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不管来源如何，这一小团锰原子簇，不只为第一个包住它们的细菌，更为整个行星的生命创造了一个全新的世界。一旦成形，金属原子簇就开始分解水分子——四个氧化的锰原子顺从自己的“渴望”把电子抓出来，把氧气丢弃。刚开始逐渐被紫外线氧化的锰原子，慢慢地分解水分子，等到它与叶绿素一结合，电子就开始流动。随着叶绿素渐渐适应这份工作，流动会越来越快。吸入水分子，拆开，抽出电子，释放氧气。一开始是一点点，慢慢地变成大量涌出，这一条创造生命的电子回路就是所有繁荣生命的幕后功臣。我们要为了两件事好好感谢它，一件是它成为所有食物的来源，另一件是它带来氧气让我们可以燃烧食物。
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同时它也是解决世界能源危机的关键。我们不需要两个光系统，因为我们不需要生产有机分子。我们只需要从水中释放两种材料——氢和氧，让它们再度反应，就可以释出所有人类所需的能量，然后排出唯一的废弃物就是水。换言之，有了这种小小的锰原子团，我们就能利用太阳能来分裂水分子，再让产物重新结合生成水，这就是氢经济。从此不再有污染，不再有化石燃料，不再有碳足迹，也不再有影响全人类的全球变暖，或许只是有点容易爆炸的麻烦。如果这一小团原子曾经彻底改变了地球的面貌，那么了解它的结构将会是改变现存世界的第一步。就在我写书之时，全世界的化学家都在争相研究如何从实验室合成这个微小的锰核心，或具有相同功能的东西。他们一定很快就会成功，而我们依赖阳光与水生活的日子也指日可待。不久我们就能学会以水和阳光为食。
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[1]大气中的氧气分子是二氧化碳分子的550倍，所以就算让二氧化碳浓度再增加两三倍也不是难事。然而就算大气中氧浓度不会有太大的改变，温度上升也会减少溶解在水中的氧气。许多鱼类已经受到低溶氧量的影响了。举例来说，在北海的绵鳚类族群大小，每年都随氧气浓度而改变，氧气浓度越低，它们族群越小。
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[2]想知道更多氧气对进化的影响，请见我的另一本书：《氧气：创造世界的分子》(Oxygen: The Molecule that Made the World)。
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[3]如果你想知道更多，我强力推荐英国科普作家奥利弗·莫顿所写的《吃太阳》(Eating the Sun)。
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[4]托马斯·赫胥黎在读《物种起源》时曾这么叹道：“我们怎么会这么笨，竟然没想到这一点!”
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[5]在电磁光谱中，光的能量与波长成反比，也就是说波长越短的光，能量越高。叶绿素所吸收的光属于可见光，特别是红光。这个超强氧化剂形态的叶绿素就叫作P680，因为它刚好吸收波长约680纳米左右的红光。也有一些叶绿素会吸收能量再低一点的光，比如波长700纳米左右的红光。叶绿素完全不吸收绿光和黄光，所以它们会被叶子反射出来(或穿透)，这就植物看起来是绿色的原因。
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[6]为什么生物化学总让人望之却步？NADPH的全名是个好例子，它叫作还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，是非常强的还原剂，也就是强力的推电子者。
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[7]严格来说，它们在细菌体内并不叫作光系统，而叫作光合单位。然而，细菌的反应单位不管在构造上或功能上，都和植物所有的系统几无二致，所以我在这里还是沿用一样的称呼。
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[8]紫质症其实是由于紫质在皮肤与器官堆积引起的疾病总称。大部分的病症都是良性的，但是有时候堆积过多的紫质被光活化后，会造成令人痛苦的灼伤。最恶性的紫质症，比如红细胞生成性血卟啉症(紫质也称为卟啉，卟啉是紫质的英文音译)，破坏性极强，会让耳朵和鼻子都被侵蚀，牙床也被侵蚀，从而让牙齿突出在外如同獠牙，还会造成皮肤结痂，面部生长毛发。有些生化学家认为，这些症状是造成某些民俗传说的原因，比如吸血鬼与狼人等。他们认为他们是有一些症状较轻的紫质症患者，因为疾病的痛苦而充满愤怒，但却又没有完全与世隔绝。而现在，恶性紫质症在社会中十分罕见，因为我们会采取预防措施与较佳的治疗来避免并发症。除此之外，紫质对光敏感的特性也已经被用在癌症治疗上面，也就是所谓的光动力疗法，利用被光活化的紫质去攻击癌细胞。
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[9]根据艾伦的看法，两个光系统是在一株蓝细菌的祖先体内，应不同的环境需求而分异的。其他人则认为两个光系统应该是在两株不同的细菌体内独自发展，最后才通过某种基因融合作用合并在一起，形成基因嵌合体，也就是现在蓝细菌的祖先。最近的研究结果比较支持艾伦的论点(研究结果显示，光系统是从蓝细菌传给其他细菌，而不是反方向传回来)。不过现阶段遗传学的证据其实很模糊。不论谁对，两个光系统都要先独立运作才能结合。
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[10]根据吉姆·巴伯的看法，现在的放氧复合体就是这样形成的。如果把复合体从光系统Ⅱ中移走，再把这个“空的”光系统放入带有锰和钙离子的溶液中，只要一些闪光就可以重建这个复合体。每一道闪光都会氧化一个锰离子，一旦氧化之后离子就会就位。经过五六道闪光之后，所有的锰离子和钙离子就都定位了，整个复合体重建完成。换言之，只要有适合的蛋白质，这个复合体是可以自动组装的。
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生命进化的跃升：40亿年生命史上10个决定性突变 第四章 复杂细胞——命运的邂逅
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没什么东西比细菌更保守了，主宰地球30亿年，自始至终都是细菌；也没什么东西比真核细胞更激进了，引发了寒武纪大爆发，物种开始肆意创造。从细菌进化为真核细胞，似乎不像达尔文所说的渐进式，而更像一场命运邂逅引发的突变。
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“植物学家就是赋予相似的植物以相似的名称，不同的植物以相异的名称。这样对众人来说，事物就显得清楚明了。”这是伟大的瑞典分类学者卡尔·林奈的评论，而他本人正是一位植物学家。或许我们现在会为这微不足道的抱负感到惊讶，但是林奈正是通过将生命世界依据其物种分类，为现代生物学奠定了基础。他必定对自己的成就十分自豪，“上帝创造万物，林奈整理万物。”他总是如此说。而他必定认为，现在的科学家应该继续使用他的分类系统，将所有生物分成界、门、纲、目、科、属、种。
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这种将万物分类，从混沌中理出秩序的欲望，让我们周围的世界变得有意义，同时也为许多学科打下根基。没有元素周期表，化学将不知所云；没有宙代纪世，地质学也将无以为继。但是生物学和它们存在巨大差异，因为只有在生物学里，分类学仍然是主流的研究领域。那株“生命树”，也就是那幅标示所有生物彼此关系的图谱该如何绘制，至今仍是平常谦恭的科学家彼此争执与敌视的源头。加拿大的分子生物学家福特·多利特，是最彬彬有礼的科学家之一，他有一篇文章的标题忠实地传达了这种情绪——《带一把斧头走向生命树》。
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他们并不是在斤斤计较一些细枝末节，而是在计较区别所有物种最重要的部分。我们大部分人都和林奈一样，会直观地将世界分成动物、植物与矿物，毕竟这些确实就是我们所能看到的。他们有什么相同的地方呢？动物由复杂的神经系统指挥，四处巡弋，以植物或其他动物为食。植物以二氧化碳与水为原料，利用太阳能来制造自身所需之物，它们根系固定，也不需要大脑。至于矿物则完全就是非生物，虽然矿物的生长现象曾误导了林奈——说来有点尴尬，这位植物学家也把它们分类了。
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生物学就以此为基础，分成动物学与植物学两大分支，好长时间里相安无事，互不干涉。即使发现了微生物之后也很少动摇过。“微小动物”的变形虫因会四处游动被归到动物界，并获得原生动物之名(protozoa，原生动物，拉丁文意为“最原始的动物”)，而有颜色的藻类与细菌则被分到植物界。林奈如果泉下有知，一定十分高兴地看到他的分类系统仍在使用，但也一定会目瞪口呆地发现自己竟被外表欺骗。现在我们发现动物与植物在分类上的差距其实并不大，然而细菌却与其他复杂生物之间有一道巨大的鸿沟。如何横跨这道鸿沟正是引起科学家争执的原因：生命如何从原始的简单形态，走向复杂的动物与植物？同样的情况也会在宇宙他处发生，还是只有我们如此？
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为了让这些不确定性不被那些主张“一切都是上帝的安排”的人所利用，我要说科学家其实并不缺少好主意。只是得看证据，特别是如何诠释这些证据，将它们与遥远的时间连接起来，这段时间可能有20亿年，第一个复杂细胞差不多在那时出现。而我们最大的问题是，为何复杂的生命在我们行星的生命史中只出现过一次？毫无疑问，所有的动物与植物都有关联，意味着我们拥有同一个祖先。复杂的生命形态并不是在不同的时间点由细菌分别进化出来——不是说植物由某株细菌进化出来，动物由另外某株进化出来，而藻类与真菌又由别的细菌进化出来。事实上，细菌只有一次偶然的机会进化成复杂细胞，然后这一细胞的后裔分化出整个复杂生命王国：动物、植物、真菌与藻类。而这个最早的细胞，这个所有复杂生命的祖先，和细菌长得非常不同。让我们在脑中想想这棵生命树，细菌组成树的根部，而各种复杂有机体家族组成上面的枝叶，什么组成树干呢？虽然我们认为单细胞生物比如说变形虫，位于根与叶之间，但是事实上，它们很多方面的复杂程度，都更接近于动物和植物。它们的准确位置是在比较低的树枝上，但是仍然高于树干。
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细菌与其他所有生物间的鸿沟，其实在于细胞的组织结构。至少从形态学的角度来看，也就是从细胞的大小、形状与内容物等方面来看，细菌都十分简单。它们最常见的形状有扁平、球状和杆状。这些形状由一层围绕在外的细胞壁支撑，里面则没什么东西，就算用电子显微镜来看也一样。细菌将独立生活的配备降至最低，如此无情地精简都是为快速繁殖做准备。大部分的细菌都尽可能地保留生存所需的最少量基因，而当环境压力变大时，它们会习惯性地从其他细菌那里捡拾额外的基因，增加自己的基因库，一旦不需要了就立刻丢弃。因为基因组很小，所以复制速度很快。有些细菌每20分钟就可以复制一次，只要原料充足就会看到它们以惊人的指数级速度增长。如果给予足够的资源(当然这是不可能的)，一个重量只有万亿分之一克的细菌，能在不到两天的时间内长出重量等同于地球的庞大族群。
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现在来看看复杂细胞，很高兴它们有一个了不起的名字：真核细胞(eukaryote)。我希望它们有个更平易近人的名称，它们实在太重要了。地球上几乎所有有点名堂的东西都由真核细胞构成，我们谈论过的所有复杂生命都是。这个名字源于希腊文，“真”(eu-)意指“真实的”，“核”(karyon)则是“细胞核”。因此真核细胞有真正的细胞核，这让它们与细菌不同，细菌是原核细胞(prokaryote)，原核细胞并没有核。就某方面来讲，原核生物的前缀“原”(pro-)这个字，其实带有价值判断的味道，因为等于宣称原核细胞的出现早于真核细胞。虽然我认为这很有可能是真的，不过有少数科学家并不同意。不管细胞核是在何时进化出来的，它都是用来判断真核细胞的最重要特征之一。然而如果我们不了解细胞核为何以及如何出现，还有为什么细菌从来就没有发展出细胞核，那就不可能解释它们的进化过程。
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细胞核是细胞的“指挥中心”，里面装满了DNA，也就是基因的物质基础。除了核本身以外，真核细胞的遗传物质还有几个方面与细菌不同。真核细胞并不像细菌一样有一条环状的染色体。它们的染色体形状笔直，还有好几条，而且经常成双结对。基因本身的排列法也不一样，细菌的基因连成一长串如同念珠一般，真核细胞的基因则常常被切分成好几个片段，中间塞满了许多段长长的非编码DNA序列。不知为何，我们这些真核细胞的基因总是这样“支离破碎”。最后，我们的基因并不像细菌那样“裸露在外”，它们以奇妙的方式与蛋白质缠绕在一起，有点像现在礼品塑料包装一样，因此不易受到损害。
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