圖片僅作示意（素材來源：pixabay）

曾經(jīng)，它是綠色的。

從宇宙中看太陽系，很難不被我們所居住的這顆藍(lán)色星球所吸引。地球約七成的表面積都是海洋，在海洋的映襯下，整個(gè)地球展現(xiàn)出淡淡的藍(lán)色調(diào)。

“這一抹淡淡的藍(lán)色，是生命搖籃的一種隱喻”，來自日本名古屋大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在最近發(fā)表于《自然·生態(tài)與演化》（Nature Ecology & Evolution）上的一篇論文的第一段中寫道。

但緊接著，他們又提出了一個(gè)疑問：“只有藍(lán)色的行星才有孕育生命的潛力嗎？”

在這項(xiàng)研究中，他們發(fā)現(xiàn)一些證據(jù)表明——地球的海洋曾經(jīng)是綠色的，而這可能是原始生命，甚至外星生命的標(biāo)志。

圖片來源：Nagoya University

“2021年，當(dāng)我第一次想到地球的海洋曾經(jīng)可能是綠色的時(shí)候，我陷入了深深的自我懷疑，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的科學(xué)家松尾太郎說，“但現(xiàn)在，經(jīng)過多年的研究，我們將地質(zhì)學(xué)和生物學(xué)的新發(fā)現(xiàn)像拼圖一樣拼湊在一起后，我曾經(jīng)的懷疑的東西如今變成了我的信念。”

沒有氧氣的時(shí)光

時(shí)間回到約24億年前，那個(gè)時(shí)期的地球發(fā)生了一件影響深遠(yuǎn)的大事——“大氧化事件”（Great Oxidation Event）——讓當(dāng)時(shí)地球上的大部分生命都滅絕了。

那之前，地球上還沒有氧氣，地球上的生命都是進(jìn)行無氧呼吸的微生物。不過漸漸的，以藍(lán)藻為主的能進(jìn)行光合作用的先驅(qū)出現(xiàn)了，它們利用太陽輻射光解水產(chǎn)生分子氧，極大地改變了地球大氣的組成，同時(shí)也影響了氣候。當(dāng)時(shí)的絕大多數(shù)厭氧生命都不適應(yīng)這樣的變化，于是很快地滅絕了。不過，隨后更復(fù)雜的需氧生命形式也得以開始在地球上繁榮發(fā)展，最終有了我們的今天。

現(xiàn)代的植物主要通過葉綠素捕捉陽光，從而完成光合作用。葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光，而對綠光吸收最少，因此植物通常呈現(xiàn)綠色。然而，藍(lán)藻卻演化出了一套不同的光捕捉系統(tǒng)——藻膽體（phycobilisome），主要由藻膽蛋白組成，可以通過藻膽素（phycobilins）來吸收光的能量并進(jìn)行光合作用。基因分析顯示，一些藍(lán)藻擁有一種名為藻紅蛋白（phycoerythrin）的特殊藻膽蛋白，能夠有效吸收綠光。而研究者認(rèn)為，這很可能是因?yàn)椋?strong>這些藍(lán)藻的祖先曾經(jīng)生活在以綠光為主的環(huán)境中。

綠色的光

他們推測，起初地球大氣里缺乏氧氣，也沒有臭氧層過濾紫外線。因此，藍(lán)藻等最早的光合自養(yǎng)生物只能生活在遠(yuǎn)離海面的較深區(qū)域，以躲避紫外線的傷害。而當(dāng)時(shí)，地球海洋中含有大量的亞鐵離子，它們來源于海底熱泉（hydrothermal vent）系統(tǒng)。隨著最早的藍(lán)藻等生物開始進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，海洋中的亞鐵離子逐漸被氧化為氫氧化鐵顆粒。

圖片來源：原論文

盡管這些氫氧化鐵顆粒不溶于水，但它們可能非常?。ㄖ睆叫∮?00納米），能夠懸浮在表層海水中。在氫氧化鐵顆粒的作用下，海水表層形成了一個(gè)能有效屏蔽有害紫外線的區(qū)域，讓藍(lán)藻得以遷移到此生存。

而這些氫氧化鐵顆粒的存在同時(shí)也改變了能夠穿透海水的光的波長。它主要吸收藍(lán)光和紅光，并透射綠光，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)的海水環(huán)境以綠色為主。因此，生活在此的藍(lán)藻，演化出了能在綠光條件下進(jìn)行光合作用的特性。

隨后又經(jīng)歷了許多年，地球上的氧氣越來越多，臭氧層也逐漸成型，同時(shí)海水中的氫氧化鐵也因?yàn)楦鞣N原因漸漸減少（比如沉淀在海底）。光合自養(yǎng)生物主要能利用的光變成了白光，藍(lán)藻適應(yīng)了各種條件遍布整個(gè)地球，更復(fù)雜的植物開始出現(xiàn)并繁衍壯大，海洋也變成了如今我們所熟悉的藍(lán)色。

不同時(shí)期的藍(lán)藻生活環(huán)境（圖片來源：原論文）

綠色海洋象征生命？

事實(shí)上，如今的許多藍(lán)藻，尤其是陸地藍(lán)藻，它們的藻膽體中已經(jīng)不再具備藻紅蛋白，因?yàn)樗鼈儾辉傩枰诰G光環(huán)境下進(jìn)行光合作用。但在光線較暗的水下環(huán)境中，藻紅蛋白仍然在許多微生物的光合作用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用——這可能仍是綠色海洋時(shí)代的珍貴遺產(chǎn)。

這項(xiàng)研究揭示了地球表面環(huán)境與光合生物之間錯綜復(fù)雜的平衡。其發(fā)現(xiàn)表明，光合生命的出現(xiàn)導(dǎo)致了地球環(huán)境的變化，而這反過來促進(jìn)了光合生物的進(jìn)一步進(jìn)化，展現(xiàn)了生命與地球之間的共同演化。

2023年在日本硫磺島的實(shí)地考察中，松尾堅(jiān)定了對地球海洋曾經(jīng)是綠色的信念，于是有了如今的這篇論文?！皬拇?，我們可以看到周圍的海水因氫氧化鐵而呈現(xiàn)出獨(dú)特的綠色光澤，就像我想象中的地球曾經(jīng)的樣子?！彼晌脖硎?。

硫磺島的綠色海洋（圖片來源：松尾太郎/Nagoya University）

松尾還表示，這項(xiàng)研究或許有助于人類尋找外太空生命。因?yàn)檫@項(xiàng)研究表明，綠色海洋或許可以作為行星上存在原始生命的跡象。除了如今地球般的淡藍(lán)色，科學(xué)家也可以通過尋找遙遠(yuǎn)類地行星上是否有綠色海洋，從而尋找系外生命的跡象。

以后的海洋顏色

除此之外，這項(xiàng)研究還給了我們一個(gè)重要啟示，那就是地球的海洋顏色可能會隨著時(shí)間而發(fā)生改變。曾經(jīng)它是綠色，如今它是藍(lán)色，那么以后呢？

英國倫敦瑪麗王后大學(xué)（Queen Mary University of London）的環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)科學(xué)教授塞德里克·M·約翰（Cédric M. John）在The Conversation上的一篇文章中提到這項(xiàng)研究時(shí)，展開了暢想。

地球的未來有很多種可能，環(huán)境可能朝著各種方向變化，而這也可能導(dǎo)致未來地球的海洋變成不同的顏色。比如，約翰表示，假如以后因?yàn)榛鹕交顒拥纫蛩?，讓地球上的硫含量變得很高，就可能?dǎo)致海洋中的紫色硫細(xì)菌占主導(dǎo)地位（purple sulphur bacteria），讓地球的海洋呈現(xiàn)紫色。

又或者，在極端的熱帶氣候條件下，陸地巖石風(fēng)化出紅色氧化鐵，并被河流或風(fēng)帶到海洋中，就可能讓海洋變成紅色。

“從地質(zhì)時(shí)間尺度來看，沒有什么是永恒的，因此海洋顏色的變化是不可避免的?！奔s翰寫道。