光让氧气充满大气层

　　最近，科学家们在地中海底发现一种可能不需要氧气就能生存的多细胞动物。在生物界引发了不小的反响，因为此前科学家们发现的“厌氧生物”大都结构简单，只有一个细胞。这很可能会有助于我们进一步认识生物演化史。氧气从来就是和“生命”联系起来的一种概念，下面我们就一起看看氧气和生命的古今因缘。

　　氧 活跃元素提供能量

　　如果你经常上网，大概看过这样一则笑话——有一个小学生写了篇日记：”2月30日，天气晴。今天一天都没出太阳，我养的金鱼淹死了，我很伤心。”老师的批语是：“我也很伤心，从没听说2月有30日，晴天一天不出太阳，金鱼会淹死。”

　　其实，这个笑话一点都不好笑。小学生写的有可能是真的，比如中国的农历就有2月30日，再比如在两极，半年都出不了太阳，更别说一天了。那鱼会淹死吗？这就要看你要如何定义“淹死”。人会溺水，是因为在水中不能呼吸，肌体得不到足够的氧气进行氧化作用。但如果水中溶氧不足，鱼也会死。而且鱼的这种死亡原因和人溺死的原因其实是一样的，所以说“鱼也会淹死”。

　　好氧生物——包括我们人类，都需要氧气来进行氧化作用，从而让身体获得能量，这就是所谓的“呼吸作用”。所谓“氧气”，其实就是自由状态的氧原子，两两结合形成O2。氧还有另一种形式O3，也就是大名鼎鼎的“臭氧”。臭氧在低层空气中是一种污染物，复印机在工作时就会产生大量臭氧。但它在高层空气中有阻挡紫外线的作用。氧是除了氢和氦之外宇宙中含量最高的元素，同时是地壳中质量最大的元素。所有组成生命体结构的有机物，包括蛋白质、碳水化合物和脂肪都含有氧元素，而组成生物的骨、壳和牙齿的无机物成分中也含有氧。不需要借助超新星爆发的威力，氧元素能自然地由恒星的核反应产生，多数的氧元素都来自氦的核聚变，也有少数来自氖的裂变。

　　氧是一种非常活跃的元素，可以和几乎所有其他元素形成化合物。这么“好交往”的家伙，独善其身者自然少之又少。火星的大气中只有0.1%的氧气，金星大气中的氧气含量更少，这些少得可怜的氧气都是各种射线轰击二氧化碳产生的。但是现在氧气却占地球空气量的20.9%，这么大的量，绝对是“不正常的”，这是谁干的？

　　光 让氧气充满大气层

　　地球上的氧气绝大多数都是光合作用的产物。光合作用是生物利用光能、水和CO2合成碳水化合物的过程，氧气是其中“无用”的副产品。在进行光合作用的叶绿素中，有一个类似电极的装置，利用光能转化出的电能把水电解成氢和氧，不过因为氢的电子被叶绿素夺去，只能变成氢离子，不变成氢气，氧两两结合成氧气被释放出来。

　　据研究，在可以进行光合作用的古细菌和藻类演化出来之前，地球大气中氧气的含量是很少的。在20亿年前到16亿年前的原生代，最初的光合作用产生了大量氧气。这时地质史上诡异的一幕出现了：当时的海水里溶有大量的铁元素。这些铁和海水中的氧气结合成为红色的氧化铁，而氧化铁并不能溶于水，纷纷沉到海底，后来形成一种里面有一道道红纹的沉积岩，叫“铁燧岩”（Taconite）。

　　在早期低氧环境中，地球最早的那批生命大都是厌氧的。氧气的增加对于这些生活在海洋中的厌氧生物来说是一种灾难。它们被大批毒死。而此时也有细菌演化成了好氧菌，利用氧化作用产生的能量比厌氧生物的氢化作用之类产生的能量要大得多，可以支持更大更复杂的生物体，于是真核生物和多细胞生物开始出现。

　　从大约5.4亿年前的寒武纪开始，地球大气中的氧气含量在15%到30%之间徘徊，到了大约3亿年前的石炭纪末期，氧气含量达到了空前绝后的35%。在石炭纪末期，生活着很多巨大的昆虫，比如翼展超过一米的巨蜻蜓。有科学家认为，昆虫没有哺乳动物那么先进高效的循环系统，只能靠气管的分支把氧气输送到身体各个部位，如果气管太长，那么氧气就过不去了，这也是昆虫不能长得太大的原因之一。而氧浓度较高是巨蜻蜓出现的重要条件。不过，也有科学家认为氧含量和生物的大小没有直接关系，石炭纪末期产生出大昆虫的原因是爬行动物、哺乳动物和鸟类还没有来到这个世上。这些后来者具有轻便的内骨骼，更高的代谢率，所以更适合长得更大，代替昆虫成为顶尖捕食者。当然，昆虫也没有失败，它们靠强大的生殖能力到现在还是地球的统治者之一。