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但是与蓝细菌不同的是,这些细菌一次只用一个系统。
当有硫化氢的时候,细菌就启动光系统Ⅰ,用二氧化碳来制造有机分子。
它们利用这些新合成的材料生长复制。
但是当环境变动,比如叠层石附近缺乏原料了,细菌就转换到光系统Ⅱ。
此时它们放弃生产有机分子(也就是既不生长也不复制),却仍可以利用太阳能来制造ATP,维持自己的生活所需,同时静待更好的时机。
每一个光系统都有各自的好处,如同上节中提到的,全都是一小步一小步进化出来的。
那如果热泉死了,或洋流变化导致环境发生长期变化,细菌该怎么办?它们现在就必须长时间依赖光系统Ⅱ的电子回路生存。
但是这有个潜在的问题,那就是电子回路很有可能被环境中的电子截断,尽管在缺乏电子的地方发生截断的可能性很小。
电子回路有点像小孩玩的击鼓传花,电子传递链里的分子或者带一个电子,或者什么都没有,就像游戏中围成一圈的小孩,在音乐停止时,手上要么有彩球,要么没有。
但是假设现在有一个捣蛋的老师手上拿了一堆彩球,不停地把球传给小孩。
到最后每个小孩手上都会有一只球,那就没有人可以把球传给下一个人,整个游戏就会在众人面面相觑的情况下停止。
光系统Ⅱ也会遇到类似的问题,会随着阳光一起出现,特别是在早期大气中还没有臭氧层时,紫外线更容易穿透海水。
紫外线不只会劈开水分子,也会把电子从溶在海水里的金属或矿物质中劈出,首当其冲的就是锰和铁。
于是造成和击鼓传花游戏一样的问题,环境中的电子嵌入了细菌的电子回路。
现代的海洋中铁和锰的浓度都不高,因为现在的海洋已经被完全氧化。
但是在古老的年代这两者含量都非常丰富。
以锰为例,现在它们以圆锥状的“锰结核”
形式广泛分布在海底,是金属慢慢在类似鲨鱼牙齿(鲨鱼牙齿是能承受海洋底部巨大压力的为数不多的生物物质之一)之类的物体周围,沉淀生长了数百万年之后的成果。
据估计现今广布在海底的富锰结核,总重可能有1万亿吨,这是个巨大但经济效益不高的矿藏。
经济价值比较高的锰矿,比如南非卡拉哈里锰场(这里有135亿吨),也是24亿年前从海里沉淀出来的。
也就是说,海洋曾经充满了锰。
锰对细菌来说是很有价值的日用品,它可以当作抗氧化剂,保护细菌免受紫外线辐射的摧毁。
当紫外线光子撞击锰原子时,锰原子会被光氧化而丢出一个电子,好像“中和”
了紫外线的辐射。
也可以说细菌“牺牲”
了锰,否则细胞里面更重要的成分如蛋白质与DNA,将会被辐射劈成碎片。
因此细菌张开双臂欢迎锰住进来。
不过麻烦在于,当锰原子丢出电子时,这个电子几乎一定会被那个光系统Ⅱ中“守财奴式”
的叶绿素抓走。
如此一来,电流循环就会慢慢被多余的电子塞住,像小孩子都拿到彩球一样。
除非有办法可以清除掉多余的电子,否则光系统Ⅱ注定会越来越没有效率。
细菌要如何从光系统Ⅱ中释出多余的电子?对此艾伦提出了一个非常精明的假设。
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