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地球上的植物大约占了生物总量的82%
微生物、藻类和真菌大约占17%,而人类和各种动物的占比还不到1%。从某种程度上来说,植物才是这个地球的主宰者!

之所以植物拥有这种压倒性的优势,是因为它们在获取能量的方式要比动物高效得多,而植物最核心的技能就是它们能进行“光合作用”,可以把阳光转化为能量。

不过,植物并非从一开始就具有光合作用的能力,而是在它们从原核生物向更加高等的生物演化过程中,与其他原核生物合作,并发生了“共生现象”,进而拥有了具有光合作用能力的叶绿体。

35亿年前,地球上出现了一些原核生物,也就是细菌,它们的结构十分简单,具有超快的繁殖速度,在营养充足的情况下,只需要短短几分钟,它们的数量就能增加一倍。

超快的繁殖速度也就意味着它们可以在很短的时间内,产生数量极其庞大的后代,那么发生基因变异的个体也会非常多。

除此之外,细菌还能够以一种常人无法想象的方式传播基因,这种方式叫做基因横向转移。所谓基因横向转移,是指一种生物可以直接接受另外一种生物的基因并与之融合,不存在相互排斥的情况。

我们知道,高等生物拥有健全的细胞基因保护机制,当一个细胞接受了外来基因时,身体的免疫机制会将其排斥或者清除,因此高等动植物之间很少会发生基因横向转移的事件。

但是对于细菌这个层面的微生物来说,基因横向转移的现象十分常见,因为细菌对外来基因缺乏防范机制,它们很容易接受外来基因,这种机制让细菌的演化变得极其偶然和灵活。

如果把一套完整的DNA看作一辆汽车,那么从亲代到子代的遗传和变异,大概就相当于今天洗洗车、明天吸吸尘这样的小改变,这样的改变肯定是非常缓慢的,但是有了基因横向转移之后就不一样了。

一次基因横向转移,就相当于换了一次轮胎,或者安装了一个新的雨刷器这么大的改变。只要一个细菌演化出一个成功的基因,这个基因就完全有可能通过横向转移的方法,被其他的细菌获得。

这种跨物种的基因转移刚刚被实验观察到的时候,引起了很大的社会轰动。因为从人类的视角来看,一个基因从一个生物体身上跑出来,进入另外一个生物体的细胞中,这就是今天让很多人闻之色变的转基因。

但是,在生物学家眼里,这些现象再正常不过了,所有的生命都在使用相同的机制来复制体内的遗传物质,使用相同的基本密码来“读取”它们的基因。这些相似之处可以从它们的DNA中看到。

在最初的几亿年里,细菌几乎把所有可能有效的生存方式试了个遍。早期的地球上没有氧气,细菌就练成了在没有氧气的环境中生存的办法。

有专门利用硫化物的硫细菌,有专门依靠氧化铁来生存的铁细菌,还有硝化细菌、固氮细菌、氢细菌等很多奇怪的细菌,每一种细菌,都把一种与众不同的生存方式发挥到了极致。

在众多具有特殊能力的细菌中,有一种叫作蓝细菌的微生物,在一次偶然的机会下拥有了光合作用的能力,它可以把阳光转化为能量。

你可能听说过蓝藻,它和蓝细菌有很多共同之处,比如都生活在海里,都拥有光合作用的能力。但从本质上来说,蓝细菌是原核生物,蓝藻是藻类,是较高等级的生物。

1883年,波恩大学的植物学家西姆珀在观察叶绿体的时候意外地发现,叶绿体的结构与蓝细菌的结构非常相似,他意识到叶绿体与蓝细菌之间一定存在某种关联。

西姆珀认为,植物细胞中的叶绿体和那些海水里漂流的蓝细菌有着共同的祖先,不知道什么原因,导致蓝细菌进入一个真核生物的体内,形成了现在的共生关系。

虽然没有进一步的证据,但他坚定地认为,叶绿体就是活在其他细胞肚子里的蓝细菌。不过西姆珀的观点在当时并未引起生物界的关注,直到他去世的时候,他的研究成果也没有受到重视。

直到1905年,也就是西姆珀去世后的第四年,一位名叫康斯坦丁·梅列什科夫斯基的俄国科学家在研究地衣的过程中注意到西姆珀留下的笔记,他被西姆珀的思考深深地折服了。

1909年,梅列发表了关于生物体内共生的论文,这意味着该观点正在被学术界逐渐承认,不过梅列的研究还不能证明蓝藻和叶绿体就是一回事,他也解释不了蓝藻为什么会跑到其他生物的体内去。

1922年,美国解剖学家伊万·沃林在科罗拉多大学医学院做关于细胞线粒体的研究时,意外地发现离开了细胞的线粒体不仅没有死,而且表现出了与细菌类似的行为。

沃林马上把这个发现以及相关实验写成了论文,发表在《美国解剖学杂志》上。沃林认为,线粒体是在远古时代就与真核生物细胞内部实现共生的细菌,而现代的高等生物,都是远古时代单细胞生命内共生的产物。

但是沃林的研究依旧没有得到学术界的重视,大部分科学家认为他的结论缺少足够的证据,生物学家们对共生理论还是爱搭不理。

1978年,生物信息学家戴霍夫和舒瓦茨,通过实验验证了叶绿体和线粒体与细菌的亲缘关系,共生理论才终于被学术界认可并重视。

现在我们知道,帮助植物进行光合作用的叶绿体,其实是由远古时期的蓝细菌演化而来。
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