要大家列舉生命所依賴的條件，也許很快就有人想到陽光、水分和氧氣。如果再問碳和鈣對生命重要嗎？大家肯定會異口同聲地回答，太重要了，如果缺乏這兩個元素，誰來構造生命骨架和支撐生命；生物能直接利用的成分就是CO2。然而，就是這些我們目前認為對生命極其重要，不可或缺的物質和條件（水除外），在地球生命形成和進化之初，卻對生命是有致命傷害的。有趣的是，生命進化的力量卻採用自己獨特的對策將這些不利條件進行轉化，其邏輯居然是：你有害，我就把你吃掉。
氧氣與陽光藍細菌在地球上已存在約30億年，是目前以來發現到的最早的光合放氧生物，對地球表面從無氧的大氣環境變為有氧環境起了巨大的作用。但是地球歷史的前半段時間是缺氧的，一直持續約24億年前的大氧化事件（Great Oxidation Event，GOE）這種狀況才得到徹底的改變。
既然藍細菌出現在GOE之前，那麼為什麼花了數億年時間才開始向大氣中排出它們製造的氧氣？有一種解釋說，早期來自藍細菌的氧氣可能被當時佔優勢的甲烷所消滅。這兩種氣體在一起會發生化學反應產生二氧化碳和水，氧氣不能在富含甲烷的環境中積累，而甲烷來自一種稱為產甲烷菌的古細菌。在這個情形中，產甲烷菌和藍細菌共享古海洋，但產甲烷菌還是佔了上風，它們在海灣持續排放甲烷，也增加了地球的溫室效應而溫暖地球。但後來在GOE時代，這些生物開始衰退，所產生的甲烷被耗盡，大氣層開始充滿藍細菌製造的氧氣。目前獲得的證據也證明了GOE前期產烷生物開始發生衰退的假設：產甲烷菌是高度依靠鎳的，這種金屬元素是甲烷生產過程中一個代謝酶的中心，27億年前海洋中鎳的水平已顯著下降，鎳缺乏對產甲烷菌產生的饑荒使得在GOE前期對藍細菌更有利[1]。
起源於地球形成早期的生命分子，當時所處的環境是高溫、高壓、高密度，無光、無氧、無水的自然條件，現代生命所依靠的幾個重要因素，例如陽光和氧氣在那時並不存在。因此，類似於產甲烷菌這樣的厭氧菌在地球上大行其道，是可想而知的。水在逐漸豐沛後，所形成的氣候系統將地球厚濁的原始大氣逐漸變得清新起來。這樣，原來不能射入地球表面的陽光，現在可以穿透大氣層直達地球表面。光的能量對這些的簡單生命是有致死作用的。於是，生命就進化出光合作用來吸收、轉化光能，以保證生命體不被光能所殺死，也許這就是光合作用起源的最初動力，居然是源於對生命的一種自我保護作用。但這一作用產生了兩個副產品，一個是碳水化合物，一個是氧氣，這又為後來生物氧化供能機制的形成打下了基礎。
充滿氧氣的地球大氣層，對當時的生命來說是一場災難，因為生命最初也是厭氧的，氧強烈的氧化作用對尚無完善的膜保護系統的生命是一種致死威脅。在數次生物大滅絕事件中，氧含量上升毀滅的物種比例很可能高居魁首。在產甲烷菌佔上風的時代，這些原始的厭氧生命得到了呵護。但大氧化事件之後，生命的保護，需要選擇新的方式。好在生命進化出了三羧迴圈，透過氧化供能機制吃掉氧，把氧和碳水化合物變成二氧化碳和水。這個氧化供能機制當初實際上是無抗氧能力的單細胞生物抵抗氧化破壞作用的機制。有了這個機制，單細胞生物才得以在有氧的環境下繼續生存而不再死亡。也正是在這個基礎上單細胞生物才有更多的能量去選擇更好的生命形式，進而可能發展進化成高等生物。由單細胞生物發展到多細胞生物共用去了30億年的時間，其中由不耐受氧的單細胞進化到有抗氧能力的單細胞生物共用去20億年。所以，如果抗氧機制，即三羧迴圈產生的機率下降減少50%的話，那麼至今地球上是否還處於單細胞生物時代？[2]
當然，也有一些假說認為，大氧化事件之前所進行的光合作用是非產氧的。其證據是目前就能找到許多細菌不產生氧氣，也可把光能和二氧化碳轉化為食物。產生氧氣的光合作用出現在大約24億年前，可能比不產氧的光合作用晚了10億年[3, 4]。
鈣質與二氧化碳寒武紀之前，由於生物沒有骨骼，化石難於形成和儲存。在生物進化史中，第一種動物起源於7.5億年前，而直到5.2億年前脊椎動物誕生，生物化石才儲存下來。而在動物脊椎誕生之前的前寒武紀，海洋中已生活著許多動物類群最早的成員（包括海綿、刺胞動物和兩側對稱動物）。在海洋庇護下的生物逐漸積累了豐富的遺傳資源和變異能力，完全擁有了進化出外骨骼的潛力。由於寒武紀海平面上升，淹沒了很多陸地，促使大量陸地成為淺水區域，在陽光的照射下，海水侵蝕岩石，溶解養分，大量養分和鈣質融入水中。然而，此時的動物並不能利用鈣，因此鈣也是一種毒素。為了“解毒”，海洋生物必須進化出新策略，他們只好將鈣吃掉，積累起來“排出”在自己體外，形成外骨骼。同時，它們也漸漸學會了利用鈣質構造更強大的支撐系統，例如進化成脊椎，使得動物的運動速度更快，攻擊和防禦能力也得到了提高，在這種看似矛盾的軍備競賽中，導致了寒武紀生物多樣性的“大爆發”[5-7]。
命能在早期地球上誕生，並不是說地球早期的環境有多麼好，地球自己也不會自動地把她變成天堂。實際情況是，地球的美麗要靠生命進行拓荒。早期地球的二氧化碳比如今多20萬倍，這會導致嚴重的溫室效應，對生命有極大的危害。聰明的生命將二氧化碳，蘸著鈣質吃掉了，把地球從地獄般的情形改造成藍天白雲，二氧化碳變成了它們的屍骨，今天就混合在這些碳酸鈣組成的山體當中，被它們自己製造的溼潤的氣候切割成喀斯特地貌。
實際上，動物的骨骼，裡面融入的碳酸鈣，都是固化的二氧化碳，它們也是另一種形式的喀斯特風景。地球可以說是一個非常出色的處理二氧化碳的生態工廠[8]。
參考資料[1] How Earth Got its Oxygen（http://www.livescience.com/5515-earth-oxygen.html）
[2] 氧自由基發生的自然歷史及與生命體的關係（http://yanghz70.blog.163.com/blog/static/44089791201161082622682/）
[3] Dawn of the water eaters: How Earth got its oxygen （http://www.newscientist.com/article/mg21829202.200-dawn-of-the-water-eaters-how-earth-got-its-oxygen.html）
[4] 24億年前，毒害地球生命的氧氣，來自何方？（http://www.guokr.com/article/437261/）
[5] Formation of the ‘Great Unconformity’ as a trigger for the Cambrian explosion. Nature 484, 363–366 (19 April 2012) doi:10.1038/nature10969
[6] 達爾文之惑：寒武紀生命大爆發（http://bbs.sciencenet.cn/blog-502444-727193.html）
[7] 請安息吧，查爾斯●達爾文（http://blog.sciencenet.cn/blog-300114-727122.html）
[8] 科教片《宇宙與人》的解說詞