植物是生態系統中最重要的生產者,因為它們可以進行光合作用合成有機物並釋放氧氣和水。
但能進行光合作用的生物並不只是植物,其他一些藻類和細菌也具備這種功能,藍細菌就是其中之一。
關於藍細菌
藍細菌又被叫做藍藻,屬於原核生物,在很長的一段時間內,它們由於外觀與藻類很相似被劃分為藻類。
但微觀結構顯示,藍細菌的實際上與真核生物的藻類非常不同,它們沒有核膜,沒有細胞器,有DNA卻沒有染色體。
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圖為:顯微鏡下的藍細菌
而這些正是細菌的特徵,所以,藍細菌現在已經被列入細菌的行列,這點從它的名字也可以看出來。
藍細菌的藻體通常為單細胞或群體,或者是細胞成串排列組成藻絲狀的絲狀體,其中一些可以伸縮或左右擺動。
葉綠素和類胡蘿蔔素是它們進行光合作用的色素,除此之外,它們還有藻藍素、藻紅素等。
這些色素不在細胞質內,而分散在細胞質的邊緣,藻體因所含色素的種類和多少不同而呈現出不同的顏色。
藍細菌是地球上最古老的生物之一,它們已經存在了約30億年,可以說見證了地球絕大多數生物的興衰。
而且,如今的地球上有如此多種類繁多的生物與藍細菌有著密不可分的關係,它們曾主導過一場“大毀滅”。
大氧化事件
能進行光合作用的細菌一般被稱為光合細菌,藍細菌當然是其中之一。與其他光合細菌不同的是,藍細菌的光合作用是會釋放氧氣的。
上面說了,大約30億年前藍細菌就已經生活在地球上了,此時的地球正處在原始狀態下,氧氣含量十分少。
正因氧氣含量稀少,原始地球上存在的生物都是單細胞生物並且進行的是無氧呼吸,你也可以理解成此時的生物幾乎都是厭氧細菌。
而藍細菌的出現改變了這一狀況,它們是當時唯一可以進行放氧光合作用的生物,光合作用產生的糖類是它們的營養物質,氧氣則是沒用的副產品。
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圖為:氧氣變化趨勢圖,橫軸Ga是指十億年
大約在24億年前,地球大氣層和海洋表面的氧氣含量突然開始上升,絕大多數生物由於無法適應含氧的環境而死亡。
科學家已經肯定大氧化事件的“罪魁禍首”就是藍細菌,它們釋放的氧氣成了當時生物的致命“毒藥”。
但在藍細菌開始光合作用和地球氧氣的突然增加之間,還隔有好幾億年的“緩衝期”,為什麼會出現這個間隔目前並沒有定論。
由藍細菌“主導”的大氧化事件直接造成了全球生物的大滅絕,同時它們所創造的有氧環境也開啟了地球的新篇章。
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圖為:真核生物
首先是臭氧層的形成。在紫外線作用下,氧氣分子和氧原子與臭氧分子不斷迴圈轉換形成臭氧層。
臭氧層能夠吸收絕大部分來自太陽的紫外線,是地球生物免於紫外線的危害,它為“新生物”的出現創造了良好環境。
其次是礦物質的產生。大氧化事件觸發了礦物質的爆炸式增長,許多元素以一種或多種氧化物的形式出現在地表。
據估計,在今天發現的大約4500中礦物中,有超多2500多種是大氧化事件後產生的。
最後也是最重要的是真核動物的出現。藍細菌的光合作用產生的氧氣對周圍的生物具有毒害作用,這種“生存壓力”直接推動了古細菌向真核生物的進化過程。
也就是說,藍細菌毀滅了原有的古老生物,而催生了更高階的真核生物,這也算是“不破不立”的一種詮釋。
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水華的危害
研究生物起源的時候,稱它們為藍細菌比較合適,但在現實生活中,它們更符合藻類的形象,因為它們經常引起水華。
水華就是藻華,是發生在淡水中,由於水體中氮磷含量過高導致藻類,細菌或浮游生物激增的一種現象。
由藍藻引起的水華通常更危險,因為它們會產生一種被稱為“藍藻毒素”的毒素,這些毒素會影響人的肝臟、神經系統和面板。
如果吞下未經處理的水,可能會發生腹部絞痛,噁心,腹瀉和嘔吐,一些對藻類敏感的人可能會出現皮疹或呼吸道刺激。
暴露在藍藻水華的環境中也可能對身體產生不良影響,研究人員發現,接觸過藍藻毒素的海豚表現出了與人類的阿爾茨海默症和帕金森氏病相類似的退化性腦損傷。
除了產生汙染水源的毒素外,水華的密集分佈也會阻止其他海洋生物獲得氧氣和陽光,這會使得它們大量死亡。
最後
曾經的藍細菌引起過生物大滅絕,但那促進了更高階生物的誕生,現在的藍細菌時常引起令人反感的水華,但水體富營養化更多是人類造成的。
看似“劣跡斑斑”的藍細菌其實並沒有想象中那麼壞,總之它們對地球生物多樣性的貢獻遠大於毀滅。
而且,作為最先擁有光合作用的古老生物,它們也被認為是“植物界的先驅”“進化長河的源流”。