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植物并非天生就具有光合作用能力的，而是誕生于35億年前的藍(lán)細(xì)菌幫助植物擁有了光合作用的能力。 35億年前，細(xì)菌在地球上出現(xiàn)了，這是一種連細(xì)胞核都沒有的簡(jiǎn)單生命，它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，個(gè)體微小，遺傳物質(zhì)被細(xì)胞膜包裹著。細(xì)菌的生命活動(dòng)雖然原始但十分復(fù)雜，在營(yíng)養(yǎng)充足的情況下，只需短短幾分鐘，它們的數(shù)量就能增加一倍。 超快的繁殖速度意味著細(xì)菌可以在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)量極其龐大的后代，這里面也包含了大量發(fā)生變異的個(gè)體。不過，超強(qiáng)的繁殖和變異能力只不過是細(xì)菌的常規(guī)武器，它們還能以一種常人無法想象的方式傳播基因：基因橫向轉(zhuǎn)移。 基因橫向轉(zhuǎn)移是指具有生物繁殖隔離的不同物種之間，或者單個(gè)細(xì)胞的葉綠體、線粒體等細(xì)胞器之間，以及細(xì)胞器和細(xì)胞核之間所進(jìn)行的DNA片段的流動(dòng)。簡(jiǎn)單說來就是一個(gè)基因從一個(gè)生物體身上跑出來，進(jìn)入另外一個(gè)生物體的細(xì)胞中，這個(gè)基因不僅沒有被排斥，反而被接納了。 這種現(xiàn)象在細(xì)菌中十分常見，因?yàn)樵松飳?duì)外來基因缺乏防范機(jī)制，很容易接受外來基因并與其融為一體。而高等生物的細(xì)胞對(duì)于自身基因的保護(hù)機(jī)制比較健全，會(huì)將接受了外來基因的細(xì)胞摧毀或者清除掉，所以高等生物之中很少會(huì)發(fā)生基因橫向轉(zhuǎn)移的事件。 在原核生物出現(xiàn)的最初幾億年里，細(xì)菌在十分嚴(yán)酷的環(huán)境下都能生存下來，并且根據(jù)環(huán)境的不同而演化出不同的能力。比如在沒有氧氣的環(huán)境里，有的細(xì)菌會(huì)專門利用硫化物來生存，有的則依靠氧化鐵來存活，還有硝化細(xì)菌、固氮細(xì)菌、氫細(xì)菌等各種奇怪的細(xì)菌。每一種細(xì)菌都把一種與眾不同的生存方式發(fā)揮到了極致。 而藍(lán)細(xì)菌具備的生存方式就是利用陽光，它擁有光合作用的能力。由于藍(lán)細(xì)菌大部分生活在海里，所以過去的人們也把它叫作藍(lán)藻。不過藍(lán)細(xì)菌并非藻類，但是它比普通細(xì)菌要大得多，而且能進(jìn)行光合作用，這些特點(diǎn)與藍(lán)藻很相似，因此被人們稱為藍(lán)藻。但從本質(zhì)上來說，藍(lán)細(xì)菌沒有細(xì)胞核，它是一種原核生物。 科學(xué)研究表明：地球上50%~80%的氧氣是藍(lán)細(xì)菌這類可以進(jìn)行光合作用的微生物制造的，藍(lán)細(xì)菌產(chǎn)生的氧氣比全世界的森林、草原加起來產(chǎn)生的氧氣還要多。不僅如此，其實(shí)那些森林和草原產(chǎn)生的氧氣，本質(zhì)上也是藍(lán)細(xì)菌的功勞。不過得出這一結(jié)論的過程十分漫長(zhǎng)和波折，幾位科學(xué)家甚至耗時(shí)一生都沒能弄清楚藍(lán)細(xì)菌與植物之間的聯(lián)系。 1883年，波恩大學(xué)的植物學(xué)家西姆珀在觀察葉綠體時(shí)，發(fā)現(xiàn)葉綠體的結(jié)構(gòu)與藍(lán)細(xì)菌（當(dāng)時(shí)人們稱之為藍(lán)藻）的結(jié)構(gòu)十分相似，他認(rèn)為兩者之間可能存在某些內(nèi)在的聯(lián)系，但是他無法解釋這種相似性，而且他的觀點(diǎn)也無法獲得其他科學(xué)家的支持。西姆珀用了18年的時(shí)間去尋找證據(jù)，但直到去世那天，他的觀點(diǎn)也沒有得到科學(xué)界的重視。 1905年，也就是西姆珀去世后的第四年，俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁?梅列什科夫斯基在研究地衣的過程中，注意到了西姆珀生前留下的筆記。他發(fā)現(xiàn)如果藍(lán)細(xì)菌與葉綠體在本源上存在某種關(guān)聯(lián)，那么關(guān)于地衣的許多問題都可以迎刃而解了。 于是梅列開始將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了藍(lán)細(xì)菌與真菌的共生行為，并在1909年發(fā)表了相關(guān)的論文。梅列的研究雖然還不能證明藍(lán)細(xì)菌和葉綠體就是一回事，也解釋不了藍(lán)細(xì)菌為什么會(huì)跑到其他生物的體內(nèi)去。但是他的研究已經(jīng)可以說明，類似藍(lán)細(xì)菌這樣的原始生命，完全有可能把其他生命體的身體內(nèi)部，當(dāng)成它們自己生存的環(huán)境。 1922年，美國(guó)解剖學(xué)家伊萬?沃林在研究細(xì)胞線粒體時(shí)，把線粒體從細(xì)胞中剝離出來后放在了培養(yǎng)皿里，防止線粒體壞掉（當(dāng)時(shí)科學(xué)界普遍認(rèn)為線粒體離開了細(xì)胞會(huì)馬上失去活性）。結(jié)果他在用顯微鏡觀察培養(yǎng)皿里的線粒體時(shí)，發(fā)現(xiàn)線粒體不僅沒有死，而且還活得不錯(cuò)。并且線粒體表現(xiàn)出來的行為，就像是某種細(xì)菌一樣。 伊萬?沃林把這一發(fā)現(xiàn)寫成了論文發(fā)表了出來，并朝著這個(gè)方向進(jìn)行了更加深入的研究。到了1925年時(shí)，沃林已經(jīng)發(fā)表了9篇關(guān)于線粒體共生現(xiàn)象的論文和1本專著，但由于沃林找到的證據(jù)太少，科學(xué)界再次對(duì)藍(lán)細(xì)菌與葉綠體之間的關(guān)聯(lián)問題選擇了冷漠和遺忘，此后40年時(shí)間里，沒有人再愿意去觸碰這一領(lǐng)域。 1965年，女性生物學(xué)家林恩?馬古利斯再次提出內(nèi)共生假說，她認(rèn)為內(nèi)共生現(xiàn)象不僅非常普遍，而且是驅(qū)動(dòng)演化的重要力量。比如一些好氧細(xì)菌變成了線粒體，藍(lán)細(xì)菌變成了葉綠體，一些善于運(yùn)動(dòng)的螺旋體細(xì)菌變成了細(xì)胞上會(huì)運(yùn)動(dòng)的纖毛。 細(xì)菌就像是生命的功能模塊，它們先通過快速地變異實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的生命功能，再通過內(nèi)共生組合到其他生命當(dāng)中去，這大大加快了演化的進(jìn)程。 1978年，生物學(xué)家戴霍夫和舒瓦茨在《科學(xué)》期刊上刊登了一篇論文，他們通過試驗(yàn)驗(yàn)證了葉綠體和線粒體與細(xì)菌的親緣關(guān)系，內(nèi)共生理論第一次具有了實(shí)驗(yàn)證據(jù)，科學(xué)界開始改變對(duì)此研究的態(tài)度，認(rèn)為此前馬古利斯的研究應(yīng)該值得認(rèn)真對(duì)待。 1983年，科學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，葉綠體和線粒體中保留著獨(dú)立的DNS，這些DNA與細(xì)胞自身的DNA完全不同，這是證明內(nèi)共生理論正確性的鐵證：葉綠體是藍(lán)細(xì)菌的化身！     |
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