這個問題非常的有趣且有代表性,其中隱藏著好幾個問題,讓我來抽絲剝繭,一個一個說明白吧!
氧氣是生命存在的條件嗎?
很多人理解氧是人類生存必須的成分,所以“科學家以為一個星球必須要有氧才能孕育生命,氧是生命的先決條件。”
其實這是一個巨大的誤解,氧並不是生命的先決條件,而是生命的偉大壯舉。也就是說,只有存在生命的星球才有可能出現大量的氧,沒有生命的星球組成各不相同,但是絕對不可能存在大量的氧氣。
為什麼呢?初中化學我們學習了兩個詞——“氧化劑”與“還原劑”。複習一下,其實它們的特性就是氧化劑的電子軌道缺電子,會強力地吸引電子填滿;還原劑則完全相反,電子錶現出有些“多餘”。這樣的兩種元素就很有可能達成“共識”,組成化合物,它們之間的電子關係是化學鍵的一種。
你看,這個特性就叫“氧化性”了,說明氧在這個方面的表現非常突出,雖然氧氣不是最強的氧化劑,卻已經表現得足夠強了,它會“強搶”幾乎絕大多數元素的電子,這在化學性質上被稱為“活波性”很強。
所以在完全沒有生命干預的情況下,氧幾乎都會與其它元素組成化合物,不可能以單質的形式存在,原始地球的大氣中充斥著二氧化碳、甲烷、氮氣和少量的氨氣。
誰生產了地球的氧氣?
這麼說來,地球的氧到底是從哪裡來的呢?是的,正如上面所知道的那樣,是在光合作用進化出現後,藍細菌將地球的大海與天空中的大量氧還原而得到的。這一歷史程序被稱為“大氧化事件”,發生在距今約22億年前。
我們常常為人類對自然的破壞而憂心忡忡,但事實上最早急劇地,徹底地改變地球外貌的事件卻是由細菌完成的,這是生命第一次學會利用Sunny的能量,將二氧化碳從空氣中固定下來,然後這些細菌的屍體又沉沒到海床與湖底,隨著地質運動進入大地的岩石圈。
每一個埋在地下的碳原子都對應大氣一個氧分子,這個數量之巨大可謂極其驚人,現在地球生態圈內所有的碳加起來大概也就只有埋在地下的1/26000!而且石化燃料也僅佔其中極小極小的部分,多數碳以微小的顆粒分散在頁岩中,幾乎無法為人類所用的形態。
在一開始,釋放出的氧氣會將會與大地表面的各種具有還原性的分子發生反應,與鐵、硫、甲烷結合,但是不得不說細菌的力量實在是太強大了,它們釋放出的氧實在是太多了,以至於最終將所有的鐵、硫、甲烷都給氧化完了,再沒有東西可以氧化之後,大量的氧氣湧入大氣,將地球變成了一個富氧的行星。
氧氣的意義不僅如此,如果說發現氧氣的存在可以證明這個星球已經存在了生命,那它還同樣可以昭示著另外一些激動人心的訊息。
自從有了氧氣,世界都不一樣了
其一:這顆行星可以保住自己的海洋。
火星曾經也是一個擁有海洋的星球,人類的探測器已經發現其地表存在大量鵝卵石,這是漫長的水流沖刷才能出現的痕跡,金星很可能曾經也是如此,畢竟我們都曾誕生於同一片星雲,成分也不會相差太多。
但是為什麼現在的火星卻如此的荒涼寂寞?因為它失去了所有的水,Sunny中的高能射線會分解水,變成氫氣與氧氣,氫氣非常的輕浮,很容易逃逸到宇宙空間。最終水會被分解乾淨,而氧會與地表的還原性物質反應,火星就是因為這個原因才表面佈滿了紅色的氧化鐵,成為這般赤紅的模樣。
擁有了大量氧氣後,氫原子還沒來得及逃逸就會被氧化,再次變成水回到地球。
其二:生物擁有了向高階進化的基本條件。
無氧呼吸只能釋放供能物質大約10%的能量,而有氧呼吸可以釋放大約40%的能量,四位的效率提升帶來的是可以支援複雜的食物鏈與生態層級,原來可能僅可支援兩到三個層級的營養,在氧氣介入後就可以支援大約六個甚至更多的層級。只有這樣才會出現更復雜的生態系統,更巨集偉生命多樣性。
從主流的氧開始吧!
所以氧氣體無論是作為生命的存在的證據,還是作為生命進階的條件都是不可或缺的。氧是我們的宇宙中含量相對非常豐富的元素,如果我們不去尋找與氧相關的生命痕跡,其它證據就更是海底撈針,水中撈月了。