶來了地球最早的“生命大爆發”——藍藻大繁盛。

2020年，科學家研究表明，藍藻中含有一種名為“二磷酸核酮糖羧化酶”（RuBisCO），酶是植物光呼吸的關鍵酶，其在光合作用中具有重要的作用。

藍藻的光合作用具有劃時代意義，最終引發了大氧化事件的產生，產生了一系列影響深遠的自然界和生物界的演化。

倘若沒有藍藻釋放氧氣，真核細胞不可能產生，生物也很難大型化，遮擋有害紫外線的臭氧層也無法形成，生物更不可能在陸地上開闢新的生態系統。

科學家研究表明，

光合作用使得地球生物開始利用地球外的能量，有效地彌補了地球上有限的資源，有力推動了地球生物圈的繁榮。

總之，藍藻的光合作用在地球大氣環境有氧化的程序中起到了十分重要的作用，不僅孕育了喜氧真核生物的誕生，而且也是無機態的碳進入生物圈的重要途徑，間接地促使了鐵礦等礦產資源的產生，併為後來歷次生物大滅絕後的生物復甦過程中有氧環境的再造作出了貢獻。

作者：馮偉民 中國科學院南京地質古生物研究所研究員、南京古生物博物館名譽館長

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編輯：毛夢囡

稽核：王飛

終審：陳磊