一、始太古代的日常
始太古代是整个地球上极其古老的一个年代，大约从38亿年前开始一直到35亿年左右，在这段时间，生命刚刚诞生，但是很难找到它们活动的踪迹。
始太古代想象图 图/见水印
在始太古代，远处的火山似乎永不停歇地在喷出滚滚浓烟，太阳刚刚突破后厚厚的云层普照大地。多亏了在过去数亿年中持续喷发不断的火山，这些火山带来了大量的二氧化碳和水蒸气，二氧化碳这种温室气体让阳光的辐射能量保留在地球表面，使得地球表面温度维持在零度以上；而水蒸气则很快冷却，汇聚在地表形成了宽广的海洋。
这种原始的海洋与现在的成分差异极大，原始大气中充足的二氧化碳溶解在水中，让早期的海洋成为一种酸性海洋，由于空气中没有氧气的存在，海洋中的各种元素都是还原态的，这就导致了整个海洋很大概率呈现出一种黄绿色，这主要是由海洋中的二价铁元素导致，如果大家有养花的经验，应该会知道有一种硫化亚铁花肥，它溶于水就会出现黄绿色，这很可能与原始地球的海洋颜色差不多。
原始的海洋可能是这个颜色的
在离火山不远的海洋中，一座座热泉正在向外冒着水蒸气。这些热泉是冰冷的海水沿着海底裂缝直达岩浆，被岩浆加热后再次喷涌而出所形成的，这种热泉附近的水温常年在60-80℃左右。原始的生命们就在这里演化。
生命可能起源于深海热泉附近 图/USGS
地球上最原始的生命被称为古菌，这些生物在现在的三域生物分类学中被单独拿出来作为一域——古菌域。古菌界中我们最熟悉的可能要数产甲烷菌了，这种生物遍地都是，但是我们可能从来没在意过：当它们居住在城市的时候，它们往往存在于我们回家的马路下方，那些幽暗肮脏不见阳光的城市排污管中，或者是城市公园的湖泊淤泥深处；当它们居住在农村的时候，它们往往存在于田间屋后的湖泊、沼泽淤泥中，或者是化粪池中。它们居住在这些地方是因为它们极度厌氧，有氧气它们就活不了。
三域生命系统 图/见水印，有修改
顾名思义，这些产甲烷菌有一种神奇的能力：利用氢气和二氧化碳合成甲烷，在这个过程中利用化学反应中的化学能作为能量来源。因此这种细菌也被称为化能自养型生物，意思是它们能够靠自己养活自己，只不过它们养活自己的能量来源于化学反应中。
产甲烷菌的反应方程式
甲烷是一种很容易燃烧的气体，可以直接用来燃烧带动发电机、锅炉等等，而利用化粪池作为产甲烷菌的培养基，则能够很容易收集到足够的甲烷作为日常使用，所以农村正在大力普及这种能源，我们经常会见到农村中的沼气池、沼气灶，这些所谓的沼气，其实就是甲烷气体。
农村沼气池的工作原理 图/百度
让我们回到始太古代，那时候没有下水道、化粪池这些东西，不过那时候本来空气中也就没有氧气，所以产甲烷细菌在海洋的表面也都能够存活。除了产甲烷细菌之外，这时候很可能也已经诞生了另外一类细菌——异养细菌。我们从名字就能够看出来，这些细菌不能自己养活自己，它们需要靠吃现成的有机物才能够得到足够的能力活下去。那么现成的有机物在哪里呢？那就是以甲烷细菌为代表的化能自养型细菌了！
考虑到始太古代地球上的生物都是一些原核的单细胞生物，所以那时候整个地球上生物界中最惨（菜）烈（鸡）无（互）比（啄）的搏杀可能是这样的：
化能自养型细菌靠化学能和无机物获取营养并繁殖，异养细菌靠捕食其他细菌过活，这这可能就是原始地球的日常生活了。
二、大佬出场
这种日常可能持续了数亿年，在这些平静的日常下，一些改变正在悄悄改变。一些细菌不知道通过什么方式，学会了利用阳光来获取能量并合成有机物——这个过程就是大名鼎鼎的光合作用。
不过原始的光合作用与我们现在所熟知的光合作用略有不同，我们现在熟知的光合作用，是植物中的叶绿体，利用阳光把水分解为氢气和氧气，其中氢气进一步与二氧化碳发生反应，形成有机物，而氧气则作为废气释放出来。
光合作用示意图
而原始的光合作用则很可能没有释放氧气的过程，它们在光合作用中利用硫化氢（H2S）和二氧化碳进行化学反应，在反应中生成有机物和硫。目前，我们在紫色硫细菌等多种细菌中还能够见到这种不产氧的光合作用[1]。
紫色硫细菌以及不产氧光合作用示意图
科学家们曾经在西澳大利亚的发现了一些叠层石，这是有一些生活在35亿年前的不产氧光合作用细菌留下的痕迹。什么是微生物席呢？这实际上是由很多微生物聚集在一起生活，它们在死亡以后遗留下来的无机质胶结在一起，同一时间段内的微生物形成一层，它们死亡以后新的微生物在这一层上继续生长，于是就形成一些纹层状的岩石，这种岩石就被称为叠层石。
叠层石形成过程
野外的叠层石(这一块非35亿年前，大约是27亿年前的) 图/Rod Benson
科学家们在这些叠层石的切片上有很多尖锐的凸起，有些人认为这种凸起形成的原因就是因为这些微生物是一些能够进行光合作用的细菌为了得到充足的阳光而向上生长造成的——这实际上是一种趋光性[2]。
叠层石切片放大后，可以看到很多尖锐的凸起[2]
在不产氧光合作用出现之后，很快生物们演化出产氧光合作用，为什么呢？它们可能是被逼的。还记得这两个光合作用的不同之处吗？
产氧光合作用利用的是水，不产氧光合作用利用的是硫化氢，世界上有硫化氢的地方不那么多，而水则到处都是。
这种产氧光合作用是什么时候出现的呢？目前主流的认知是30-27亿年前，产氧光合作用就出现了，当然还有一些科学家认为其实在35亿年前产氧光合作用就已经出现了，他们的证据也是这些35亿年前的叠层石，他们在叠层石的切片中发现在叠层石凸起的尖端处有一些气泡存在的痕迹，而这些气泡很可能就是产氧光合作用在产氧的过程中留下的。
红圈处就是气泡[3]
目前为止，公认的最早进行产氧光合作用的生物被称为蓝细菌，它还有个名字，叫做蓝藻——这就是我们今天所说的，改变地球的幕后大佬。蓝藻出现后，迅速繁衍开来，只要有水有阳光的海域基本上都是蓝细菌的活动范围，它们利用光合作用生成氧气，在此后的35亿年间，逐渐提升地球的氧气水平，把地球从一个无氧星球改造成为了如今的富氧星球。蓝藻这种生物在现代依然存在，蓝藻广泛存在于各种池塘沼泽地，我们取一管水很大概率能够看见它。
多样化的蓝藻，它们可以单独存在，也可以很多个连接起来存在
我们在初中高中也许会听说一个词，叫做富营养化，富营养化后的水体看上去绿油油的，这其中就有很大一部分是蓝藻。
富营养化的水体绿油油的，大部分都是蓝藻的功劳 图/ECOEVO@TCD
蓝藻这种微生物在我们现在看起来却是毫不起眼，但是如果我们把时间尺度放到整个地球历史上看的话，这种生物实在是了不起的生物。要不是它们几十亿年如一日进行光合作用制造氧气，我们人类根本不会出现。致敬大佬！
事件名片：
参考文献：
[1]地质微生物学 原书第5版[M].中国石化出版社,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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