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生命世界中的无机物_硅藻_微博@三思逍遥

地球上的生命属于碳基生物,这当然没错。

碳原子是有机分子的基础,而有机分子又是生命世界的基础。但无机分子通过赋予生命特定的形状,同样参与了生命世界的构造。

说到无机物,维生素AD的广告,将钙和磷介绍给了全国人民。

这两种元素的确重要。钙元素形成的两种盐——碳酸钙和磷酸钙——就在生命世界中负责塑形并提供硬度和强度。

早在22亿年前,澳洲西部最古老的蓝绿菌叠层石开始吸纳二氧化碳吞吐氧气的时候,随着二氧化碳浓度下降,开始制造出生物相关的碳酸钙沉积。这是因为溶入海水中的二氧化碳浓度下降,碳酸氢根转变为碳酸根,有利于形成碳酸钙。反之则碳酸根会被酸化为碳酸氢根。(时间是2008年Nature论文重新给出的时限)

至今还生长在澳洲的叠层石群落被认为是最古老光合作用的证据

叠层石的碳酸钙是被动沉降,但珊瑚虫却开始主动制造碳酸钙来塑形,现在海水中二氧化碳浓度上升,对珊瑚虫来说这是个糟糕的消息,因为它们制造的碳酸钙将溶解在高浓度二氧化碳环境中。这就是为什么不可能通过种珊瑚形成碳酸钙,来降低二氧化碳浓度的原因。

海洋中的动物广泛使用碳酸钙来形成保护层,这件事不会让人感到意外。

但陆地上的动物呢?

首先,昆虫的外骨骼不是由无机物组成的,而是一种多糖形成的几丁质。

不过,常见的螃蟹和虾,其壳中含有许多碳酸钙,与几丁质以及蛋白质结合在一起。

至于像我们这样的动物, 在我们的内骨骼和牙齿中使用的不是碳酸钙——谢天谢地不是,不然呼吸间就能断人骨头。

——而是使用中等强度的酸形成的羟基磷酸钙。从最初的一团细胞开始,骨骼慢慢发育,羟基磷酸钙不断沉积,赋予骨头相应的硬度和强度,同时也决定了我们的身体能长多高,作为拥有内骨骼的动物,我们的身高由内骨骼的生长决定。

除了钙之外,硅以二氧化硅的形式同样参与了生命世界中塑形的工作。

原始多细胞生物,海绵在形成内骨骼时就有使用二氧化硅的品种,被称为玻璃海绵,它们一度被认为已经灭绝,只有留存的硅质化石,但上世纪八十年代被重新发现(图五),它们是大自然创造的天然玻璃工艺品,让人赞叹,不过面临随时被真正灭绝的危机,这和拖网打渔方式密切相关。

硅参与创建保护性硬壳最知名的大概是硅藻,因为在拥有细胞壁的生物中,它是唯一使用无机物来创建细胞壁的生物,其它生物无论细菌、古菌、植物、真菌和其它藻类都使用糖或肽类等有机分子制造保护性的细胞壁。

但硅藻是一种相当繁荣的藻类,它单独成纲估计有200个属、十万种之多,并且提供了海洋中大概45%的初级生产力。是的,你看到的更壮观的海洋生物,从最巨大的蓝鲸到萌萌的虎鲸以及其它鱼类等等,它们之所以能够存在,有近一半的功劳是因为硅藻。

不过,更让人诧异之处是,硅藻更近乎于动物而不是植物,这是说在演化历史上,硅藻是原始动物祖先的后裔,因为它拥有植物中根本没有的尿素循环代谢途径,而长时期来尿素循环被认为是在后生动物中才起源的。

硅藻大概是最美的显微生物了(图六)。以至于它已经发展为一门艺术——The Diatomist,而Klaus Kemp为这门显微艺术奉献终生。

vimeo网站上有对他的简短采访视频,展示了他非凡的工作。

在显微镜下排列硅藻

硅藻显微镜

硅藻显微镜

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