世界最大膜：一个生物学观察者的手记

若是从月球遥望地球，让人震惊到屏住呼吸的景观莫过于，它是有生命的。从照片上看，月球表面干燥、凹凸不平，毫无生机。高悬在天际的是正在冉冉升起的地球，它的上方是一层湿润的膜，泛出浅蓝色的微光。在浩瀚宇宙的这一隅，唯有它呈现出一片生机盎然。假如你看上足够长的时间，你会看到缱绻的白云掩映着陆地，陆地在白云间时隐时现。假如你能看到远古的地质纪年的演化，你也许会看到大陆也在移动，看到它们在地火的推动下，在地壳的板块上漂移。地球看上去就是一个有组织的、独立的生命体，满载信息，以娴熟的技巧操纵着太阳。

正是膜在生物学的紊乱中厘清了意义。你得能获取能量、保存能量，准确地按需贮存能量，然后把它按照比例定量地释放出来。细胞是这样做的，细胞内的细胞器也是这样做的。每一个生命集合都徘徊在太阳能的流动中，从太阳的代谢物中攫取能量。为了活着，你必须能够跟稳态抗争，维持不平衡的状态，积聚能量以抵抗熵的增加。在我们这样的世界上，只有膜才能处理这样的事务。

地球在具有生命之后，就开始建构自己的膜，其基本目的就是处理太阳能。起初，由水中的无机成分合成肽与核苷酸的前生物期，在地球上，除了水之外，再没有什么东西可以屏蔽紫外线的辐射。最初，表面稀薄的大气全部来自地球冷却过程中所释放的气体，其中只有些微的氧气存在。从理论上讲，在紫外线的作用下，水蒸气也能发生光解作用而产生氧气，但量不会多。如尤里（Urey）所指出的，这一过程是自限性的，因为发生光解作用所需的波长正是氧气会选择性屏蔽的波长。氧气的生产几乎一开始就被切断了。

氧气的生产有待于光合细胞的出现，它必须生活在有充足的可见光并且免受致命的紫外线照射的环境中，以便进行光合作用。伯克纳（Berkner）和马歇尔（Marshall）计算出，绿色细胞必须生存在水下约10米深的地方，很可能是在水池和池塘里，这些地方水比较浅，没有很强的对流（海洋不可能是生命起源的所在）。

你既可以说，向大气释放氧气是进化的结果，也可以反过来说，进化是氧气的结果。两种说法都说都通。一旦光合细胞出现，很可能是蓝绿藻的同类，日后地球的呼吸机制就此形成了。从前，氧气曾一度达到大气浓度的百分之一，地球上的厌氧生物受到了威胁，于是，具有氧化系统和ATP的突变型应运而生。我们由此进入了爆炸式的发展阶段，各种会呼吸的生命，包括多细胞的生命形式，就可以滋生繁衍了。

伯克纳提出，过去曾有过两次这样的新生命大爆炸，形同大规模的胚胎学转化，都有赖于氧气浓度的阈值。在第一次大爆炸中，氧气浓度达到了现在水平的百分之一，得以屏蔽足够的紫外线，使细胞能够移居到江、河、湖、海的表层水域。这次大爆炸发生在大约六亿年前的古生代前期，印证了这一时期地质记载中海洋生物化石陡增的现象。第二次大爆炸发生在氧气浓度达到今天水平的百分之十时，距今约四亿年，这时，已经形成一个足够强大的臭氧层，减轻了紫外线辐射，使生命可以离开水，移居到陆地。从此以后，除了生物创造性的限制，生物的发展变得畅通无阻，再没有什么能限制生物多样性的发展了。

关于人类的幸运，还有一个真实的写照。氧气吸收的，正是紫外线光谱带中对核酸和蛋白质最具杀伤作用的部分，同时它又允许光合作用所需的可见光充分通过。如果不是氧气的这种半透性，我们也不会这样进化而来。(www.xing528.com)

从某种意义上说，地球会呼吸。伯克纳提出地球具有一个生产氧气和消耗二氧化碳的循环，这个循环有赖于地球上动植物的相对繁盛，而几次冰期则代表呼吸的暂停。植物过分茂盛可能导致氧气的浓度高于今天的水平，于是相应地引起二氧化碳的耗竭。二氧化碳浓度的下降可能破坏了大气层的温室效应。二氧化碳为大气层保持着来自太阳的热量，但随着温室效应被破坏，热量会从地表辐射散失。气温的下降又反过来抑制了大部分生物的生长。一阵长长的叹息，氧气的水平可能已经下降了百分之九十。伯克纳推测，这就是大型爬行动物所遭遇的灾难。这些大块头在含氧丰富的大气环境中生存可能不成问题，但此时它们要面临氧气耗尽的厄运。

现在，在离地球表面30英里处，有一层薄薄的臭氧层。它保护我们不受致命的紫外线的伤害。如果我们能避免使用可能破坏臭氧层或者改变二氧化碳浓度的技术，我们很安全，通风良好，安然无恙。对我们来说，氧气不是什么心腹大患，除非我们放任原子弹爆炸试验的进行，大肆杀戮海洋中的绿色细胞。当然，如果我们这样做，那无异于自寻死路。

大气是全然没有人情味的，本来很难跟它建立感情的联结。然而，它就像葡萄酒和面包一样，既是生命的一部分，也是生命的产物。总体来讲，天空是奇迹般的成就。天空和自然界的万事万物一样，按照设计准确无误地运行着。没有人能想出办法改进它，我们能做的无非是有些时候把某一块云从某一处移往其他的地方。仅用“偶然”并不能全面解释这一波澜壮阔的存在。叶绿体的出现，也许有点幸运的成分，然而，一旦这些东西登场，天空的进化就绝对是命中注定了。“偶然”意味着有其他的选择、其他的可能性、不同的解决方法。在鳃、鳔、前脑这些细节问题上，“偶然”可能是正确的，但在天空的问题上，却不是这样。在这里，不存在其他的方法。

我们应该这样称颂现在的天空：它的广袤、功能的完美，无疑是自然界鬼斧神工的产物。

地球为我们呼吸。它还为我们做了另一件事，保护了我们的福祉。每天有几百万个陨石落入这层膜的外层，由于摩擦，它们被燃烬，化为乌有。如果没有这层屏障，地球的表面早就会像月球表面一样，被撞得坑坑洼洼，满是沙砾和尘埃。尽管我们的“感受器”还没有足够灵敏，没能听见那轰击，但当得知那些声音就在我们头顶，如同夜雨敲打屋顶凌乱的声音一般时，我们就能备感宽慰。