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所以我们又回到了原点,绕了一大圈,仍然对蓝细菌的起源毫无头绪。
我举这个例子只是想要说明,光靠化石记录去量测久远的地质时间会有多么困难。
就算证明了蓝细菌或它们的祖先确实存在,也不能证明它们已经找到了分解水分子的秘诀,因为蓝细菌的祖先很可能还在使用比较原始的光合作用。
不过仍有更有效的办法可以从古老的时间里挖掘出信息。
这些秘密就藏在现在的生命之中,藏在他们的基因与物理构造里,特别是他们的蛋白质结构里。
在过去这二三十年间,科学家在新技术的加持下,用各种名称让人生畏的方法,详细分析了细菌和植物光合作用系统的分子结构。
这些方法的原理也如它们的名称一样让人生畏,比如X射线晶体学,或者电子自旋共振光谱成像。
不过我们不必理会它们的原理,只要知道科学家用这些方法,几乎从原子等级上(但却总是恼人地还差一点)分析了光合作用复合物的详细构造与形状。
现在会议中仍会发生争论,不过争论的主要是细节部分。
在我写本书之时,刚参加完一场英国皇家学会会议。
在那场会议里,科学家在争辩“放氧复合体中五个原子的正确位置”
,既可说是寻幽入微也可说是吹毛求疵。
说是它寻幽入微,是因为这五个原子的精确位置,关系到它们分解水分子的化学机制,而这正是解决世界能源问题的关键;说是它吹毛求疵则是因为,这些口角不过就是,如何在几个原子半径内把五个原子排好,争论的差异也就在数个埃(百万分之一毫米)之间。
老一辈的科学家或许会非常惊讶,现在科学家对于光系统Ⅱ中其他46?630个原子的位置倒是没有太多争议。
这些原子的位置由英国伦敦帝国理工学院的生化学家吉姆·巴伯的团队测定,近来精准度还在不断提升。
虽然还剩几个原子没找到自己的位置,不过我们研究光系统的结构已经10多年了,如今已大致明朗,可以给我们讲述它的进化故事了。
2006年生化学家鲍勃·布兰肯希(现在是美国华盛顿大学圣路易分校的教授)所领导的团队指出,在各种细菌体内,两种光系统[7]的构造几乎都一样。
尽管不同群的细菌在进化上的距离如此遥远,但是它们光系统的核心构造却如此相似,相似到可以在计算机构图上完全重叠。
不仅如此,布兰肯希证实了另外一件科学家思考许久的事情,那就是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ的核心构造也一样,而且几乎可以确定它们应该是在很久很久以前,由同一个祖先进化出来的。
换句话说,故事应该就是很久很久以前,本来只有一个光系统,有一天它的基因变成了两份,结果一次制造了两个一模一样的光系统。
随着时间变迁,在自然选择的影响下,两个光系统开始产生分异,但仍持有一样的核心构造。
最后,两个光系统靠着Z型反应连接在一起,并经由叶绿体传给了植物和藻类。
不过这个简化版的故事,掩盖了整个现象背后的难题。
复制出两个原始的光系统并不能解决产氧光合作用的问题——一个强推电子者和一个强拉电子者,永远不可能自己结合在一起。
在光合作用能运作之前,两个光系统必须先往相反的方向进化,一个推一个拉,唯有如此,当它们连接在一起时才会有用。
所以问题就是,什么样的事件会造成两个光系统先走上岔路,之后再被连接在一起,如同既亲密又对立的欢喜冤家,或像男人与女人一样,先分开之后又结合成一个受精卵?
回答这个问题最好的办法,就是回头去观察现在的光系统。
光系统在蓝细菌体内,是被绑在一起的Z型反应,不过它们却各自有不同的进化故事。
就先放下光系统的进化来源,我们来快速看一下光系统在细菌世界里的分布情况。
除了在蓝细菌体内共存以外,这两个光系统从来没有同时出现在任何细菌体内。
有一些细菌只有光系统Ⅰ,其他的则只有光系统Ⅱ。
每一套光系统都独自运作,也都产生不同的结果。
仔细分析它们各自的工作,有助于了解产氧光合作用的进化来源。
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