藻類:動植物的源頭?

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藻類是文明的源流?

物競天擇,一切物種皆由演化而來。達爾文為探尋物種起源指點方向,至於生物如何演化,一直是科學界謎團。近日有一班澳洲及德國科學家嘗試為演化史補遺,主張藻類是所有動植物的源頭,7 億年前一場地球巨變之後,取代細菌成為地球霸主,養活並觸發不少物種的演化,最終衍生出無數動植物。

上古地球是一場感冒與發燒交替的疾病史,氣候忽冷忽熱:7 億 1,700 萬年前,地球恰如一個雪球,絕大部分海面結冰,超級大陸亦被厚冰全面覆蓋。此時發生一場火山爆發,徹底改寫了地球史:火山釋出大量二氧化碳,造成全球暖化,世界開始融冰,海面溫度高達 60℃。及至 6 億 5,900 萬年前,地球已由雪球變成溫室;再過 1,400 萬年,地球又冰封為雪球。

遠古藻類:青綠藻(prasinophyte)。 圖片來源:維基百科

藻類(algae)又稱懸浮植物,涵括原核生物、原生生物界和植物界,是地球上最古老的生物之一,有現存化石可追溯至 17 億年前。根據澳洲國立大學地球科學系教授 Jochen Brocks,地球該段冷熱交替期為生物帶來豐富營養,促成藻類興起,海洋食物鏈重塑下,複雜生物機制得以演化而成。Jochen Brocks 與一眾科學家的研究獲刊於權威期刊「自然」(Nature)。

藻類時代降臨之前,海洋由細菌主宰,其中以藍菌(cyanobacteria)最具影響力,憑藉光合作用,藍菌自給自足外,亦為大氣提供氧氣。其後,約於 19 億至 9 億年前,有一個複雜細胞併吞了藍菌,獲得光合作用的能力,先是形成藻類,後來擴及一切植物,由浮游植物(phytoplankton)到海草,再由樹木到花卉,皆是一次偶發事件派生而來。

Jochen Brocks 團隊研究海床的化學物,發現其中內含藻類細胞元素甾烷(sterane)及細菌元素藿烷(hopane)。通過比較兩者比例,能夠推斷歷年來相對數量的演變。團隊據此指出,第一次雪球期及之前,細菌藿烷的數量大幅超出藻類甾烷,而當地球暫時解凍,即約 6 億 5,900 萬年前至 6 億 4,500 萬年前,甾烷數量急升百倍甚至千倍之多,種類亦開始呈現多樣化。

磷酸鹽礦石。

地球之所以從細菌時代過渡至藻類時代,或與磷酸鹽(phosphate)有關。磷酸鹽是一種重要養分,對生物的數量及成長速度影響至巨。而在地球歷史中,海洋的磷酸鹽含量一向偏低,但在 8 億至 6 億 3,500 萬年前,亦即緊接藻類崛起之前,磷酸鹽突然大幅增多,開始逐步改變地球生態。

細菌的表面積比例較大,有助周圍汲取養分,因此磷酸鹽含量偏低的貧瘠環境有利細菌繁衍;而在磷酸鹽豐富的情況,則有利體積較大的生物生存。第一次雪球期期間,冰川將山夷平撞碎,磷酸鹽排入海洋;而當地球變暖,雨水又為海岸帶來更多磷酸鹽,最終打破細菌的海洋霸權。

狄更遜水母屬於 5 億至 6 億年前的埃迪卡拉生物群,是為地球首批多細胞生物之一。 圖片來源:Wikimedia Commons

Jochen Brocks 團隊推測,磷酸鹽養分先由藍菌吸收,經由其他微生物,滋養較大型的藻類。藻類大量繁殖,輾轉促進有孔蟲界(rhizarians)演化,這種單細胞生物(包括阿米巴變形蟲)能夠一日鯨吞海洋近半藻類。新食物鏈造就「大型動物」:厘米大小的生物約於 6 億 3,500 萬年前誕生,隨後埃迪卡拉時期(Ediacaran Period)出現地球第一批多細胞生物 —— 埃迪卡拉生物群(Ediacaran biota),宣告動物時代來臨。

換言之,先有磷酸鹽,再有藻類,最後輪到動物登場。Jochen Brocks 在大西洋月刊訪問表示,一個有鯊魚的生態系統不可能單由細菌造就。研究固然有說服力,但亦不無過度簡化之嫌,例如有質疑指,藻類品種繁多,其中只有少數具備生態價值(尤其是青綠藻),是次研究無法證明哪些藻類得益於磷酸鹽;而藻類與藍菌共生共存,加上食物鏈錯綜複雜,單憑一種生物不見得能夠改變整個生態。如同一切起源論,一日未有決定性證據,一日仍是假說。不過,云云理論之中,藻類起源是目前較能呼應各範疇研究成果的一種,只是尚待深入考證。