曾經有一種微生物改變了世界,它曾創造了地球史上第一次大規模的滅絕,同時也為複雜生命體的出現鋪平了道路。這是怎麼做到的呢?是由它們向大氣層釋放了第一個自由氧分子,並且這一切都是以單細胞的形式完成的。它們就是藍藻。這些簡單微生物,連細胞核或其他細胞器都沒有卻譜寫出了一個故事,而那也是地球生命史上關鍵的一頁篇章。
地球的大氣層不一直是我們今天呼吸的這種富氧混合物,三十五億年前,大氣的主要成分是氮氣,二氧化碳和甲烷。幾乎所有的氧氣都被鎖在分子裡,例如水,而不是在空中漂浮。海洋是厭氧微生物的搖籃,那些簡單的單細胞生物在沒有氧氣的環境下茁壯成長,並通過攝取它們找到的分子來獲得能量。
但是在二十五億到三十五億年前之間的某個時間點,這些微生物中的一種,可能漂到了有海洋的表面,進化出一種新能力,那就是光合作用。它們細胞膜的結構可以利用太陽能,將二氧化碳和水轉化成氧氣和糖類,而這些可以用作它們自己的能量。它們就是我們現在稱為藍藻的微生物的祖先,它們的藍色來自各種藍綠色素,這些色素能捕獲它們需要的陽光。光合作用使這些古細菌比起其他物種有了巨大優勢。它們可以利用取之不盡的原料,來生產自身所需的全部能量,所以它們的數量急劇上升,而它們就開始用一種新的廢料來汙染大氣,氧氣。
一開始,與鐵進行化學反應或者分解細胞,就消耗了淌著的多餘的氧氣。但是在幾億年後,藍藻產生氧氣的速度比它能吸收的要快,然後這氣體成為大氣層的組成部分。這對於地球其他居民而言就是個大問題了,富氧空氣對它們來說是有毒的。結果呢?
大約在25億年前地球上幾乎所有的生物都滅絕了,連藍藻也幾乎沒能倖免。地質學家稱其為大氧化事件,或者氧化災變,這產生的不止一個問題。甲烷一直是一種很給力的溫室氣體,能為地球保溫,但是現在多餘的氧氣和甲烷反應形成了二氧化碳和水,它們不能保持那麼多的熱量。變薄的大氣層帶來了地球上第一個,也可能是最長的冰河時代,休倫冰期。在好幾億年里,地球基本上就是一個巨大的雪球,最終,生物適應了環境。好氧生物出現了,它們可以利用氧氣作為能量,開始吸收大氣中一些多餘的氣體。氧氣濃度升升降降,直到達到今天的21%左右。而使用氧氣中的化學能的能力,推動了微生物的多樣化,並迸發為更複雜的形式。藍藻也在這個故事中起到一定作用。
幾億年前,其他某個史前微生物吞噬了一整隻藍藻。通過了一種稱為內共生現象的過程,這麼做後,這隻微生物就有了自己的內部光合作用工廠,這就是植物細胞的祖先,而藍藻菌就變成了葉綠體,也就是現在進行光合作用的細胞器。藍藻依舊充斥在地球上的每個環境中:海洋,淡水,土壤,南極岩石,樹懶的皮毛。它們依舊把氧氣釋放到大氣中,它們也會提取出氧氣,給它們幫助誕生的植物施肥。如果沒有它們,我們無法見識到地球上的生命,也感謝它們,地球上差點就寸草不生了。