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第三章 光合作用太阳的召唤（第5页）

和变魔术一样，会跑出一个糖！

糖是有机分子，也是列维在书里面提到的生命之链，更是我们所有食物的来源。

但是电子要从哪里来？如果用一点阳光来获取，那么很多东西都可以产生电子。

在我们所熟悉的产氧光合作用里面，电子来自水分子。

但事实上，从一些比较不稳定的分子里获取电子，会比水容易得多。

从硫化氢中获得电子，最终不会产生氧气而会得到硫，也就是《圣经》说的硫黄烈火。

从溶在海里的铁（如亚铁离子）中获得电子，会留下锈红色的铁离子，最终沉淀为新的岩石层，曾经这一过程可能十分普遍，形成现在到处可见的“条带状含铁建造”

，是地球上藏量最大的低质量铁矿。

这些形式的光合作用，在现在这个充满氧气的世界里十分罕见，纯粹是因为需要的原料，比如硫化氢和溶解的铁离子，在如今阳光普照，充满氧气的世界里很少见。

然而当地球年纪尚轻而大气还没有充满氧气时，它们曾遍布海洋，并且是更为方便的电子供应者。

这就产生了一个矛盾，而解开这矛盾，是了解光合作用进化的关键。

这个矛盾就是，为什么大自然要从一个比较方便的电子供应者，换成另一个麻烦百出的电子供应者（也就是水分子）？更何况代谢水分子所产生的废物（氧气），对于那些生产它的细菌来说是有毒的，甚至会严重威胁到细菌的生命。

就算水的含量确实远远超过其他原料，大自然也不会考虑这点，因为我们说过，进化没有远见，同理，大自然也根本不会在乎产氧光合作用可以改变世界面貌这件事。

所以到底是哪一种环境压力或进化突变，造成了这种转变呢？

最简单的答案，也是每一本教科书里面都会提到的答案，就是原料用完了。

生命开始用水作为原料，因为没有其他更好的替代品，就好像人类在用完所有的化石燃料之后，也会开始用水做燃料。

然而这是不可能的，因为地质记录显示产氧光合作用出现得非常早，远远早于各种原料用罄之前，大概提早了十几亿年的时间。

很明显，那时候生命并没有被逼到墙角。

第二个答案则完美多了，其实一直藏在光合作用的机制里面，最近才被提出。

这个答案结合了偶然与必然的结果，并且展示出世界上最复杂迂回的电子捕获机制背后的简洁规则。

叶绿体是植物体内萃取电子的地方。

这是一个绿色的微小结构，广泛存在于各种树叶与绿草等植物细胞中，同时也让它们显得绿油油。

叶绿体之名来自让它变成绿色的色素，也就是叶绿素，叶绿素可以吸收太阳能进行光合作用。

叶绿体里面有一堆精致的薄膜所组成的扁平盘状系统，薄膜上布满了叶绿素。

这些盘状结构堆在一起，看起来就像科幻小说里外星人的加油站。

每个加油站之间有许多管子相连，它们从各种方向各种角度接进来，占满了整个空间。

在这些盘状结构里进行着伟大的工作，把电子从水中抓出来。

要把电子从水中抓出来并不容易，而植物也费了很大的劲来做这件事。

从分子的立场来看，执行光合作用的蛋白质和色素复合体非常巨大，简直抵得上一座小型城市。

大致来说它们形成了两个巨大的复合体，分别是光系统Ⅰ与光系统Ⅱ，每一个叶绿体里面都有数千个这样的复合体。

它们的工作就是撷取一道光，把它转换成为生命物质。

解开叶绿素的工作之谜花了我们将近100年的时间，有许多精巧无比的实验，很可惜这里没有足够的篇幅来谈论它们。

[3]这里仅着重讲述我们从光合作用里学到了什么，以及它们和大自然如何创造光合作用有什么关联。

光合作用的核心概念，或它的行动方针，就是所谓的“Z型反应”

，它让所有念生物化学的学生既佩服又恐惧。

才华横溢但个性羞怯的英国生化学家罗宾·希尔（RobinHill），在1960年率先提出了该反应机制，被他称为光合作用的“能量简历”

。

希尔因话少而知名，以至于当他的论文1960年在《自然》上发表时，同实验室的同事都还不清楚他在研究些什么。

事实上，Z型反应并不全是根据希尔自己的研究解开的，而是从一连串其他的实验观察结果中拼凑出来的，当然希尔自己的研究起了最重要的作用。