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氧气几乎是地球上所有生物生存所必须的(厌氧细菌除外),因为氧气的存在,才有了单细胞能朝多细胞发展的可能。但氧气也同时在慢慢“毒害”着多细胞生物,我们不断衰老最后死亡的过程,就是因为氧气的氧化反应导致的。
氧气既创造了多细胞生物,也限制了多细胞生物。它对生物来讲:既是良药,也是毒药!
氧气的产生
地球在46亿年前出生,生命在35亿年前出现。最初的地球并没有形成大气层,而是遍地火山,那时的超级火山多如牛毛,同时喷发了上亿年。如此数量的火山喷发,将地底的一部分气体排了出来。根据夏威夷火山所排气体举例。
其中水分占79.31%,二氧化碳占11.61%,二氧化硫占6.48%,氮占1.29%。
由此可以推测,最初期的火山爆发出的气体跟现在的大同小异。我们会发现,其中是不含氧气的,那氧气是如何形成的呢?
大家在初中也学习过,在一些特定的条件下,水是可以被分解的,比如闪电电击,紫外线照射等特殊情况。地球最初的情况就是如此,水蒸气凝聚成了水滴,聚集在一起成了海洋。
二氧化碳则与地表的其它物质结合,成为含碳矿物。而氢气因为太轻,逐渐上升后,最终脱离了地球的引力,飘向了太空。
可见,最早时期氧气少得可怜,以至于出现生命时,都是些不需要氧气的单细胞生物,这也限制了它们的发展,生物进化的过程极度缓慢。
空气中因为没有氧气的存在,也就没有臭氧层,阻挡不了来自太阳的紫外线、红外线等宇宙射线。紫外线直射到原始海洋中,在这样的极端环境下,水被光分解成了氧气和氢气。
这是理论公式2H2O+紫外线=2H2+O2。不过这也仅仅是猜测,因为产生的大量氢气不可能完全逃逸到太空中。所以这只会是地球原始积累氧气的过程。
真正让氧气大规模出现的阶段,应该是光合作用生物出现之后才开始的。
氧气的作用
33亿年前,因为没有氧气,大气层无法保护生物不受紫外线的侵害,只能任由它们猖狂。当时的生物只能生存在10米以下的黑暗海洋中,不能直接面对紫外线的照射。
这样产生的氧气也非常有限,通过上亿年的光解作用才产生一点点,直到33亿年前,一种能光合作用产生氧气的生物--蓝藻出现了。
它们内内出现了叶绿素,可以利用二氧化碳和水通过光合作用制造氧气。这让地球积累氧气的速度成几何倍数增加。寒武纪时期,大气中含氧量只有1%,不过也足够臭氧层的形成了。
在臭氧层的保护下,生物终于可以从海洋进军陆地了,植物成为了陆地的霸主,让氧气的形成再次加速。到了石炭纪,地球上的氧气达到了顶峰35%,此时产生了大量巨型昆虫。在今后几千万年的时间,大气中的氧气含量不断波动,最终稳定在了21%左右。
氧气充足,让生物进化出了线粒体,呼吸作用得已普及,这为大型动物活动所需的能量提供了解决方式。
动物呼吸,实际上就是呼吸作用分解有机物,释放能量,动物大多在机体的有氧条件下,将有机物分解为小分子物质。同时释放化学键中储存的能量,来满足机体的生命活动消耗。
这个过程是一些列的氧化分解反应,最终会生成二氧化碳和其他产物。
呼吸作用不需要叶绿体,提高了动物吸收自然界能量的效率。可以说大型哺乳类动物的形成,都要感谢线粒体和呼吸作用提供的足够能量。
但呼吸作用说到底还是氧化反应,而氧化反应对于大多数生物来说都是“慢性毒药”!
氧气--慢性毒药?
人类离不开氧气,因此我们想要在外星生活,就必须解决氧气的问题。氧气除了为生物提供能量外,它还有另外一种性质--氧化。
在自然界中大部分物质都会被氧化,比如早上刚杀的猪,猪肉是鲜红的,到了下午猪肉就变暗淡了,最终会腐烂。就连金属也难逃毒手,铁、铜等等都会生锈。同样的,人体也会被氧化掉。
我们所吸收的氧气进入人体后,会被分成两部分,一部分被呼吸作用消耗掉了。另外一部分,则会和体内的细胞中的金属物质发生反应,造成细胞的氧化。
这种反应跟呼吸频率有关,呼吸频率越快,体内细胞酶活性越强,细胞氧化衰老速度也越快。然而,人体细胞再生最多50次左右,所以细胞氧化就是在缩减人类寿命。
人体细胞不断的氧化,是人类衰老的重要因素之一,细胞长期处于氧化状态,也会影响人体的各个机能,最终导致人体机能丧失活性。而这个过程,恰好是70-年左右。
所以,氧气对于人类而言既是良药,也是毒药!
总结
虽然氧气会氧化人体细胞,让人类衰老、死亡。但依旧不妨碍它成为地球生命最需要的物质之一,“成也萧何败也萧何!”这句古语,很适合氧气对于人类的作用。
生也氧气,亡也氧气噫!
#氧气#