一、始太古代的日常
始太古代是整個地球上及其古老的一個年代，大約從38億年前開始一直到35億年左右，在這段時間，生命剛剛誕生，但是很難找到它們活動的蹤跡。
始太古代想象圖 圖/見水印
在始太古代，遠處的火山似乎永不停歇地在噴出滾滾濃煙，太陽剛剛突破後厚厚的雲層普照大地。多虧了在過去數億年中持續噴發不斷的火山，這些火山帶來了大量的二氧化碳和水蒸氣，二氧化碳這種溫室氣體讓陽光的輻射能量保留在地球表面，使得地球表面溫度維持在零度以上；而水蒸氣則很快冷卻，匯聚在地表形成了寬廣的海洋。
這種原始的海洋與現在的成分差異極大，原始大氣中充足的二氧化碳溶解在水中，讓早期的海洋成為一種酸性海洋，由於空氣中沒有氧氣的存在，海洋中的各種元素都是還原態的，這就導致了整個海洋很大概率呈現出一種黃綠色，這主要是由海洋中的二價鐵元素導致，如果大家有養花的經驗，應該會知道有一種硫化亞鐵花肥，它溶於水就會出現黃綠色，這很可能與原始地球的海洋顏色差不多。
原始的海洋可能是這個顏色的
在離火山不遠的海洋中，一座座熱泉正在向外冒著水蒸氣。這些熱泉是冰冷的海水沿著海底裂縫直達岩漿，被岩漿加熱後再次噴湧而出所形成的，這種熱泉附近的水溫常年在60-80℃左右。原始的生命們就在這裡演化。
生命可能起源於深海熱泉附近 圖/USGS
地球上最原始的生命被稱為古菌，這些生物在現在的三域生物分類學中被單獨拿出來作為一域——古菌域。古菌界中我們最熟悉的可能要數產甲烷菌了，這種生物遍地都是，但是我們可能從來沒在意過：當它們居住在城市的時候，它們往往存在於我們回家的馬路下方，那些幽暗骯髒不見陽光的城市排汙管中，或者是城市公園的湖泊淤泥深處；當它們居住在農村的時候，它們往往存在於田間屋後的湖泊、沼澤淤泥中，或者是化糞池中。它們居住在這些地方是因為它們極度厭氧，有氧氣它們就活不了。
三域生命系統 圖/見水印，有修改
顧名思義，這些產甲烷菌有一種神奇的能力：利用氫氣和二氧化碳合成甲烷，在這個過程中利用化學反應中的化學能作為能量來源。因此這種細菌也被稱為化能自養型生物，意思是它們能夠靠自己養活自己，只不過它們養活自己的能量來源於化學反應中。
產甲烷菌的反應方程式
甲烷是一種很容易燃燒的氣體，可以直接用來燃燒帶動發電機、鍋爐等等，而利用化糞池作為產甲烷菌的培養基，則能夠很容易收集到足夠的甲烷作為日常使用，所以農村正在大力普及這種能源，我們經常會見到農村中的沼氣池、沼氣灶，這些所謂的沼氣，其實就是甲烷氣體。
讓我們回到始太古代，那時候沒有下水道、化糞池這些東西，不過那時候本來空氣中也就沒有氧氣，所以產甲烷細菌在海洋的表面也都能夠存活。除了產甲烷細菌之外，這時候很可能也已經誕生了另外一類細菌——異養細菌。我們從名字就能夠看出來，這些細菌不能自己養活自己，它們需要靠吃現成的有機物才能夠得到足夠的能力活下去。那麼現成的有機物在哪裡呢？那就是以甲烷細菌為代表的化能自養型細菌了！
考慮到始太古代地球上的生物都是一些原核的單細胞生物，所以那時候整個地球上生物界中最慘（菜）烈（雞）無（互）比（啄）的搏殺可能是這樣的：
化能自養型細菌靠化學能和無機物獲取營養並繁殖，異養細菌靠捕食其他細菌過活，這這可能就是原始地球的日常生活了。
二、大佬出場
這種日常可能持續了數億年，在這些平靜的日常下，一些改變正在悄悄改變。一些細菌不知道通過什麼方式，學會了利用陽光來獲取能量併合成有機物——這個過程就是大名鼎鼎的光合作用。
不過原始的光合作用與我們現在所熟知的光合作用略有不同，我們現在熟知的光合作用，是植物中的葉綠體，利用陽光把水分解為氫氣和氧氣，其中氫氣進一步與二氧化碳發生反應，形成有機物，而氧氣則作為廢氣釋放出來。
光合作用 示意圖
而原始的光合作用則很可能沒有釋放氧氣的過程，它們在光合作用中利用硫化氫（H2S）和二氧化碳進行化學反應，在反應中生成有機物和硫。目前，我們在紫色硫細菌等多種細菌中還能夠見到這種不產氧的光合作用[1]。
紫色硫細菌以及不產氧光合作用示意圖
科學家們曾經在西澳大利亞的發現了一些疊層石，這是有一些生活在35億年前的不產氧光合作用細菌留下的痕跡。什麼是微生物席呢？這實際上是由很多微生物聚集在一起生活，它們在死亡以後遺留下來的無機質膠結在一起，同一時間段內的微生物形成一層，它們死亡以後新的微生物在這一層上繼續生長，於是就形成一些紋層狀的岩石，這種岩石就被稱為疊層石。
疊層石形成過程
野外的疊層石(這一塊非35億年前，大約是27億年前的) 圖/Rod Benson
科學家們在這些疊層石的切片上有很多尖銳的凸起，有些人認為這種凸起形成的原因就是因為這些微生物是一些能夠進行光合作用的細菌為了得到充足的陽光而向上生長造成的——這實際上是一種趨光性[2]。
疊層石切片放大後，可以看到很多尖銳的凸起[2]
在不產氧光合作用出現之後，很快生物們演化出產氧光合作用，為什麼呢？它們可能是被逼的。還記得這兩個光合作用的不同之處嗎？
產氧光合作用利用的是水，不產氧光合作用利用的是硫化氫，世界上有硫化氫的地方不那麼多，而水則到處都是。
這種產氧光合作用是什麼時候出現的呢？目前主流的認知是30-27億年前，產氧光合作用就出現了，當然還有一些科學家認為其實在35億年前產氧光合作用就已經出現了，他們的證據也是這些35億年前的疊層石，他們在疊層石的切片中發現在疊層石凸起的尖端處有一些氣泡存在的痕跡，而這些氣泡很可能就是產氧光合作用在產氧的過程中留下的。
紅圈處就是氣泡[3]
目前為止，公認的最早進行產氧光合作用的生物被稱為藍細菌，它還有個名字，叫做藍藻——這就是我們今天所說的，改變地球的幕後大佬。藍藻出現後，迅速繁衍開來，只要有水有陽光的海域基本上都是藍細菌的活動範圍，它們利用光合作用生成氧氣，在此後的35億年間，逐漸提升地球的氧氣水平，把地球從一個無氧星球改造成為了如今的富氧星球。藍藻這種生物在現代依然存在，藍藻廣泛存在於各種池塘沼澤地，我們取一管水很大概率能夠看見它。
多樣化的藍藻，它們可以單獨存在，也可以很多個連接起來存在
我們在初中高中也許會聽說一個詞，叫做富營養化，富營養化後的水體看上去綠油油的，這其中就有很大一部分是藍藻。
富營養化的水體綠油油的，大部分都是藍藻的功勞 圖/ECOEVO@TCD
藍藻這種微生物在我們現在看起來卻是毫不起眼，但是如果我們把時間尺度放到整個地球歷史上看的話，這種生物實在是了不起的生物。要不是它們幾十億年如一日進行光合作用製造氧氣，我們人類根本不會出現。致敬大佬！
參考文獻：
[1]地質微生物學 原書第5版[M].中國石化出版社,2010.
[2]Awramik S M..Respect for stromatolites[J].Nature,2006,441:700-701.
[3]Tanja Bosak, Biqing Liang, Min Sub Sim,etc.Morphological record of oxygenic photosynthesis in conical stromatolites[J].PNAS,2009,106(27):10939-10943.
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