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宇宙的起源第三期:地球生命的起源,生物大爆发。
太古宙
公元前38亿年-公元前25亿年太古宙起始于内太阳系后期轰炸期的结束,地球岩石开始稳定并可以保留到现在,太古宙的原始大气以甲烷为主,已有细菌和低等蓝菌存在。
约38亿年前
古菌出现
古菌(Archaea)是地球上最古老的生命形态,出现于38亿年前。美国微生物学家卡尔·乌斯在年提出了三域系统,将原核生物和真核生物按生命形式分为:细菌、古菌和真核生物三个域。
Sulfolobus
古菌最早是在一些极端环境,如火山温泉中发现的。它们可以是球形、杆状、螺旋状、矩形或不规则形等很多形状。近年来发现它们的栖息地十分广泛,从土壤、海洋、到河流湿地。它们也被发现在人类的大肠、口腔、与皮肤上。
海洋中浮游生物
海洋中古菌特别多,一些浮游生物中的古菌可能是这个星球上数量最大的生物群体。图中浅绿色的部分标识的就是海洋中浮游生物。
黄石国家公园的大棱镜温泉
古菌最早是在一些极端环境,如火山温泉中发现的。图为黄石国家公园的大棱镜温泉。
L年发现的古菌新类群
年在西班牙力拓河的矿渣酸性废水中发现的古菌新类群。古菌可以在各种各样的栖息地出现,占有地球上20%的生物量。最早发现的古菌也是嗜极生物,极高的温度(经常°C以上)下,比如间歇泉、石油井或者海底深海热泉中。还有的生存在很冷的环境或者高盐、强酸或强碱性的水中。
Comparisonofeukaryotesvs.prokaryotes
真核生物与原核生物的比较
Phylogenetictreeshowingthediversityofpro...
生物多样性之树
Geologicaltimespiral
生物发展螺旋模型。
Eocytehypothesis
三域系统之树(左侧)以及泉古菌门之树(Eocyte,右侧)。
白蚁与古菌
制造甲烷的古菌与白蚁拥有互利共生关系。
约38亿年前
蓝菌出现
蓝菌(Cyanobacteria)是一种原核生物,在地球上已存在约38亿年,是目前发现最早的光合放氧生物,对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。
蓝藻
之前蓝菌(蓝绿藻)被归于藻类,直到发现它并无核膜,与细菌非常接近,因此被归入细菌域。蓝菌是唯一能进行光合作用的原核生物。根据共生体学说,植物和真核藻类中发现的叶绿体是由古蓝菌进化而来的。图为中美洲阿蒂特兰湖的卫星影片,可以看到湖域周边生长着大片蓝藻。
蓝菌微观构造示意图
蓝菌的细胞一般比细菌大,通常直径为3~10μm,最大的可达60μm,如巨颤蓝细菌。单细胞蓝菌的细胞构造与革兰氏阴性细菌相似。细胞壁有内外两层,外层为脂多糖层,内层为肽聚层。Bluegreenalgaeculturedinspecificmedia
在特殊容器中培育的蓝藻菌在农业中的作用很大,因为蓝藻可以把空气中的氮气固定在土壤中(增加养分、天然的化肥!)。
显微镜下的发菜
显微镜下的发菜,同属蓝菌门,广泛分布于世界各地(如中国、俄罗斯、索马里、美国等)的沙漠和贫瘠土壤中,因其色黑而细长,如人的头发而得名,可以食用。图中可见念珠状的藻丝及异形胞(明显大于营养体细胞)。
lEfflorescenceverte5Cyanobacteria
蓝菌产生的水华现象,并伴随有蓝菌毒素,会令水域中的鱼类死亡。约37亿年前
叠层石形成
叠层石(Stromatolite)是一种指准化石(推知地质年代),由原核生物产生的有机物沉积形成,通常为藻类微生物化石。它记录着丰富的古环境信息。在格陵兰岛发现了约有37亿年历史的叠层石。
叠层石
叠层石形成原因是因为蓝细菌进行光合作用导致二氧化碳减少,产生了碳酸钙的沉淀,这些沉淀物被一层细菌的菌落周围的黏液抓住,这个过程不断进行,就变成了一层层的菌体和沉淀物的组合,也就是叠层石。叠层石
叠层石的形成在距今30-20几亿年前的地球上极为普遍,在世界各地都有大量的发现,尤其以在澳洲、美洲大陆上发现的最为广泛和古老。
PavilionLakemicrobialitetowers
在加拿大西部BritishColumbia区域海域内发现的叠层石。
现代叠层石
澳洲西部鲨鱼湾的现代叠层石。
欧洲发现的叠层石
在北部欧洲爱沙尼亚发现的叠层石。元古宙公元前25亿年-公元前5.4亿年
元古宙,又称元古代、原生代。早期大气氧气含量逐步提升,此时期已有许多菌类、藻类植物和古代微生物。元古审中期发生了全球性大冰期,末期形成雪球地球。同时这一时期也发生着广泛的地壳运动,是地球主要的造山时期。
约24.5亿年前
大氧化事件
约24.5亿年前,大气中的游离氧含量突然增加而导致大氧化事件(GreatOxygenationEvent)发生。
大氧化事件
大氧化事件具体原因尚不得知,目前只有若干种假说能加以解释。有说法认为,是由于海藻类植物进行光合作用,使得地球上的氧气迅速增加,而破坏氧气的甲烷细菌所依赖的镍的数量急剧减少,使得大气中的含氧量大量增加,所以称为‘大气氧化事件”。大氧化事件使得地球上矿物的成分发生了变化,也使得日后动物的出现成为了可能。
Cyanobacteria(蓝绿藻、蓝菌门)
蓝绿藻的大量繁殖被认为是造成地球上氧气增加的重要原因。
FilamentousCyanobacteriaBloomnearFiji
在斐济(大洋洲)阳附近海域的蓝绿藻大量的聚集和生长。
lStromatolites(层叠石)
层叠石是地球上最古老的石头(化石),这块10亿年前的层叠石上也留下了蓝绿藻留下的岁月痕迹。
绿体vs.蓝绿藻
对比叶绿体(左)和蓝细菌(右)显示其相似之处。目前被广泛接受的共生体学说认为叶绿体是从蓝细菌(蓝绿藻)进化而来的。约24亿至21亿年前
新太古代大冰期
新太古代大冰期,又称休伦大冰期(Huronian),出现于24亿年到21亿年前。由于主要冰盖遗迹证据在休伦湖北岸被发现而命名。这可能是地球上最严重最漫长的寒冷期。其成因可能是大氧化事件,大气层中急剧增加的氧气破坏了原始大气中的主要温室气体甲烷与二氧化碳所致。寒冷期的结束,为真核生物的出现打下了基础。
冰河时期示意图
地球形成以来大冰期至少出现过5次。大冰期中,温度下降,改变了地球表面的植物相和生物的生存环境,许多生物因此面临灭亡或被迫迁移,只有能够适应环境的物种,才能幸存下来。
INorthAmericanGreatLakes
位于北美洲大陆包裹下的五大湖区示意图,休伦湖是其中之一,位于美国密歇根州和加拿大安大略省之间。休伦湖由早期法国探险者命名,名字来源于居住于附近地区的印地安人休伦族。LakeHuronviewedfromArchRockatMackina...
从MackinacIsland的ArchRock俯瞰下去的休伦湖风景。
ViewofLakeHuronfromEastTawasStatePar...
从TawasStatePark看过去的休伦湖风光。lpperwashBeach,LakeHuron
休伦湖的一处名叫IpperwashBeach的沙滩
BritishmapofLakeHuron
年代的英国殖民者绘制的休伦湖地图。
休伦湖
休伦湖风光(休伦湖位于五大湖中间的那座湖泊)。
这期的宇宙探索之旅就到这里,点赞加