前言:中文期刊網精心挑選了單細胞生物起源范文供你參考和學習,希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感,歡迎閱讀。
單細胞生物起源范文1
生命的發展歷程包含以下幾個方面:
單細胞生物的繁衍和早期生態系統的建立。大約20億年前不同種的原生生物共生在一起,發屬成為多細胞動物。多細胞植物誕生,多細胞動物誕生。大約6億年前元古宙晚期出現了生物體內精細的組織、器官、系統的秩序構建,出現了各項生命機能的分工。多細胞生物結構的進化:植物首次骨骼化,鈣藻出現,植物木質化維管系統形成,陸生維管植物誕生,被子植物起源;動物中樞神經系統發展、頭及內骨骼形成,脊椎動物魚類起源,繼之運動和呼吸器官改造,兩棲類動物出現,生殖系統進化,體溫調節系統發展,溫血動物出現,生殖方式進化,哺乳動物起源,飛翔器官產生,爬行動物向鳥類進化。人類出現:生命經過了38億年的漫長的進化歷史,在大約400到1000萬年前走上了人類誕生的道路。
(來源:文章屋網 )
單細胞生物起源范文2
1859年英國科學家達爾文發表了【物種起源】一書,創立了生物進化論。達爾文認為,生物既不是上帝創造的,也不是一成不變的,而是進化而來的。它們經歷了由低級到高級,由簡單到復雜的發展過程。他提出,生物現存的物種具有共同的原始起源,不同物種的變異是“自然選擇”的結果。生物為了生存和繁育后代,必須適應或對付周邊環境的挑戰,還必須與其他種類的生物相互競爭,同時,生物個體之間還存在著本種類內部的競爭。在這個過程中凡是能夠較好地適應環境而發生變異的個體,將獲得較多生存和繁育的機會,而那些發生有害變異的個體則將遭到淘汰。那些被自然選擇了的微小的有利變異,通過世世代代的傳遞,逐步積累為顯著的變異,從而形成生物新種。這個以自然選擇為基礎的生物進化學說,被歸納為“物競天擇,適者生存,自然選擇”。
另外,據科學家表示:從古至今,人類正以肉眼看不見的速度和方式進化,行走速度進化的越來越快,人類的臉蛋兒也由于自然選擇變得越來越漂亮。
這意味著什么呢?
人類這種高級生物之所以會進化,是因為物競天擇的原則及自然選擇的道理。因此,其他動物也會進化,也就是說,任何一種生物都不會逃脫這樣的進化程序。任何一個物種,都有其進化的空間,只不過人類有些不一樣罷了。
怎么不一樣呢?
因為人類的腦子發達,有智商,不會像其他生物一樣跟在的大自然的后面躲貓貓。那就一定會有一部分的人掙脫自然進化的束縛,去追求藥物進化或激發的進化。但是,如若是我一定求得最好,就算真的沒能達我所愿,也不會太差。說到這里,會有人說我在妄想吧??墒?,我覺得這是很神圣的。所謂進化,只不過是將自己變強,而已。想起我們由古至今,不是也在進化嗎?由海中一粟到單細胞生物再到爬行、哺乳,直至進化為人類。
單細胞生物起源范文3
同時,地質學的研究暗示那些化石樣本可能是早期生命的遺跡。更驚人的是,有證據顯示這些古老的個體(后來命名為納米細菌)也存在我們四周,事實上就居住在我們體內,而且還可能導致許多疾病。
這些發現剛發表時,許多科學家持懷疑的態度。幾年過去了,人們對這些極小顆粒與它們怪異的類生命行為的了解已經大幅增加。研究結果顯示,納米細菌并不是怪異的新病菌,事實上,它們根本不是活的!不過它們很可能參與了早期生命的演化,只是并非用以前所想的方式。
1993年,美國地質學家佛克在來自意大利維特波溫泉的巖石樣本里,首次發現了納米細菌,并為之命名。這些小球看起來有細胞壁,表面也有絲狀突起。然而,佛克發現的圓球非常小,遠比任何已知的細菌小。
細菌的大小通常在微米左右,但佛克發現的化石的大小介于10納米一200納米。佛克從古生代到中生代的地層中得到這些納米物質,這個時期一般認定是地球上出現生命前的時期。因此他認為這種生物能幫助有機物質與無機物質的循環。
佛克的發現到了1996年才受到廣泛的注意。當時NASA的馬凱發表文章稱,在南極找到的火星隕石ALH84001中也有類似的納米化石。這個隕石被認定約在45億年前由熔巖物質形成,是太陽系已知最為古老的巖石之一。馬凱與同事在這個隕石中除了找到類似納米細菌的微小碳酸鹽球狀物,也找到磁鐵礦、硫化鐵與多環芳香族碳氫化合物,這些物質都與生命過程有關。
馬凱的報告與早期佛克的研究獲得媒體矚目的同時,也在科學界引起許多質疑與爭議。評論指出,關于這些最小生物的描述都只基于它們的外觀,根本沒有證據證明它們曾經活過。尤其這個納米物質正好引發了單細胞生物能維持生命的最小尺寸的爭議。因為DNA雙螺旋的直徑大于2.6納米,而細胞中制造蛋白質的核糖體大小約20納米,評論者質疑這些“納米級細胞”是否擁有足以維持生命的配備。
當這些爭議到達最高峰時,芬蘭庫奧皮奧大學的科學家卡詹德與奇夫特奇奧盧引發了更激烈的爭議。這個芬蘭的研究團隊在1998年首次提出納米細菌是一種生命形式的證據。研究人員在進一步分析之后,發現這些小顆粒含有核酸與蛋白質,這也是生命的跡象。他們根據樣本里特殊的DNA序列,將這種細菌命名為“納米細菌藻”,與會導致疾病的布氏桿菌與巴東體在同一群組。芬蘭團隊也注意到納米細菌擁有多形性,在培養液中會改變外形。納米細菌能從小球體轉變成薄膜狀,并與礦物質聚集,后來發現這些礦物質是羥基磷灰石。研究人員描述,這些小而圓的納米細菌不但由羥基磷灰石外壁所包覆,也常隱藏在巨大的“圓頂結構”或者說“住處”里。
單細胞生物起源范文4
一、通過生物學培養學生正確的競爭觀念
素質教育中,競爭意識和大局觀念是最具有滲透性和最有活力的因素,它對正常人格的形成,正確的人生觀價值觀等有著重要的作用。
如:講解生物種間關系時講到種間競爭的時候,我利用了十幾分鐘的時間介紹歷史上的一個典故:一位資深老道在給他的學生上課,看到眼前的一片荒地,問:“如何將雜草除凈”,學生有的說斬草除根,有的說用火燒,有的用鐮割,老道搖頭,說明年再來吧。第二年,學生們來到后,看到了一片綠油油的麥苗,倍感漸愧,這是生物學中的競爭問題,引申為社會問題:在對人的教育中,正面的思想占了主流,壞的思想、錯誤的思想就無處立足,要求學生加強自身修養,以正確的人生觀處理各種事態。
同時學生知道了自然界中存在殘酷的競爭,啟發他們思考:人類應如何把握和運用競爭法則來正確處理好人與大自然、人與生物界、人與人之間的復雜競爭關系呢?讓學生以平等競爭的思想,去面對一個復雜的人類社會的新情境,去面對自己未來的人生征途,使學生產生了強烈的競爭意識。
二、在生物教學過程中培養學生的創新意識
在教學中該如何培養學生的創新意識呢?以下是我在生物學教學中的一些做法:
抓住每一個創新情境,滲透創新意識的教育,不斷去點燃學生的創新意識。例如,在學習“植物細胞的全能性”時,啟發設問學生:人們能不能用植物的細胞、組織、莖尖、葉片及花粉花藥等,在一定條件下去培養它們生長發育為一株株新的植株?有的學生說,這就是植物組織培養的高新生物技術,我國的生物學家們已用花藥等培養了許多優質高產的煙草、小麥新品種,并居世界領先地位……讓學生去理解生命現象及其本質,提高了學生的認識層次,開拓了學生的知識、思想視野,燃起了學生思維創新的火花,有力地強化了學生的創新意識。
三、在生物課堂中滲透學生的科技意識
在生物課堂中,適時在傳授知識的同時,鼓勵學生透過網絡查閱他們感興趣的資料,了解生物科學發展的新動向。 例如:通過“無性生殖”和“生物的遺傳和變異”教學講解克隆技術,把理論知識傳授給學生同時可以讓學生通過其他渠道了解克隆技術、人體基因組計劃研究新發展和袁隆平對雜交水稻的研究及對社會的貢獻等等。這樣在教學中從學生興趣出發對學生進行了很有效的科技意識滲透,學生的科技意識就得到了升華。
四、在生物課堂中滲透環保意識
環境污染作為一個重大社會問題,已經困擾了人類相當長的一段時間,隨著人類對自然環境破壞的惡劣后果的逐漸顯現,人類越來越重視保護環境,保護人類的生活空間。作為教育工作者,我們應該在教學中滲透環保教育,讓每一個學生都了解人類對環境破壞的現狀,主動關心環境保護方面的大事,使學生逐步形成保護環境,保護人類的生存空間的環保意識,并且能夠落實到行動上。
通過對《森林法》《環境保護法》《野生動物保護法》的知識了解,使學生認識到保護環境和珍稀動植物的意義,同時教育學生遵紀守法,樹立環保意識;還可以通過生物小組活動走訪縣環保局,學習環境監測的有關知識,了解本地重點排污源的排污情況,對排污程度及產生的影響進行課題研究,提出治理污染的具體建議和方案等。讓學生自覺的保護自己身邊的環境,并帶動自己周圍的人,增強環保意識。
五、在生物教學中強化整體意識
生物圈是一個整體 ,生物圈中的生物是一個整體,人類是一個整體,在生物教學中應始終貫穿整體的觀念,如人類的各個系統可以跟動物的各個系統 、植物的各個系統加以比較,它們有相似之處也有區別;將人類的前后肢與動物的四肢在結構上加以比較,將類人猿與人的面部特征加以比較,學生都能得出相似的結論,即人與其他的生物起源是相同的,我們都來自古老地球上的單細胞生物,我們都是生物圈的一員,我們都生活在生物圈這個大家庭中。
單細胞生物起源范文5
從《物種起源》看人類進化,細胞進化論認為,從單細胞生物到多細胞生物再到神經元細胞,細胞的裂變是進化的根本,區別于低等生物而言,人類之所以稱之為高級生物,與其說因為人有“勞動”、“制作工具”的能力,倒不說“人類”能最終成為自然與社會的統領者,是因為人類有基于不同時間維、空間維的思考內動力,從而驅動科學技術上的革新,推動社會經濟以及整個人類社會的發展。
“贏”在思維
由于思維最基本的活動是分析與綜合,最關鍵的過程是對新輸入信息與腦內儲存知識經驗所進行的一系列復雜的心智操作過程。所以,思維的結果價值將會受思考的維度“時間、空間、人文、自然、對象”的影響,而產生不同的效應。生命的起源與人類的發展尚且如此,企業的生存與發展更是由思維所決定。
下面我們來看一個通過創新經營思維成就經典品牌的案例:
萬寶路(Marlboro)是一個香煙品牌,由世界第一大煙草公司菲利普?莫里斯(Philip Morris)制造,是世界上最暢銷的香煙品牌之一。在萬寶路創業的早期,萬寶路的定位是女士煙,消費者絕大多數是女性。其廣告口號是:像五月天氣一樣溫和??墒牵屡c愿違,盡管當時美國吸煙人數在不斷攀升,但萬寶路香煙的銷路卻始終平平。女士們抱怨香煙的白色煙嘴會染上她們鮮紅的口紅,很不雅觀。于是,莫里斯公司把煙嘴換成紅色??墒沁@一切都沒有能夠挽回萬寶路女士香煙的命運。莫里斯公司終于在上世紀40年代初停止生產萬寶路香煙。二戰后,美國吸煙人數繼續增多,萬寶路把最新問世的過濾嘴香煙重新搬回女士香煙市場并推出3個系列:簡裝的一種,白色與紅色過濾嘴的一種以及廣告語為“與你的嘴唇和指尖相配”的一種。當時美國香煙消費量達3820億支一年,平均每個消費者要抽2262支之多,然而萬寶路的銷路仍然不佳,吸煙者中很少有人抽萬寶路,甚至知道這個牌子的人也極為有限。在一籌莫展中,1954年莫里斯公司找到了當時非常著名的營銷策劃人李奧?貝納,交給了他這個課題:怎么才能讓更多的女士購買消費萬寶路香煙?在對香煙市場進行深入的分析和深思熟慮之后,李奧?貝納完全突破了莫里斯公司限定的任務和資源,對萬寶路進行了全新的“變性手術”,大膽向莫里斯公司提出:將萬寶路香煙改變定位為男子漢香煙,變淡煙為重口味香煙,增加香味含量,并大膽改造萬寶路形象;包裝采用當時首創的平開盒蓋技術并以象征力量的紅色作為外盒的主要色彩。廣告上的重大改變是:萬寶路香煙廣告不再以婦女為主要訴求對象,廣告中一再強調萬寶路香煙的男子漢氣概,以渾身散發粗獷、豪邁、英雄氣概的美國西部牛仔為品牌形象,吸引所有喜愛、欣賞和追求這種氣概的消費者。
這是迄今為止最為成功和偉大的營銷策劃,同時更是一個創新思維的經典案例。整個案例僅僅使用了一個“對立思維的模式――女變男、柔情變奔放”就成就了一個偉大品牌。由于李奧?貝納突破資源和任務的大膽策劃,徹底改變了莫里斯公司的命運,在萬寶路的品牌、營銷、廣告策略按照李奧?貝納的策劃思路改變后的第二年(1955年),萬寶路香煙在美國香煙品牌中銷量一躍排名為第十位,之后便扶搖直上。今天萬寶路已經成為全球僅次于可口可樂第二大品牌,其品牌價值高達500億美元。
在移動互聯網顛覆傳統行業經銷模式的當下,在信息大爆炸、信息碎片化的今天,面對競爭激烈、人才難招、人員難找、成本太高、利潤太低的企業經營現狀,企業若還是固守傳統經營思維,堅守標桿思想,陷入經營認知的誤區,英雄末路的號角將遲早會為你吹起。
所以,經營之道,“贏”在思維。
創新的起點“突破經驗主義”、“擺脫行業思維”
在移動互聯網時代的今天,有太多的中小微企業想要在“互聯網+”的風口浪尖舞出奇跡,翹盼“驚喜”,結果卻因海風太大、船太小被拍在了沙灘上,驚喜變成了“驚嚇”。結果不是乘風破浪,既得漁翁之利,而是折戟沉沙,后悔莫及。
究其原因,大多都是沒有認識到移動互聯網的本質,沒有悟到移動互聯網時代經營思維創新的關鍵點,思維意識也沒有上升到互聯網“道”和“場”的境界,而是僅僅停留在“術”和“器”的層面。其實,每一次的時代變遷與科技的變革,都是一種思想上的革新與突破。
“互聯網+”不僅是工具、平臺,更是思維,而企業要想乘此東風,就要把互聯網當作一種內生的商業思維,轉變企業經營思路。
經營思維想要達到創新,并不是一件簡單的事。因為改變思想與思維是這個世界上最難的事,要不然成功的企業為什么會那么少?
在企業家實現創新經營思維的過程中經驗主義往往成為了阻礙他們創新成功的那道“坎”。因為每個企業家都有在他們看來值得認同、贊許與借鑒的經驗記憶以及自身所從事的行業規則、標準及慣性思維。這些天然屏障,讓他們無法在經營思維創新中邁開腳步。
所以創新經營思維首先必須要“突破經驗主義”、“擺脫行業思維”。只有跳出行業禁錮,擺脫經驗誤區才可能創新商業思維。
雖然思維模式的轉變,對于處在新舊時代轉換過程中的行業和企業管理者是極其痛苦的,但移動互聯網經濟時代的到來是我們別無選擇的,唯有跳出行業禁錮,擺脫經驗誤區,創新經營思維。因為新時代的來臨,生存狀況與生存質量往往不取決于是否轉變,而是取決于轉變得有多快。
“倒向法則”穩中求勝
傳統的企業經營思路是先找項目、概念開發、商業模式設計,然后招兵買馬、建設團隊,最后進行目標客戶細分,做廣告宣傳、媒體公關、投入市場,這種做法在菲利普科特勒的營銷學演變為特勞特的定位理論或杰瑞麥卡錫的4P理論的大規模生產、大規模銷售以及大規模傳播的工業經濟時代和PC互聯網陳列加推送引流的交易經濟時代是行得通的“商業思維”。但是從移動互聯網技術的產生到移動互聯網工具的普及以及商業形態的變化,這種“商業思維”就變成了一條越走越險的單行線。
先建市場后立項,這是移動互聯網時代創新經營思維的“倒向法則”。
先“做大魚塘”、建立市場,運用“吸引力法則”,這樣優秀的人才、優質的項目則會蜂擁而至?!暗瓜蚍▌t”特別適用于初創企業和小微企業的升級轉型,因為試錯成本低、經營風險小,成功的幾率也會大幅提高。
單細胞生物起源范文6
距今24億年前,可以說是生命歷史上最為動蕩的一段時期。生命已經在地球上繁榮發展了10多億年,然而,一種新的單細胞生物在此時華麗登場。它們可以利用太陽能,利用過程中卻會產生有毒的副產品—氧氣。這種單細胞生物迅速在原始海洋中繁衍到了一個不可思議的數量,大氣成分也因此改變。
那是一場災難。在數次生物大滅絕事件中,氧含量上升毀滅的物種比例很可能高居魁首。盡管如此,氧氣的危險特質—高活性,也使得它能夠成為一種豐富的能量來源。生命很快就開始開采這座寶庫,我們的動物祖先也在其中。
遠古光合作用
過去的10年來,我們對地球歷史這一階段的認識,發生了大逆轉。教科書會告訴你,光合作用甫一出現,氧含量就開始攀升。但是,據我們現在所知,有些生物早在34億年前就能進行光合作用,這比氧含量上升要早得多。問題在于,為什么氧氣會在那么久之后,才噴涌而出?
本質上,光合作用就是“收割”太陽能。植物利用太陽能制作食物,把二氧化碳變成碳鏈。這一過程中產生的糖類可以用作能源,也可以用于制造從蛋白質到DNA不等的各種更復雜的分子。可能與你所預期的不同,產生氧氣并非不可避免。事實上,許多細菌都可以不用產生氧氣,就把光能和二氧化碳轉化為食物。而且,近期的研究表明,細菌這種光合作用的歷史,幾乎和地球生命史一樣悠久。
2004年,當時任職于美國加利福尼亞斯坦福大學的邁克爾·泰斯(Michael Tice)和唐納德·羅威(Donald Lowe),在
南非研究距今34.1億年前形成于淺水中的巖石時,發現一種化石結構與現代光合細菌形成的微生物席非常類似,但是沒有任何氧氣產生的跡象(參見《自然》雜志,第431卷,549頁)。對此,他們認為最可能的解釋是,這些細胞進行的是不產生氧氣的光合作用。
從這一發現起,我們開始真正接觸到早期光合細菌。2011年,英國牛津大學的馬丁·布雷澤(Martin Brasier)及其同事在澳大利亞西部的巖石中發現了距今34.3億年前的細菌細胞化石(參見《自然·地球科學》,第4卷,698頁)?!八鼈兩钤诠庹樟己玫某遍g帶或潮上帶,”布雷澤說。巖石的化學組成,以及充足的光線,充分表明這些細胞中有些能進行光合作用,卻不產生氧氣。
不產生氧氣的光合作用出現得如此之早,似乎相當令人驚訝?,F在已知最早的化石,形成于距今34.9億年前,僅僅比它們略早一點。在英國倫敦大學學院研究生命起源的學者尼克·雷恩(Nick Lane)認為,一旦生命演化到能夠依靠化學能為生,轉而利用太陽能其實算不上什么飛躍。“實際上,光只是讓電子流過同一臺設備而已,”他說。
對于雷恩這樣的研究人員來說,謎題在于,為什么產生氧氣的光合作用要經過如此漫長的歲月才演化出來。產生氧氣的光合作用出現在大約24億年前,可能比不產生氧氣的光合作用晚了10億年。明明更具優勢,為什么它會如此姍姍來遲?
光合作用分為兩個主要步驟。在第2步中,電子進入二氧化碳,幫助把二氧化碳分子轉化成糖類。而第1步則是獲取這些電子,也就是從一種分子上剝離出電子,用來產生驅動第2步所需的電化學梯度。
10億年的延遲
在產生氧氣的光合作用中,由水分子提供電子。剝離電子的過程使水分子裂解為氫離子和氧。在把二氧化碳轉化為糖類的過程中,氫離子和電子起著至關重要的作用,而氧氣則是一種沒什么用的副產品。
在不產生氧氣的光合作用中,電子由其他種類的分子提供,其中最為普遍的是硫化氫。裂解硫化氫產生的副產品是硫。硫化氫具有非常容易失去電子的優點,或者說非常易于氧化。而且在早期海洋中,硫化氫也很常見。不過,在不產氧的光合作用發生的表層水域,硫化氫估計很快就被消耗一空了。
用水提供電子的最大好處是,水在海洋中可謂取之不盡用之不竭。但是,水的缺點也不小。“氧化水非常困難,”美國密蘇里州圣路易斯華盛頓大學的羅伯特·布蘭肯西普(Robert Blankenship)說。我們現在依然在為之努力:研究人員已經進行了數十年的嘗試,希望開發出一種廉價高效的裂解水的方法,以生產氫氣作為燃料。
因此,在選擇水之前,光合細菌最先選擇容易氧化的物質,也就合情合理了。傳統觀點認為,產生氧氣的光合作用,是經過一系列中間階段,逐漸從不產生氧氣的版本演化而來的。布蘭肯西普和很多研究人員都支持這一觀點。
產生氧氣的光合作用是如何出現的,所有與此有關的假設都不能繞過以下4個具有重要意義的事實。事實1:不產生氧氣的光合作用有兩個迥異的類型。一些細菌具有被稱為Ⅰ型的反應中心,它們從硫化氫之類的分子中獲取電子,而且電子走的是單行道,即每個電子只利用一次。另一些細菌具有Ⅱ型反應中心,可以在內部循環利用電子,從而降低了對外界電子來源的依賴。事實2:在產生氧氣的光合作用中,一個Ⅰ型反應中心和一個Ⅱ型反應中心串聯在一起工作。事實3:盡管藍藻同時具備兩種反應中心,但它只用Ⅱ型反應中心來裂解水分子產生氧氣。并且,反應發生的位置上,有4個錳原子排列在一個鈣原子周圍。事實4:具有Ⅱ型反應中心、進行不產生氧氣的光合作用的細菌,不具備這種錳和鈣的組合。
布蘭肯西普認為,后兩個事實最為重要,它們指向了一個簡單的發展過程。他認為Ⅰ型反應中心先演化出來。從古至今,基因交換在細菌中一直十分普遍。編碼Ⅰ型反應中心的基因被另一類細菌獲得,通過逐漸調整修改基因編碼,形成了Ⅱ型反應中心。之后,這類細菌的后代又把金屬原子納入其中。最后,形成了包含4個錳原子和一個鈣原子的結構布局?,F在,細菌可以只用Ⅱ型反應中心氧化水分子,進行產生氧氣的光合作用了。
布蘭肯西普聲稱,在此之后,這些細菌的后代通過基因交換,又獲得了Ⅰ型反應中心,藍藻就這樣產生了。因此,布蘭肯西普認為,藍藻具有兩種不同類型的反應中心,只是一個巧合。
該假說作出了一個明確的預測:曾經有一種不同于藍藻的細菌,能夠通過光合作用產生氧氣。這個缺失環節,將具有Ⅱ型反應中心、進行不產生氧氣的光合作用的細菌(其中包括紫細菌,一種現生細菌),與進行產生氧氣的光合作用的藍藻聯系在了一起,因此我們不妨稱之為“靛藍”菌。目前為止,還沒有“靛藍”菌被發現。布蘭肯西普和其他研究人員試圖通過其他方法,證明靛藍菌曾經存在過。
美國亞利桑那州立大學的一支研究團隊,試圖把紫細菌改造成類似于靛藍菌的生物。這或許是諸多嘗試中意義最為重大的一次。研究人員改造了紫細菌,使它們有能力將錳離子納入反應中心,并利用錳離子與含有氧元素的分子發生反應(參見《美國科學院院報》,第109卷,2314頁)。這還算不上是產生氧氣的光合作用,卻是向著目標方向邁出的一步。
海洋災難
即使有一天,生物學家真的在實驗室里制造出了靛藍菌,也不能證明靛藍菌曾經自然演化產生過。對于埃蘭來說,漸進假設并不能解釋所有的事實。為什么如此顯而易見、如此簡單的過程,需要花上10億年的時間?為什么產生氧氣的光合作用只演化出了一次?(到目前為止,據我們所知,只有藍藻。植物通過讓藍藻在體內生活,獲得了這種光合作用的能力—換句話說,植物的葉綠體是由藍藻發展而來的)。而且,為什么所有藍藻都同時具有兩種類型的反應中心?
埃蘭同樣認為,Ⅰ型反應中心先演化出來。但是在這之后,他的假設就大不相同了。他認為,光合作用細菌在發展早期遇到了某種問題,導致多復制了一整套Ⅰ型反應中心基因。多出來的這一套反應中心,擁有很大的自由度,可以承擔不同的功用。這套反應中心演化出了循環利用的電子,成為了最初的Ⅱ型反應中心。埃蘭推測,由于擁有兩套不同的反應中心,使得這些“早期藍藻”在廣泛的環境中興盛起來。當環境中的硫化氫比較充裕時,它們使用Ⅰ型反應中心。當硫化氫不足時,它們轉而使用Ⅱ型反應中心,循環利用已經得到的電子。
然后有一天,災難降臨了。一些早期藍藻漂進了一處富含錳、卻缺少硫化氫的淺灘。細菌適時啟用了Ⅱ型反應中心。然而,紫外線照射錳會使錳放出電子,所以,事實上環境中存在著大量的電子。這些電子很快就造成了Ⅱ型反應中心的擁堵。雖然錳離子會和水反應生成氧化錳,但周圍環境中仍然存在著大量的錳,繼續產生過量的電子,造成早期藍藻的死亡。
或者說,造成了絕大部分早期藍藻的死亡,只有一個幸運兒存活了下來。埃蘭認為,在這個幸運兒中,由于基因突變,同一時間只能開啟一套反應中心的開關壞掉了。當兩套反應中心同時運作時,錳產生的電子流經Ⅱ型反應中心后會被Ⅰ型反應中心抽走,這樣就解決了阻塞問題。換言之,兩種反應中心開始聯手工作了,就像在現代藍藻中一樣(參見《歐洲生物學化學會聯盟通訊》,第579卷,963頁)。
可是,這個細菌的后代是怎么從由錳提供電子,轉到由水提供電子的呢?從某種程度上來說,它們沒有變過。直到今天,所有植物用于光合作用的電子都是由錳提供的。只不過,這些電子現在來自于Ⅱ型反應中心內部的一個錳原子團簇。這個團簇具有一項不同凡響的能力—當它給出電子之后,能夠從水分子中偷來電子,從而把水分子裂解開,釋放出氧氣。
當早期藍藻演化出這種Ⅱ型反應中心后,它們對錳原子的需求就微乎其微了。接下來,它們就能從富含錳的水域向外開枝散葉,借助無窮無盡的水和陽光,開發利用當時豐富的二氧化碳資源。不久之后,數量龐大的藍藻噴吐出來的氧氣,改變了大氣組成。
如果埃蘭的假設是正確的,藍藻偶然進入富含錳的環境,以及關鍵基因開關的失控,必然發生在同一時間。埃蘭也同意,這種情況出現的幾率太低了。但這或許就是產生氧氣的光合作用耗費了10億年才出現的原因。他說:“我研究的這條路線只是個時間問題,經過漫長的時間,終于等到兩個意外因素,同時出現在一個細菌上?!背龊跞藗円饬系氖?,現在埃蘭的理論已經有實實在在的證據支撐了:我們已經發現了一處罕見的、富含錳的環境。
美國加州理工學院的伍德沃德·菲舍爾(Woodward Fischer)及其同事,一直在研究位于現今南非的巖層,該巖層的形成時期恰好是在氧含量上升的前夕。他們發現一處巖石中二氧化錳含量非常之高,而且意義格外重大的是,這處巖石是在缺乏氧氣的環境中形成的。即使是紫外線,也不足以產出如此規模的氧化錳。這個研究團隊在2012年12月的一次會議上說,埃蘭提出的早期藍藻的光合作用模式,似乎是對這種現象的唯一可信的解釋。
“這是個重大新聞,令人興奮不已,恰如其分地證實了約翰的假設,”德國杜塞爾多夫大學的威廉姆·馬?。╓illiam Martin)如此評論。他是一位支持埃蘭假說的早期演化研究人員,一直和埃蘭保持著合作,收集相關證據。但是布蘭肯西普依然堅持他的看法。用他的話來說,他跟埃蘭及馬丁就產生氧氣的光合作用如何起源的問題,進行過多次“十分激烈但是相當友好”的交流討論。