在我們的世界里，最常見的生態(tài)關(guān)系是植物通過光合作用存儲(chǔ)能量，這些能量一部分用于植物自身，而多余的部分流到了動(dòng)物那里。

對(duì)于這樣一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)而言，所有生物所消耗的能量其實(shí)都來自太陽，而最關(guān)鍵的一個(gè)過程就是光合作用——“收集”的太陽能。

然而，光合作用是一個(gè)復(fù)雜的過程，地球生命誕生之初它肯定不存在，它是生命經(jīng)過漫長的演化才獲得的“超能力”。

其實(shí)，通過現(xiàn)有的證據(jù)，第一批進(jìn)行光合作用的細(xì)菌是藍(lán)細(xì)菌，它們很可能是在34億到29億年前誕生的。

在之后的幾億年里，這些學(xué)會(huì)利用陽光的能量將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成糖和氧氣的生物傳播向整個(gè)地球，并引發(fā)了一次被稱為“大氧化事件”的地球歷史大事件，徹底改變了地球生態(tài)。

藍(lán)細(xì)菌示意圖

之所以判定這些細(xì)菌的光合作用是在34-29億年前出現(xiàn)的，是因?yàn)橥ㄟ^分子分析得到的，現(xiàn)在所有藍(lán)細(xì)菌的共同祖先可以追溯到29億年前，而藍(lán)細(xì)菌的祖先是在34億年前從其他細(xì)菌中分支出來的，所以光合作用一定是在兩者之間的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)開始的。

然而，就像我們本專欄上一篇文章提到那樣，地球生命很可能和液態(tài)水同時(shí)出現(xiàn)，大約是在43億年前。

那么有趣的問題是，在將近10億年沒有光合作用的時(shí)間里，生物吃什么？它們是如何實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的？

最初的生命并沒有“吃”

如果我們把“吃”簡(jiǎn)單的理解為掠奪其它生命的能量的話，那么實(shí)際上，對(duì)于地球生命而言，可能超過一半的時(shí)間里都沒有“吃”這個(gè)概念——早期的生命彼此和平共存。

由于地球的地質(zhì)活動(dòng)活躍，超過40億的巖石非常稀少，所以現(xiàn)在人們根本不知道最早的生命是什么樣的，它到底開始于細(xì)胞，還是開始于遺傳物質(zhì)都存在許多爭(zhēng)議。

但是，當(dāng)生命變成一個(gè)擁有遺傳物質(zhì)的細(xì)胞時(shí)，它肯定是原核生物——這是地球更古老的生命形式，但早期的原核生物基本是各玩各的。

地球生命真正開始有“吃”的概念是真核生物的出現(xiàn)才開始的，這些生物以這種（吃）方式獲得更多的能量，而這種行為導(dǎo)致的結(jié)果就是他們的體型變大數(shù)百倍。

現(xiàn)在的化石證據(jù)表明，從大約 17 億年前開始，古代真核生物化石就變得很大，達(dá)到100至400微米。

作為對(duì)比，海洋的原核生物通常只有1微米，這種情況只有一種解釋——它們有辦法獲得更多能量——這很可能就是“吃”（吞噬）。

雖然真核生物進(jìn)化被認(rèn)為是一種原核生物吞噬另外一種原核生物的結(jié)果，但是兩者最初的吞噬被認(rèn)為并不是“吃”的關(guān)系，而是共生關(guān)系。

你可能還想了解，既然原始生命沒有“吃”，那么這些生命是怎么活的？

地球生命的新陳代謝

這個(gè)問題的答案就在于新陳代謝，無論是植物的光合作用，還是動(dòng)物的呼吸作用，其實(shí)都只是地球生命新陳代謝的一種形式而已，而且是非常新穎和復(fù)雜的代謝形式，地球生命遠(yuǎn)不是只有這兩種代謝形式。

所謂新陳代謝，它的本質(zhì)其實(shí)就是一些化學(xué)反應(yīng)，生物通過這些化學(xué)反應(yīng)釋放的能量進(jìn)行包括復(fù)制自己在內(nèi)的生命過程。

所以，新陳代謝是判斷一個(gè)東西是否屬于生命的重要依據(jù)之一，病毒就是沒有新陳代謝才被踢出了生命行列的。

我們想要了解最早的生命怎么活的話，其實(shí)就是要了解它們是如何新陳代謝的。

圖：葉綠體，真的就像是一個(gè)精密的工廠一樣

以光合作用作為基礎(chǔ)是我們熟悉的部分，但其實(shí)生命對(duì)陽光這種可靠能量來源的利用遠(yuǎn)不是只有光合作用一種，有一些生命可以利用陽光的能量來讓一些化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，從而讓一些天然原料釋放其中的能量，然后它們利用這個(gè)能量來完成生命過程。

利用陽光進(jìn)行生命過程的前者（光合作用）被稱為光能自養(yǎng)生物，而后者被稱為光能異養(yǎng)生物。

如果你覺得生物只會(huì)利用光能，那就太狹隘了，就目前來看，現(xiàn)有地球生命至少還有另外一種形式——化學(xué)合成。

簡(jiǎn)單地說就是，利用一些化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量來制造生命過程所需的原料，或者直接利用化學(xué)能來釋放一些有機(jī)物或者無機(jī)物的能量來完成生命活動(dòng)。

這些利用化學(xué)能的生物被統(tǒng)稱為化能生物，同樣也被分為化能自養(yǎng)型（前者）和化能異養(yǎng)型（后者）。

海底陽光照射不到的生態(tài)系統(tǒng) 2003 MBARI

在海底陽光無法照射到的地方——那些熱泉口上是依然充滿生機(jī)，其生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是那些化能自養(yǎng)生物，它們的生態(tài)角色就像我們熟悉的植物一樣。

理解了這些之后，我們可以來回答原始生物“吃”的問題了，首先要判斷的就是最早的生命是利用陽光，還是利用化能。

這里的答案化能很可能會(huì)更適合。

你可能也發(fā)現(xiàn)了，利用化能可以有千萬種可能——因?yàn)樵S多反應(yīng)都能釋放能量，而光能需要生物找到一些合理的方式才行。

其實(shí)，利用光能最關(guān)鍵的難點(diǎn)在于陽光是一把“雙刃劍”，它確實(shí)可以讓一些無機(jī)物或有機(jī)物鍵合成“儲(chǔ)存”光能的有機(jī)物，但是它的能量也會(huì)讓化學(xué)鍵斷裂（如果長時(shí)間暴露的話），將有機(jī)物分解，換句話說，在陽光照射下這一切是不穩(wěn)定的。

所以，現(xiàn)在生命起源于海底的說法如此吃香，因?yàn)槔藐柟獾哪芰恐圃斓挠袡C(jī)物確實(shí)很難形成一個(gè)穩(wěn)定的，對(duì)生命友好的環(huán)境。

其次，我們要判斷它是異養(yǎng)生物還是自養(yǎng)生物。

這是 “生命的起源”相關(guān)話題中最受爭(zhēng)議的部分之一，但異養(yǎng)生物相對(duì)來說勝出的可能性更大。

其實(shí)，幾乎所有動(dòng)物和真菌都屬于化能異養(yǎng)生物，最初的生命很可能和我們的代謝形式類似，是不是覺得有點(diǎn)奇怪。

圖：古細(xì)菌

之所以會(huì)有這樣的判定，其實(shí)主要原因就兩個(gè)，一個(gè)是化能異養(yǎng)生物的代謝過程更簡(jiǎn)單，另一個(gè)是從生命誕生之初，海洋就充滿了那些可以利用的“儲(chǔ)存”能量的有機(jī)物或者無機(jī)物。

生命沒有太多理由一開始就找到了更復(fù)雜的生存方式，同時(shí)拋棄取之不盡的“自然資源”。

好了，我們現(xiàn)在可以回答所有問題了：最早的生命最有可能得是化能異養(yǎng)生物，它們的能量來源則是溶解在海洋的有機(jī)物或者無機(jī)物。

最后，引用相關(guān)話題下，一位reddit網(wǎng)友的一段話作為文章結(jié)尾吧！

其實(shí)，現(xiàn)在生物進(jìn)行新陳代謝的許多化學(xué)反應(yīng)在沒有生命參與的情況下，地球本身也會(huì)不停發(fā)生，特別是在遠(yuǎn)古地球不穩(wěn)定的狀態(tài)下——強(qiáng)能量梯度下化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生和穩(wěn)定會(huì)變得更加復(fù)雜。

比如在一些系統(tǒng)中能源會(huì)還原鐵或硫等元素，這些元素在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，但在具有正確結(jié)合親和力的其他分子存在的情況下，可以被其他化學(xué)過程氧化，從而釋放“儲(chǔ)存”在其中的能量。

生命的創(chuàng)新就在于將這些反應(yīng)更好地利用起來，以便將其釋放的能量可以用來復(fù)制參與反應(yīng)本身的分子，以及生命過程的消耗。

這種簡(jiǎn)單的復(fù)制和消耗導(dǎo)致了自然選擇的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致了越來越復(fù)雜和有效的新陳代謝形式，這種情況我們現(xiàn)在依然還在繼續(xù)。