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新冠病毒的变异与遥远的石炭纪灭绝事件

作者:邢海洋

2022-08-17·阅读时长4分钟

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万物相生相克。生命无时无刻不在进化着,总是在制造问题,也在解决问题。解决问题的过程很可能是漫长的,要付出相当大的代价。

新冠病毒的变异与遥远的石炭纪灭绝事件

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新冠病毒从阿尔法(α)、贝塔(β)、德尔塔(δ),又到了最近的奥米克戎(o),我们对希腊字母的认知在快速地推进着,这也让我了解到病毒的变异能力。奥米克戎的突变有50多处,不到两年时间,为什么病毒能有这么多的突变?一种推测是病毒的宿主是艾滋病患者,艾滋病患者没有免疫力,也就意味着无法彻底清除病毒,于是病毒在患者的体内不断地复制着,随机突变在病毒中一次次积累下来。为什么微生物能这么快地进化?原因是病毒的生命周期很短,它们不吃不喝,唯一的目的就是找到适合的环境,利用宿主的蛋白质来复制自己,繁殖出新病毒。

病毒没有细胞结构,复制的速度飞快。但有细胞结构的微生物繁殖速度也很快,细菌每隔20分钟到30分钟可分裂一次,一天时间内繁殖几十代。如果这些微生物都存活着,几天内,地球就会被装满了。不用说,每次繁殖出了偏差,都意味着一次对生存环境的新的试探,如此快的繁衍速度,意味着铺天盖地的试验。在此意义上,真可谓世上无难事,只要肯登攀了。

于是当把酸奶盒子丢进垃圾桶的那一刻,我产生了一个想法,既然它是塑料制品,塑料又是有机物、高分子聚合物,无毒无害,微生物为什么不进化出吃塑料的功能呢?或许对于自然界来说,塑料出现的时间还是太短,如果时间长一点塑料垃圾也就不会成为环境问题了。带着同样的疑问,科学家们还真发现了能吃塑料的微生物,并且还找到不止一种。不过它们只是对特定成分的塑料有用,并且只能将之分解成为单体,而不是降解为碳、氢和氧。看来生物的进化还有待时日。

讲到这里,地质时期的一段公案呼之欲出了,那就是地下挖出的煤都是怎么来的?煤炭来自古代的树木,树木封存在没有氧气的环境里,时间长了,高温高压环境中木头里的氧和氢变成水流失了,剩下的就是碳。现代社会的卖炭翁们烧炭,也是把柴火点着了,再在上面埋上泥土,让木头没办法完全燃烧就得到碳了。

既如此,现在森林里倒伏的树木,未来是不是也会变成煤炭呢?这种可能性却不大。除了人类会捡拾回家烧柴,以我们在森林里面的观察,木头很快都会腐朽,腐朽过程即是木材被真菌或其他微生物侵蚀、细胞壁分解败坏的过程。很多松软的木头,其朽坏的过程真是肉眼可见,残渣也会被蚂蚁搬走。当然,所有这一切都以有机质的方式归还给土壤,形成富含腐殖质的营养层。一言以蔽之,如今的森林生态系统已经发展出了完备的垃圾处理能力,死去的植物很快就会变废为宝。

地球上煤层挺有规律的,相当大的一部分都是石炭纪的地质埋藏,距今3.6亿到3亿年前,这也是植物从海洋转战陆地的时代。生命起源于海洋,海洋里的植物,给我们最直观的感受是什么?它们漂浮或者悬浮在水中,它们随波逐流,它们是软的,这或许是海洋植物区别于陆地植物的主要特征。也的确如此,当植物还在海里生长的时候,它们也是靠光合作用获取能量,生长、发育、繁衍,可植物对光线的竞争不激烈,即使有竞争,因为海水是有浮力的,它们可以在水底或漂浮在水面上生长,而不必“自己”站起来去抢夺阳光。当然,它们想站起来也是困难的,水是流动的,即便植物把根扎入海底身体也没法“站稳”。至于红树林,那种潮间带的树木,那就是后话了。

陆生植物则完全不同,它们中虽有地衣苔藓,永久地趴伏在地面上,但对阳光的竞争使很多植物比拼出“站立”的能力。终于,当植物从海洋走上陆地,它们的身体结构发生了变化,过去把植物结合在一起的主要是植物纤维细胞,纤维是碳水化合物的大分子组织,相对容易分解。可纤维的能力是韧性,而要使植物“站立”起来,需要的是刚性,是硬度,这就需要具有抗压能力的木质素。

植物突然合成出木质素,这也一定是植物遗传变异的结果。自从有了它,植物长高了,陆地植物也分化出复杂的结构。那时海水退去,陆地表面河流纵横沼泽密布,土地富饶肥沃,石松类、节蕨类和真蕨类植物茂密生长,十几米甚至几十米高的蕨类巨木会聚成遮天蔽日的雨林,绵延不绝。相比用孢子繁殖的蕨类植物,种子植物更能适应干燥的环境,这一时代最早的裸子植物也开始出现,分布在离水系更远的高原和山地。地球上几乎每一寸土地都被绿色植物占据,地球开启了绿色星球时代。

而光合作用持续累积,空气中的氧气含量也越来越高,陆生节肢动物成长为庞然大物,我们熟知的典型例子是翼展一米的蜻蜓。

可木质素是以芳环为结构单元的高分子化合物,其结构更为稳固,当时的微生物还没有分解它的能力。大量的含有木质素的植物残渣剩了下来,一层层地堆积,一堆积就堆几千万年,越积越厚,最终与空气隔绝,从而凭一己之力就创造出了高温高压又缺氧的成煤的条件。地质年代里的石炭纪,就是因煤层分布广博而被命名的。

也有科学家质疑微生物跟不上植物进化的说法。尽管煤炭埋藏最多的地质年代是石炭纪,但随后的二叠纪和三叠纪也有煤炭埋藏,甚至几百万年前的地层里都有煤炭出现。可见成煤的条件中,缺乏分解木质素的微生物只提供了一种可能性。如果地表大规模地沉降,泥炭被埋藏被隔绝也会形成煤炭。

但不能否认的是,万物相生相克。生命无时无刻不在进化着,总是在制造问题,也在解决问题。解决问题的过程很可能是漫长的,要付出相当大的代价。比如石炭纪就是以一场遮天盖日的大火结束的:植物太茂盛,空气中含有太多的氧气,是现在的两倍,于是一场大火烧了10年,烧到无植物可燃,表层煤炭也被点燃,直接引发了生物灭绝事件。

当然,地质史上的大事件多非孤立因素的结果,一场大火恰巧发生在这个时候,而不是别的时候,很可能是和气候变化有关系的,只有雨水少了,空气干燥了,一场旷日持久的大火才可能发生。

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邢海洋

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《三联生活周刊》资深主笔,投资物语专栏,还关注地理环境变迁

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