《宇宙自然生命简史：44有毒的氧气和线粒体入侵》歌词

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[00:00:05] 欢迎收听科学有故事

[00:00:09] 比科学故事更重要的重要最重要的是科学精神

[00:00:18] 这是科学有故事与腾讯音乐天琴实验室联合制作的科普节目

[00:00:23] 我是你的主播汪洁

[00:00:25] 在堪培拉的澳大利亚国立大学中有一栋建筑是地球科学系的所在地地球化学家贝内特女士的办公室就在里面现在啊

[00:00:36] 代表着生命的黎明的东西

[00:00:39] 至少啊是极为接近那一时期的东西正静静地躺在贝内特办公室的架子上

[00:00:46] 他是一位美国人亲切友好1989 年

[00:00:50] 因为一个为期两年的项目从加州来到了澳大利亚国立大学就留了下来

[00:00:56] 一直到今天2001 年底比尔拜访了他

[00:01:00] 他递给比尔一块毫不起眼的笨重

[00:01:03] 十块

[00:01:03] 主要成分是细条纹的白色石英和灰绿色的鞋灰时

[00:01:09] 他来自格林兰的阿克利亚岛

[00:01:12] 199 6年在那里发现了极为远古的岩石

[00:01:16] 它们是38 亿年前的海洋沉积物以前从未被发现过地球上最古老的微生物就藏在里面

[00:01:28] 我们从何而来

[00:01:31] 要去向何方

[00:01:36] 一个星球一个实验

[00:01:39] 请听我为您讲述有关宇宙自然生命简史

[00:01:49] 其实准确的说呢话时话的微生物是找不到的

[00:01:53] 再仔细也没用

[00:01:54] 因为在海洋中的泥巴转变成化石的过程中那些简单原始的微生物早就没有了

[00:02:01] 我们只能靠间接的方法再敲碎石头之后

[00:02:04] 我们在显微镜下看到的

[00:02:06] 其实啊

[00:02:07] 是微生物遗留下来的化学残剂

[00:02:10] 也就是碳的同位素和一种磷灰石的磷酸盐

[00:02:15] 这两样东西是极为有利的证据可以证明石头中曾经是生命的栖息地

[00:02:21] 至于那些生命是什么样子的

[00:02:23] 我们现在也只能猜猜而已

[00:02:25] 很可能只是最最基本的生命形式

[00:02:28] 但毫无疑问

[00:02:29] 它们也是生命它们活过繁殖过

[00:02:32] 正是这些简单的生命

[00:02:34] 最终变成了我们要像贝内特女士一样深入到古老岩石的内部

[00:02:40] 澳大利亚国立大学是个首选的去处

[00:02:43] 我们能有这样的本事要大大感谢一个人

[00:02:46] 她叫康普

[00:02:47] 斯顿是个心灵手巧的天才现在

[00:02:50] 早就已经退休了

[00:02:51] 是他在上世纪70 年代发明了世界上首台高灵敏度高解析度离子显微探测仪

[00:02:59] 人们也经常用它的首字母的组合亲切地称他为shrimp 也就是啊小虾的意思

[00:03:06] 它可以测定一种叫锆石的小矿物质中铀和铅元素的比例

[00:03:12] 根据铀元素的衰变规律

[00:03:14] 我们就可以推算出锆石的年龄而锆石呢

[00:03:18] 则普遍存在于除玄武岩之外的大多数岩石中

[00:03:22] 并且极为的稳定自然界中除了我们之前讲过的钱

[00:03:27] 莫运动能消灭他以外

[00:03:29] 其他的地质运动基本上都不能把他们消灭大多数的地壳岩石都会在某一时间重新回到地球内部

[00:03:36] 但也会在某些偶然的情况下

[00:03:39] 一直留在地表上

[00:03:40] 比如在澳大利亚的西部和格陵兰地区就发现了这些岩石

[00:03:45] 康普斯顿的仪器能以无与伦比的精度测定这些岩石的年代

[00:03:52] 小虾的原型机是在地球科学系自己的车间中制造的看上去啊

[00:03:57] 很像是为了节省开支

[00:03:58] 而用各种零部件拼凑起来的

[00:04:00] 但是他却很管用

[00:04:02] 1983 年他首次正式测试就测定出了一块来自澳大利亚西部有43 亿年历史的古老岩石

[00:04:12] 在贝内特的实验室小虾已经升级为了小虾2 .0

[00:04:17] 那是一个又大又重不锈钢制成的机器差不多有3 .5 米长1 .5 米高坚固的像一个深海探测器来自新西兰坎特伯雷大学的小伙子鲍勃坐在操纵台前

[00:04:30] 目不转睛地盯着屏幕上不断变化的一串数字

[00:04:34] 他从早上四点开始就一直坐在这里

[00:04:37] 现在啊

[00:04:38] 已经是上午九点了

[00:04:39] 鲍伯说他要一直干到中午小向2 .0 1天

[00:04:43] 24小时

[00:04:44] 不停的运转

[00:04:46] 这台仪器会用带电的粒子流轰击岩石样本

[00:04:49] 然后检测锆石中铅和铀的微量变化

[00:04:54] 这样就可以精确地测定出岩石的年代

[00:04:57] 爸爸说检测样本中的一份锆石需要花17 分钟时间

[00:05:02] 但是为了让数据更可靠

[00:05:04] 同一个岩石样本必须要要检测几十分锆石

[00:05:08] 实际上呢

[00:05:09] 这一工作相当的重复

[00:05:11] 枯燥一点儿都不刺激

[00:05:13] 有点像不停的去自助洗衣店

[00:05:15] 但是爆破看上去却很开心

[00:05:17] 好像在我的印象中呢

[00:05:19] 新西兰的人总是很开心

[00:05:21] 那即便到了今天利用岩石中的锆石测定岩石标本的年龄依然是最主要的测年方法之一在这之后啊又发展出了一些新的测年法例如la I cp Ms 法和I d tr Ms 法虽然啊工艺上有一些区别

[00:05:40] 但是原理上呢

[00:05:42] 都是通过元素的衰变现象来推算年代

[00:05:46] 现在呢

[00:05:46] 我们已经能够做到把误差控制在一千万年之内

[00:05:50] 在贝内特的办公室的墙上有一幅海报表现的呢

[00:05:55] 是一个艺术家对远古地球的丰富想象力

[00:05:58] 那可能是35 亿年前的地球生命才刚刚起步

[00:06:03] 在地球科学中

[00:06:04] 我们把这一时期称为太古代在那幅画上展示的像是一个外星球的世界巨大的火山冒着蒸汽古铜色的大海

[00:06:15] 天空啊

[00:06:15] 这是刺眼的红色在前景的阴影中呢

[00:06:19] 充填着一种长着细菌的石头

[00:06:22] 这种石头叫做成蝶时

[00:06:24] 他实在不太像是一个很有希望诞生和哺育生命的地方

[00:06:29] 实际上呢

[00:06:30] 这些景象都是出自科学家们的想象

[00:06:33] 真实的情况啊

[00:06:35] 可能差别很大

[00:06:36] 我们现在并不能准确地知道那个时候到底长什么样

[00:06:40] 有一个学派认为当时呢其实很凉爽

[00:06:43] 因为太阳还比较弱

[00:06:44] 如果没有大气层的保护

[00:06:47] 即便从很暗淡的太阳上发出的紫外线也会撕碎早期的任何分子间

[00:06:53] 但是啊

[00:06:54] 就是在那个还缺乏大气的地球表面上就已经开始出现了有机生物

[00:07:00] 可以肯定的是

[00:07:01] 那个时候的世界根本不适合我们

[00:07:04] 如果你乘坐时光机回到太古代一脚还没有踏出去就会迅速的缩回去

[00:07:10] 为什么呢

[00:07:11] 因为啊那时候的地球没有可供呼吸的氧气比今天的火星还要不如整个世界充满了盐酸和硫酸挥发出来的毒气足以腐蚀掉你的衣服让你的皮肤起泡

[00:07:26] 像贝内特办公室中那幅画上的干净又鲜艳的景色

[00:07:30] 那是不可能出现的大气中

[00:07:32] 其实密布着浑浊的化学气体透不过一丝阳光

[00:07:37] 只有频频发生的闪电短暂的照亮大地

[00:07:41] 总之啊

[00:07:42] 虽然这的确是地球

[00:07:44] 但你绝对认不出来

[00:07:45] 在20 亿年前细菌是这个星球上唯一的生命形式

[00:07:51] 他们只是活着繁殖自己越来越多

[00:07:54] 但丝毫没有表现出要走向更高一个层次的存在

[00:07:58] 在地球投1 0亿年的某个时刻找清军或者也有可能是蓝藻菌

[00:08:04] 学会了利用一种天然的资源

[00:08:07] 也就是在水中大量存在的氢元素

[00:08:10] 他们首先呢会吸入水分子

[00:08:13] 然后啊吃掉其中的氢元素把氧气作为费料给排出来

[00:08:18] 这就是大名鼎鼎的光合作用

[00:08:21] 马克里斯和萨根就指出

[00:08:23] 光合作用无疑是我们这个行星的生命历史上最为至关重要的发明

[00:08:29] 这项发明权并不属于职务

[00:08:32] 而是细菌

[00:08:33] 随着早清军的激增

[00:08:35] 这个世界就开始充满了氧气

[00:08:38] 但是啊

[00:08:39] 这却让一些微生物惊骇不已

[00:08:41] 因为氧气对他们而言是剧毒

[00:08:44] 这样的微生物在那个时候比比皆是

[00:08:47] 我们血液中的白细胞杀死入侵细菌的一个重要手段

[00:08:51] 就是利用氧气很多人听到这一点啊

[00:08:54] 往往会感到吃惊

[00:08:55] 因为我们会觉得氧气对健康很有益

[00:08:58] 在医院里

[00:08:59] 我们常常要吸氧

[00:09:00] 其实啊

[00:09:01] 那只不过是因为我们已经进化的离不开他了

[00:09:05] 对很多别的东西来说

[00:09:07] 氧气是很可怕的

[00:09:09] 它会使黄油变质铁生锈

[00:09:11] 甚至我们自己对他的忍耐力也是有一定限度的氧气在我们的细胞中的浓度一般只有大气浓度的1/1 0 而已

[00:09:22] 好

[00:09:22] 我们上个小广告

[00:09:24] 今天的广告很重要

[00:09:33] 科学声音理性的力量演讲会2018 年再度来袭

[00:09:40] 我是回到2049 的刘静正我是科学有故事的汪杰

[00:09:45] 我是科学史评话的吴京平

[00:09:47] 我是王木头讲科学的王木头

[00:09:49] 我是原来是这样的旭东

[00:09:53] 4 月29 日

[00:09:54] 我在我的故乡浙江绍兴欢迎您的到来

[00:09:58] 绍兴啊

[00:09:59] 真是个好地方

[00:10:00] 鲁迅陆游王阳明蔡元培王羲之贺知章等等名人可以说是多到数不过来

[00:10:06] 从小就背诵从百草园到三味书屋啊

[00:10:10] 早就想去看看了

[00:10:12] 还有老酒茴香豆社戏乌篷船空一级走进咸亨酒店逛完江南水乡再听一场理性的力量演讲会从历史走进现代从过去回到未来

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[00:10:35] 售完即止

[00:10:41] 新诞生的耗氧生物具有一个巨大的优势

[00:10:45] 他们产生能量的效率更高

[00:10:47] 所以呢

[00:10:48] 他们总体繁殖的也更快而厌氧微生物越来越不适应新环境

[00:10:54] 他们一部分退到了淤泥中

[00:10:56] 也就是沼泽和胡底

[00:10:58] 而另一些呢

[00:10:59] 则在晚些时候

[00:11:00] 应该说啊是相当晚些的时候移居到了动物的消化道中

[00:11:05] 比如啊

[00:11:05] 在你和我的消化道中就有无数个他们

[00:11:09] 数量庞大的这类原始的实体正生活在你我的体内帮助我们消化食物

[00:11:15] 不过我们最熟悉的大肠杆菌

[00:11:17] 倒是不怕氧气

[00:11:18] 当然也有数不清的厌氧微生物

[00:11:21] 因为无法适应新环境

[00:11:23] 而最终退出了历史的舞台

[00:11:25] 早清军在生存竞争中取得了胜利

[00:11:29] 一开始啊

[00:11:30] 他们所产生出的氧气并没有聚集到大气中

[00:11:34] 而是与铁化合成了氧化铁沉入到了原始海洋中有这么几百万年的时间世界啊

[00:11:41] 是真的生锈了这一现象呢

[00:11:43] 被海底的条形铁沉积物生动地记录了下来

[00:11:47] 因为今天提供了极为丰富的铁矿石在此后的几千万年中呢

[00:11:53] 没有什么更特别的事情发生了

[00:11:55] 如果你回到那个被称为太古代的早期地球世界你找不到什么迹象能看出这些生命的未来很有前途

[00:12:03] 也许你能在四处发现一些隐蔽的小水池

[00:12:07] 水面上漂浮着一层像浮渣一样的活体生物在海岸边的岩石上

[00:12:12] 或许还能发现一些褐绿色的东西亮晶晶的

[00:12:16] 除此之外啊

[00:12:17] 就再也看不出生病的迹象了

[00:12:20] 但是到了3 5亿年前有一些更重要的事情开始显露出来

[00:12:25] 在所有的浅海中出现了一种可被观察到的结构变化早清军在简单重复的化学过程中变得有了一定的粘性

[00:12:36] 于是啊

[00:12:36] 他们会吸附灰尘和沙子粘结成了有一点古怪

[00:12:40] 但又坚硬的结构体

[00:12:42] 这就是贝内特办公室墙上海报中的那种层叠石

[00:12:47] 它们的形状和大小各异

[00:12:49] 有些呢

[00:12:50] 长得像巨大的花椰菜有些呢

[00:12:53] 像是毛茸茸的床垫

[00:12:54] 有些又长成圆柱体伸出水面几十米

[00:12:58] 甚至有几百米高从表现形式来看呢

[00:13:02] 陈叠石就是一种活的岩石

[00:13:04] 它们代表了世界上第一个合作项目

[00:13:07] 许多原始的微生物

[00:13:09] 有的生活在水面以上

[00:13:11] 有的则生活在水面以下

[00:13:13] 互相依赖对方创造出来的条件而生存

[00:13:17] 世界上有了第一个生态系统

[00:13:20] 很多年以来呢

[00:13:21] 科学家们都只能通过化石来了解陈蝶时的情况

[00:13:26] 但是万万没有想到啊

[00:13:27] 在196 1年科学家在澳大利亚西北部遥远的沙克湾竟然发现了活着的陈叠石

[00:13:35] 这给了他们一个大大的惊喜

[00:13:37] 这实在是啊

[00:13:38] 非常的出乎意料

[00:13:39] 大大的出人意料

[00:13:41] 实际上科学家们用了好几年的时间才真正意识到他们到底发现了什么

[00:13:46] 今天呢

[00:13:47] 沙克湾已经成了非常热门的旅游点

[00:13:50] 至少在方圆几百里之内没有什么其他更能吸引游客的地方了

[00:13:55] 用木板架成的人行道一直伸进海湾中

[00:13:59] 游客可以漫步在水面上仔细地观看那些正在水下安静

[00:14:04] 呼吸着的陈叠石

[00:14:07] 他们看上去灰不拉几的没有什么光泽

[00:14:10] 甚至有点像一大坨牛粪

[00:14:12] 但是呢

[00:14:12] 如果你意识到你正在看到的可是3 5亿年前地球生命的残余

[00:14:18] 并且啊他们还是活着的你难道不会感到目眩神迷吗

[00:14:24] 正如英国的著名古生物学家理查德福特所说

[00:14:28] 这是真正的时光旅行啊

[00:14:30] 如果以真正的价值来评价世界奇迹的话

[00:14:33] 那么这个景观应当与吉萨金字塔齐名

[00:14:37] 第一次看到这些毫不起眼的石头的时候

[00:14:40] 你肯定想不到他们是由无数的活生物构成的

[00:14:44] 据估计啊

[00:14:45] 每平方米岩石上生活着36 亿个微生物

[00:14:49] 如果你观察的够细

[00:14:51] 有时候你会看到岩石表面上冒出一串气泡

[00:14:55] 这就是他们释放出的氧气

[00:14:58] 在21年的时间里就是这样小小的努力

[00:15:01] 日积月累

[00:15:02] 使得地球大气中的氧气含量升高

[00:15:05] 到了2 0%

[00:15:07] 为生命史上的下一个篇章铺平了道路

[00:15:10] 如果大家想看看这个在古生物学家眼里堪比吉萨金字塔的奇迹

[00:15:16] 你可以到我的科学有故事的微信公众号中回复关键词层叠石三个字

[00:15:22] 就是层层叠叠的石头成蝶十句认为呢沙克湾的这些成蝶时

[00:15:29] 可能是地球上进化最慢的生物也肯定是世界上最稀有的物种之一他们是舍己为人的一种生物在为别的生物创造了合适的生存条件后

[00:15:41] 他们自己却几乎在所有的地方都被挤出局

[00:15:46] 为什么他们在杀客湾还存在呢

[00:15:49] 科学家们认为啊

[00:15:50] 可能是因为那里的海水盐度太高不适合那些会吃掉它们的生物生命之所以用了那么久才变得复杂起来

[00:15:59] 其中有一个原因就是整个世界都在等待足够多的氧气

[00:16:04] 用理查德福特的话来说

[00:16:06] 因为动物们需要足够的氧气才有力气干活吗

[00:16:10] 地球等了21年

[00:16:12] 这差不多是地球整个历史的4 0%

[00:16:16] 才终于等到氧气的浓度达到了与现代差不多的水平

[00:16:21] 但是时机一旦成熟了

[00:16:23] 几乎是突然之间一种新的细胞出现了它们包含了一个和和其他一些小结构统称为细胞器

[00:16:32] 这一切又是怎么发生的呢

[00:16:35] 据认为很可能是这样的

[00:16:37] 有这么一些鲁莽

[00:16:39] 而又爱冒险的细菌互相入侵对方野或者呢

[00:16:43] 是互相补货了对方

[00:16:45] 总之啊

[00:16:46] 它们一结合后就使得双方都很舒服

[00:16:49] 不想分开了

[00:16:50] 于是被捕获的细菌就变成了线粒体

[00:16:54] 至少科学家现在是这么认为的

[00:16:56] 这种线粒体入侵

[00:16:58] 在生物学术语中呢

[00:17:00] 就被称为内共生事件

[00:17:02] 这就使得复杂生命成为可能

[00:17:05] 在植物界类似的入侵还产生了叶绿体

[00:17:09] 使得植物可以进行光合作用

[00:17:12] 线粒体操控着养以某种方式释放食物中的能量

[00:17:17] 要不是这种绝妙的把戏啊

[00:17:19] 地球上的生命永远都只是生活在淤泥中的原始微生物

[00:17:25] 线粒体非常非常的小

[00:17:27] 你可以把十个线粒体打包进一粒沙子大小的空间中

[00:17:31] 但他们却饥肠辘辘

[00:17:33] 你摄取的几乎所有的营养都喂给了他们

[00:17:37] 如果没有线粒体

[00:17:38] 我们连两分钟也活不到

[00:17:40] 即使已经过去了

[00:17:41] 11年之久

[00:17:43] 但是线粒体的许多表现行为似乎表明啊

[00:17:46] 他认为和我们之间还有些问题解决不掉

[00:17:49] 他们拥有属于自己的DNA 和核蛋白体

[00:17:54] 他们与数组细胞并不是同时分裂

[00:17:57] 他们看起来呢

[00:17:58] 更像是一种细菌在遇到抗菌素的时候

[00:18:01] 他们会做出与细菌类似的反应

[00:18:05] 他们的基因语言

[00:18:06] 甚至与它们的宿主细胞也是不同的

[00:18:09] 总之呢

[00:18:10] 他们似乎收拾好了

[00:18:11] 行李随时都可以出走

[00:18:14] 就像你家里来了一个陌生人

[00:18:16] 但是一来呢就是11年也没有走有了线粒体的这种新型细胞就被称为真核细胞

[00:18:24] 那么与之相对应的就类型呢

[00:18:26] 被称之为原核细胞

[00:18:29] 他们似乎啊是突然出现在化石记录中的现在已知的最古老的真核细胞叫卷曲藻

[00:18:36] 它是199 2年在密歇根的铁沉积物中发现的

[00:18:40] 在该化石之后的七到1 1年中

[00:18:43] 我们没有别的发现从此呢

[00:18:46] 地球迈出了成为一颗真正有意思的行星的第一步

[00:18:51] 与真核细胞相比啊

[00:18:52] 原核细胞只不过是一小袋化学物质而真核细胞要比他的表兄原核细胞大一万倍能够携带10 00倍之多的DNA

[00:19:04] 感谢这一伟大的突破性进展

[00:19:06] 生命才因此逐渐变得复杂起来

[00:19:10] 最终创造了两类生物一种呢

[00:19:13] 是排出氧气

[00:19:14] 比如说植物

[00:19:16] 而另一种呢

[00:19:17] 则摄入氧气就像你和我只有一个真核细胞的生物就被叫做原生生物

[00:19:24] 相对于细菌而言呢

[00:19:26] 这种新生的原生生物在设计的精巧性上堪称奇迹

[00:19:31] 比如说啊

[00:19:32] 一个最简单的变形虫仅仅只有一个细胞除了生存

[00:19:36] 他没有任何的雄心壮志

[00:19:38] 但是在他的DNA 中却包含了四一条遗传信息足以写成80 本50 0页的书

[00:19:47] 最终真核细胞差不多用了1 1年学会了一种更加独特的把戏

[00:19:54] 这个把戏啊

[00:19:55] 实在是太伟大了

[00:19:57] 他们学会了组合在一起

[00:19:58] 形成更复杂的生物

[00:20:01] 我们都要感谢这一伟大的发明

[00:20:03] 使得像人类这样又大又复杂的实体才成为可能

[00:20:08] 然而我想让你记住我们这个世界

[00:20:11] 直到今天却依然是微生物的天下微生物依然主宰着行星地球人类不但没有驾驭微生物的本领

[00:20:20] 今天如果我们和微生物真要开战的话

[00:20:23] 那几乎没有悬念

[00:20:25] 输掉的一方肯定是我们好科学有故事

[00:20:29] 下期节目咱们就来聊聊微生物的世界

[00:20:44] 科学声音

[00:20:48] 有一位科学声音的忠实听众

[00:20:50] 也就是电影导演苏士兵江湖人称啊

[00:20:53] 苏老爷

[00:20:54] 他在微信上告诉我说呢

[00:20:56] 他的星座西部计划已经在爱奇艺上映了这部影片呢

[00:21:00] 我其实关注挺久了

[00:21:01] 因为他一直在跟我说他在拍这部片子呃拍得很辛苦疏导呢

[00:21:06] 是一个视角独特的八零后导演我之前啊

[00:21:09] 看过他导的一部文艺片叫拉条子非常的感人

[00:21:13] 这次的星座西部计划呢

[00:21:14] 这一改风格是一部喜剧片风格啊

[00:21:17] 有点像疯狂的石头在荒诞中透出他对社会观察的独特视角

[00:21:23] 因为是科学声音听众的作品啊

[00:21:25] 所以我很愿意推荐一下这部影片大家如果有时间有兴趣

[00:21:29] 不妨啊

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[00:21:52] 别忘了订阅点赞

[00:21:54] 留言

[00:21:55] 感谢大家的收听我们下期再见

[00:22:35] 嗯