西双版纳,中国唯一一块热带雨林。这里特有的植物和生态环境,对于植物学者来说,有着不可抗拒的吸引力。典型的热带雨林生态系统,让西双版纳成为众多高校进行生物学专业野外实习的必选地点。今天的西双版纳,很多雨林都变成了人工橡胶林。雨林中的生活因此以前所未有的速度改变着。植物不仅仅为人类提供了可以果腹的食物、可以保暖的衣物,更是使我们的生活节奏不断变快。
在我们去探索植物是如何让世界快速运转之前,我们先来回顾一下植物让地球封冻的历史,植物对地球的影响并不仅仅是让物种变得更繁盛,植物也有可能按下地球生物圈的“暂停键”。
地球之所以有适于生物生存的温度,还多亏了像二氧化碳这样的温室气体。有了这些温室气体的保护,地球就像被装进了一个“玻璃房子”。如果二氧化碳的浓度急剧降低,就像拆掉了温室顶棚上的玻璃板,让屋子外边的暴风雪闯进来。到那个时候,我们的地球就该改名叫“雪球”了。对现有的生物来说,这样的变化绝对是一场灭顶之灾。
在距今3.7亿~3.5亿年前的泥盆纪末期,出现了高达30米的陆生植物,它们强大的光合作用能力,使大气中的氧气含量一路飙升到地球有史以来的最高值,而二氧化碳含量则跌至谷底。二氧化碳浓度的降低削弱了温室效应,加快了热量的散失,地球生命不得不在低温中煎熬。
与此同时,由于高大的陆生植物的活动,陆地上的岩石变得支离破碎,很多矿物质随着河水流入了海洋。海洋中的藻类植物得到了梦寐以求的矿物营养,于是它们大量繁殖,死亡后沉入海底,相当于把更多的二氧化碳封存了起来,这就把地球保温层彻底破坏了。结果,习惯了温暖生活的生物集体阵亡。
在这起大灭绝事件中,全球有3/4的物种都永远离开了这个世界。这是地球生命遭遇的一次重击,生物圈的萧索持续了数千万年。但这也留下了丰厚的遗产:富氧的大气有助于动物的体型增大和新陈代谢加快,充足的氮磷元素为肌肉、骨骼和大脑的发育提供了原料。当新时代来临,动物将演化出更庞大的躯体、更强韧的力量和更复杂的行为,它们将上演更加精彩的故事。如果没有这样的转变,也许今天地球的海洋里还满是奇虾和三叶虫这些奇形怪状的生物,而人类祖先能不能生存下来也都是未知数。
植物“老板”的力量远不止于此,它们不仅能决定生物生命世界的走向,也能改变人类历史的进程。工业革命发生在英国或许并不是偶然,这也与上亿年前的植物变化密切相关。
在课本里,工业革命的技术进步被大写特写,如蒸汽机、纺纱机、电灯、电报,但是大家有意无意地忽略了一点,如果没有煤炭这种能源的支撑,上述一切的发明都是零。如果英国的地面之下没有埋藏这些煤炭,那么工业革命发生在什么地方,人类的历史进程如何,这些都未可知。而这些煤炭是植物“老板”在2亿年前就准备好的。
今天使用的煤炭主要形成于石炭纪,石炭纪正是因为产生的煤炭多而得名。那个时候的地球是巨型昆虫的天下,一只蜻蜓就够做一道大荤菜了。这是因为大气中的氧气实在是太多了,那二氧化碳都去哪儿了呢?都被植物储存在自己的身体里了。按照这个逻辑,地球上的二氧化碳会越来越少,氧气会越来越多,但是这样的情况并没有发生。这都得感谢那些小真菌、天真菌,正是它们孜孜不倦地啃木头,二氧化碳才得以释放到空气中,这就维持了地球上碳的循环。但是在石炭纪早期,出了一件大事儿,植物开始合成木质素,这种化学物质不仅能让植物的身板硬挺,还能防备真菌的侵袭。就好像是在三文鱼肉块里加了很多鱼刺,如果不清除干净,真菌根本没办法下嘴啊。奈何那时的真菌,就像今天的欧美朋友一样,根本无法应对带刺的草鱼、鲤鱼、胖头鱼,于是导致亚洲鲤鱼大泛滥。而石炭纪的真菌啃不动木头,就导致了大量的植物遗骸积累了下来。这些积累下来的煤炭为人类文明发展提供了重要的能源。
随着人类社会的飞速发展,我们需要的能源也越来越多。中国国家统计局数据显示,2018年,中国原煤产量36.8亿吨(25.8亿吨标准煤),同比增长4.5%;原油产量1.89亿吨(2.7亿吨标准煤),同比下降1.3%;天然气产量1602.7亿立方米(2.13亿吨标准煤),同比增长8.3%。将视野投向全球,2019年,全世界每天消耗的包括生物燃料在内的各类液体燃料需求总和达到1亿桶!但这显然不是人类能源需求的极限,因为我们还没有冲出太阳系,走向全宇宙。人类对于能源的需求只会越来越大。在一次性能源总量有限的情况下,开发可再生能源就成了人类发展的必由之路。到目前为止,虽然人类在核能和光伏能源技术上都取得了巨大进展;但是,较低的能源转化效率和较高的初期投入,仍然是困扰这些新能源大规模发展的瓶颈。
破解瓶颈的路径在何方?人类再次将目光投向“捕捉阳光”能力强大的植物身上。学者预测,人类使用的机器的能源“口味”也将由植物来决定,就如同工业革命时期的蒸汽机需要煤炭,第二次工业革命后的内燃机需要石油。在未来,植物或将再次成为推动世界快速运转的新动力。
(摘编自史军《植物塑造的人类史》)